第二篇第五章 细胞膜的分子结构和特性

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1.磷酸甘油脂 以甘油为骨架的磷脂类，在骨架上结合 两个脂肪酸链一个磷酸基团，胆碱、乙 醇胺、丝氨酸或肌醇等分子籍磷酸基团 连接到脂分子上。主要类型有： ①磷脂酰胆碱(PC),旧称卵磷脂 ②磷脂酰丝氨酸(PS) ③磷脂酰乙醇胺(PE),旧称脑磷脂 ④磷脂酰肌醇(PI) ⑤双磷脂酰甘油(DPG),旧称心磷脂
细胞膜
细胞质
细胞内膜：除了细胞膜以外的细胞内 所有膜性结构。
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第五章
第一节
细胞膜
细胞膜的分子结构和特性
膜的化学组成
脂 类 30% - 80%
蛋白质 20% - 70% 糖 类 2% - 10%
质膜主要由膜脂和膜蛋白组成，另外还有少量 糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。膜脂是 膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者 动物细胞膜通常含有等量的脂类和蛋白质
极 性 头 部
半乳糖苷脂
糖脂分子
平 面 甾 环 结 构 非 极 性 尾 部
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磷 脂
磷酸化醇 磷酸 甘油
磷酸甘油酯 磷脂 神经鞘磷脂
脂 脂 肪 肪 脂 酸 酸
极 （性 亲头 水部 ）基 团 非 （极 性 疏尾 水部 ）基 团
X ︳ O O P—O O CH— CH—CH2 O O
C
O C
O
肪 酸
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(二)膜蛋白的流动性
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小鼠细胞
膜蛋白(抗 原）
人细胞
异核细胞
抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素B 抗人膜蛋白抗体+荧光素A
标记小鼠膜蛋白抗体 +小鼠膜蛋白（抗原）
标记人膜蛋白抗体+ 人膜蛋白（抗原）
孵育（370C,40分钟）
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膜流动性的生理意义
（1）与酶的活性有关：流动性大，有利于 酶的侧向扩散和旋转运动，酶活性提高。
第二篇
细胞膜及其表面
PLASMA MEMBRANE AND ITS SURFACE STRUCTURES
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细胞膜的出现，是生命物质由非细胞形态 向细胞形态进化的重要转折。细胞膜的形 成，使生物体具有更大的相对距离性，并 由此获得一个相对稳定的内部环境，细胞 可以通过膜有选择地从周围环境中摄取养 料，排除代谢产物，从而大大提高了原始 生命与外界环境进行物质交换的水平，有 利于生命的进一步发展。
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三、膜糖类
膜中含有的糖 类称为膜糖类
糖类+膜脂 膜糖类 糖类+膜蛋白
细 胞 衣 脂 双 层 膜 蛋 白
细胞内
共价键 共价键
糖 脂
糖蛋白
细胞衣cell coat（糖萼glycoalyx）：细胞外 表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在 一起，形成一层外被，称细胞衣或糖萼。
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第二节
膜的分子结构
1. 转基因
2. 制备的药物 3. 研究生物膜的特性
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水
磷脂分子团
磷脂双层
磷脂脂质体
膜脂(磷脂)与水接触可形成球 状的胶态分子团或脂质双分子 层,脂质分子在水中聚拢成双 分子层后还可形成自我封闭而 稳定的中空结构—脂质体
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二、膜蛋白
是膜功能的主要体现者。据估计核基因组编码 的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。根据其与脂 分子的结合方式，可分为： 整合蛋白（integral protein） 外周蛋白（peripheral protein）
膜蛋白亦为兼性分子，其亲水区域暴露在膜 的一侧或两侧表面与水相吸，它们的疏水区域 镶入膜内，与脂类分子疏水尾部通过疏水键结 合，不易分离提纯。
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(一)整合蛋白 (镶嵌蛋白 mosaic proteins) 亦为双亲媒性分子。与膜的结合 非常紧密,只有用去垢剂才能从膜 上洗涤下来,如离子型去垢剂SDS, 非离子型去垢剂Triton-X100。 镶嵌蛋白的存在方式：
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非胞质面 脂 质 双 层
1
2
3
胞质面 5
跨膜 镶 2.多 次 穿 膜： 数条a-螺旋几次折返穿越脂质双层。 蛋白
1.单 次 穿 膜： 单条a-螺旋贯穿于脂质双层。
嵌 蛋 3.非穿越性共价结合：不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧 单层脂质的烃链结合。 白
4.与磷脂酰肌醇结合： 镶嵌蛋白通过自己的一个寡糖链与磷脂
（2）与膜的物质运输有关： （3）与信号传导有关：
（4）与细胞周期的关系：M期、膜流动性最大， G1期和S期，膜流动性最低。
（5）与细胞的能量转换有关：
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小结:
生物膜是球形蛋白质和脂类二维排列的液晶体
1.脂类分子亲水头部排列在膜的两侧，疏水尾部排列 在膜的中央一层。 2.球形蛋白质以不同的形式与脂质双层分子相结合。 3.寡糖链与脂和蛋白质以共价键结合,分布在非胞质侧
极性头部 脂质双分子层 疏水尾部
镶嵌蛋白 外周蛋白
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极性头部
脂质双分子层 疏水尾部 镶嵌蛋白 外周蛋白
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四、晶格镶嵌模型(1975)
晶格：指膜中晶态部分,即膜内在蛋白和界面脂。
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五、板块镶嵌（脂筏）模型 (1977) （1）脂类双分子层分为流动 性不同的区域---“板块” （脂筏）：有序的晶态 无序 的液态 （2）两者之间处于一种连续 的动态平衡中
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（三）糖脂
糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上。 是含糖而不含磷酸的脂类，含量约占脂总量 的5％以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高， 约占5～10％。 在细胞中糖脂均位于膜的非胞质面,占膜外 层脂类分子的50%。其作用可能是作为受体, 与细胞识别和信息传导有关.
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最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂，在髓鞘的 多层膜中含量丰富；变化最多、最复杂的 糖脂是神经节苷脂，其头部包含一个或几 个唾液酸和糖的残基。神经节苷脂是神经 元质膜中具有特征性的成分。
生物膜
单位膜
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•细胞内膜:围绕各种细胞器的膜，亦 既除去质膜以外的所有膜质结构的膜。 •生物膜:质膜和细胞内膜在起源、结 构和化学组成等方面具有相似性，故 质膜和细胞内膜总称为生物膜。
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单位膜(unit membrane)：在电 镜下,生物膜显示出 “二暗一 明”的模式结构,又叫三层夹板 式结构(内外两层各厚2nm,中间 一层厚3.5nm,总厚度7.5nm）称 之为单位膜。 细胞膜（质膜） 生物膜
（3）膜各部分的流动性不均 一，细胞膜是由同时存在的、 有不同流动性的板块镶嵌而 成的动态结构。
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第三节
膜的特性：不对称性和流动性
一、膜的不对称性 脂质双分子层的不对称性
（一）脂质双分子层的各层所含的磷脂种类明显不同 头部含有胆碱的磷脂分子（磷脂酰 细 非胞质侧： 胆碱,鞘磷脂）。 胞 膜 胞 质 侧：末端含有氨基的磷脂分子（磷脂酰 乙醇胺和磷脂酰丝氨酸）。 （二）糖脂全部分布在非胞质侧的单层脂 质分子中。

