4细胞膜与细胞表面

第四章 细胞质膜
第一节 细胞质膜的结构模型 一、生物膜的结构模型 二、膜脂 三、膜蛋白
第二节 生物膜基本特征和功能 一、膜的流动性 二、膜的不对称性 三、细胞质膜的基本功能
第三节 膜骨架 一、膜骨架 二、红细胞的生物学特性 三、红细胞质膜蛋白及膜骨架
细胞质膜（plasma membrane）又称细胞 膜（cell membrane），是围绕在细胞最 外层，由脂质和蛋白质组成的生物膜。
2、外周蛋白（peripheral protein）： 离子键或其它较弱的键与膜表面 的蛋白质分子或脂分子的亲水部 分结合
3、脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）： 与脂分子（如脂肪酸或糖脂）共 价连接。
一、膜的流动性
（一）膜脂的流动性
影响膜脂流动性的因素 • 胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。 • 脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动
糖蛋白
醣脂 类
外小叶
脂肪酸 尾部
胆固醇
通 道
外）复合糖的不对称性：
糖脂和糖蛋白只分布于细胞
膜的外表面。 （四）膜蛋白的不对称性：
EF
外小叶断面
每种膜蛋白分子在细胞膜上 都具有特定的方向性和分布的 区域性。如各种激素的受体具 有极性，细胞色素C位于线粒体 内膜M侧。
亲水区域
（二）膜脂的运动方式 1.侧向运动：同一平面上相邻分子交换位置。 2.自旋运动:围绕与膜平面垂直的轴进行旋转。 3.脂分子尾部的摆动：围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。 4. 翻转运动 ：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。 5.伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。 6.旋转异构化运动：脂肪酸链围绕C-C键旋转。
（三）脂质体（liposome）
根据磷脂分子可在水相中 形成稳定的脂双层膜的趋势而 制备的人工膜（4种类型）。
A 水溶液中的磷脂分子团
A
B 球形脂质体
C
C 平面脂质体膜
D 用于疾病治疗的脂质体
D B
三、 膜蛋白
（一）膜蛋白类型
1、整合蛋白（integral protein）： 为跨膜蛋白（tansmembrane proteins），是两性分子。
可从脂双层中央断开，各断面命 名为： ES，细胞外表面 （extrocytoplasmic surface） EF，细胞外小页断面 （extrocytoplasmic face） PS，原生质表面（protoplasmic surface） PF，原生质小页断面 （protoplasmic face）
membrane model）即生物膜由蛋白质—脂质—蛋白质 的单位膜构成。 1972年S.J.Singer和G.Nicolson提出了流动镶嵌模型 （fluid mosaic model）。 1988年Simon提出脂筏模型（lipid raft model）
生物膜的结构特性：
1、具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭 的膜系统的性质。磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相形 成脂分子层，它组成生物膜的基本结构成分，尚未发现在生物膜结构 中起组织作用的蛋白。但在脂筏中存在某些有助于其结构相对稳定的 功能蛋白。
2.糖脂
普遍存在于原核细胞和真核细胞的细胞膜上，神 经细胞膜上含量较高。人体的ABO血型与糖脂有 关。
红细胞质膜上的糖鞘脂是 AB0血型系统的血型抗原， 糖链结构基本相同，只是糖 链末端的糖基有所不同。A 型血的糖链末端为N-乙酰 半乳糖；B型血为半乳糖； O型血则缺少这两种糖基。 半乳糖脑脂 神经节苷脂 硅铝酸
3.胆固醇与中性脂质
功能：调节膜的流动性，增加膜的 稳定性以及降低水溶性物质的通透性。
主要存在真核细胞膜上，含量一般 不超过膜脂的1/3，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。
细胞内的膜系统(具膜的细胞器)与细胞质膜 统称为生物膜（biomembrane）
电镜超薄切片技术—细胞质膜结构
A.红细胞质膜(箭头) B.小鼠膀胱上皮细胞质膜及胞质中囊泡膜
一、细胞膜的结构类型
1925年E.Gorter和F.Grendle 提示了质膜是由双层脂 分子构成的。
Davson和Danielli提出“三明治”模型。 1959 年 J.D.Robertson 提 出 了 单 位 膜 模 型 （ unit
性增加。 • 脂肪酸链的长度：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。 • 卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高
于卵磷脂。 • 其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。
（二）膜蛋白的流动性 主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。
二、膜的不对称性
（一）细胞膜各部分的名称 样品经冰冻断裂处理后，细胞膜
(二)膜脂的不对称性 膜脂的不对称性是指同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布。
如：PC（卵磷脂）和SM（鞘磷脂）主要分布在外小叶，PE（磷脂酰乙醇胺）和PS（磷脂酰丝氨酸） 分布在内小叶。用磷脂酶处理完整的人类红细胞，80%的PC降解，PE和PS分别只有 20%和10%的被降解。 膜脂的不对称性还表现在膜表面具有胆固醇和鞘磷脂等形成的微结构域——脂筏。
2、蛋白质以不同的方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面，蛋白的 类型、蛋白分布的不对称性及其与脂分子的协同作用赋予生物膜各自 的特性与功能。
3、生物膜可看成是在双层脂分子中嵌有蛋白质的二维溶液。然而膜蛋 白与膜脂之间，膜蛋白与膜蛋白之间及其与膜两侧其他生物大分子的 复杂的相互作用，在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流动性，同时 也形成了赖以完成多种膜功能的脂筏等结构。
二、膜脂
（一）成份
膜脂主要成分：磷脂、糖脂和胆固醇。
1.磷脂（占整个膜脂的50%） 磷脂酰胆碱（卵磷脂 PC）
甘油磷脂 磷脂酰丝氨酸(PS)
磷脂酰乙醇胺(脑磷脂 PE)
磷脂
磷脂酰肌醇(PI)
双磷脂酰甘油（心磷脂 DPG）
鞘磷脂
以甘油为骨架的磷脂类， 在骨架上结合两个脂肪酸 链和一个磷酸基团。胆碱、 乙醇胺、丝氨酸或肌醇等 分子及其磷酸基团连接到 脂分子上。