2.鞘磷脂

鞘磷脂在脑和神经细胞膜中特别丰富。 以鞘胺醇为骨架，与一条脂肪酸链组 成疏水尾部，亲水头部也含胆碱与磷 酸结合。原核细胞、植物中细胞没有 鞘磷脂。
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（二） 胆固醇


主要存在真核细胞膜上，含量一般不超 过膜脂的1/3，且散在于磷脂分子之间。 植物细胞膜中含量较少，其功能是提高 双脂层的力学稳定性，调节双脂层流动 性，降低水溶性物质的通透性。 在缺少胆固醇培养基中，不能合成 胆固醇的突变细胞株很快发生自溶
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磷 脂
磷酸甘油酯
磷脂酰胆碱 磷脂酰乙醇胺
磷 脂
神经鞘磷脂
磷脂酰丝氨酸 磷脂酰肌醇
极 性 头 部 基 团 （ 亲 水 ）
X
鞘 胺 醇
非 极 性 尾 部 基 团 （ 疏 水 ）
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Cell membrane - Structure
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糖
脂
鞘 胺 醇 鞘 胺 醇
糖脂为含有一个或几 个糖基的脂类。 胆固醇
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细胞膜是保卫在细胞质表面的一层膜，因此 又称为质膜（plasma membrane）。平均厚度 为7～10nm，超过光学显微镜所能分辨的极限， 所以在光学显微镜下是看不见细胞膜的，光 镜下看到的所谓细胞膜，实际是细胞与周围 截止的截面。20世纪50年代运用电子显微镜 才观察到单位膜的结构。
质膜
胞内膜
（一）膜脂的流动性
1.侧向扩散 2.旋转 3.摆动 4.翻转
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影响膜脂流动性的因素
1.脂肪酸链的饱和程度(不饱和程度越高,膜脂的流动性越大） 2.脂肪酸链的长度(脂肪酸链越短,膜脂的流动性越大 ） 3.胆固醇的影响（相变温度以上,如胆固醇含量增加,膜的流
动性降低）
4.卵磷脂/鞘磷脂的比例(鞘磷脂含量高,膜的流动性降低) 5.其它因素
4.生物膜具有不对称性和流动性的特性。
5.膜各部分的流动性不均一，蛋白质分子对界面脂分
子流动性有控制作用，膜是由不同流动性的板块镶嵌
而成的动态结构。
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膜脂分子结构的共同特征:
即都有亲水和疏水两部分,含磷酸 和胆碱的一端是亲水的,为极性的头部 ;而两条平行的脂肪酸链是疏水的,是 非极性的尾部。这种一端亲水，另一 端疏水的化学分子，称为双亲媒性分 子。又称为兼性分子。
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（四）脂质体（liposome）
是一种人工膜。 在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球形 脂质体，直径25～1000 nm不等。 人工脂质体可用于：
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一.膜脂:生物膜上的脂类统称膜脂。 磷 膜 脂 脂：生物膜的主要成份。
糖
脂: 均位于膜的非胞质面
胆固醇: 散在于磷脂分子之间
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(一)磷脂：膜脂的基本成分（50％以上）
分为二类:磷酸甘油脂和鞘磷脂 主要特征： 1.具有一个极性头部和两个非极性 的尾部(脂肪酸链); 2.脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由 16,18或20个组成； 3.含饱和脂肪酸链及不饱和脂肪酸链。