细胞膜的结构和功能课件

血影及其膜蛋白研究
人红血球质膜蛋白在SDS-聚丙烯酰胺电脉 图谱上大约显示15条蛋白带，分子量从 15,000到250,000，其中三种蛋白—血影蛋 白（spectrin）、血型糖蛋白 （glycophorin）和带3蛋白（Band 3）大 约占其重量锚蛋白）
膜整合蛋白
多为兼性分子，属于水不溶性蛋白，多以α-螺旋单次 (包括许多细胞质膜受体)或多次穿膜(如一些通道蛋白和其 他功能蛋白)，与膜结合紧密，需用去垢剂使膜崩解才能 分离下来。
膜外周蛋白
水溶性蛋白,位于膜两侧，以离子键、氢键与膜脂分子 极性头部或膜表面的蛋白质分子非共价结合，易从膜上分 离。包括质膜内表面的一些酶和传递跨膜信号的因子、线 粒体内膜上细胞色素C、血红细胞骨架膜蛋白的主要成分 红细胞膜素即血影蛋白(Spectrin)等。
脂质体是人工脂双层膜形成的圆球状膜泡，借助不同的制备方法
可以制备不同结构的脂质体。在膜研究中，膜蛋白可以插入脂质体， 使对于它们的功能研究能在比天然膜简单得多的环境下进行。脂质体 可以作为DNA或各种药物的载体，即将DNA或药物包装于脂质体的囊 泡中，再运载到体内的靶细胞。例如，囊肿纤维化（cystic fibrosis CF） 是一种粘液分泌异常的疾病，特别常见于呼吸道，形成非常浓和粘稠 的粘液，很难由肺经气道排出，该病的分子基础是肺泡上皮细胞表面 囊肿纤维化跨膜传导调控因子（cysticfibrosis transmembrane conductance regulator CFTR）的氯离子通道蛋白基因发生突变，造成 CFTR氯离子通道缺乏或活性很低。带治疗用的“目的”基因的载体 药物易于通过呼吸而达到靶细胞。脂质体就是一种很好的载体，当包 装有编码正常CFTR基因的DNA脂质体，吸入气道和肺泡时，脂质体 和上皮细胞质膜融合而把其中的DNA输运至有基因缺乏的上皮细胞内。 脂质体作为药物特别是基因药物运送载体有其长处，如高的目的基因 运载率；被包装于内的DNA可以避免被核酸酶降解；通过同时引入靶 向“引航”分子（特异性抗体分子或其它细胞受体的特异配体分子）， 可以提高脂质体的靶向特异性和与靶细胞反应的有效率，脂质体具有 较低的细胞毒性。
脂锚定蛋白
位于膜两侧，通过共价键与膜磷脂或脂肪酸锚定结合。 有一类完全位于细胞质膜外表面，它们的C-端氨基酸通过 一段短的寡糖链桥共价连接于脂双层外叶片层的磷脂酰肌 醇 的 头 部 ， 即 成 为 糖 基 磷 脂 酰 肌 醇 锚 定 蛋 白 （ glycosyl phosphatidyl inositol (GPI)-anchored proteins）。特 异识别并能切除肌醇磷脂的磷脂酶C可以把被这类锚定的 蛋白如Thy-1蛋白、碱性磷酸酶和正常细胞的PrP搔痒蛋 白等从膜上切离下来。
3
7.5 8 （5-10） 0 2.0 （1-2） 0
0.23
0.66-0.8 1.1 1.09 3.0 2.0 3.2 2.3
一、膜脂(membrane lipid)
◆种类：包括磷脂、胆固醇(CI)、糖脂三类， 以磷脂含量最多，不同的生物膜中它们含量 不同。
思考：生命为什么选择膜脂？
磷脂
●磷酸甘油酯
在自然界中存在的100多种糖基中，只有9种糖基出现在膜糖链中，其 中中性糖有葡萄糖、甘露糖、半乳糖、岩藻糖、木糖等，氨基糖有乙酰氨 基葡萄糖、乙酰氨基半乳糖、氨基糖酸（唾液酸和羟乙酰神经氨酸）。糖 基构建糖链，能够进行多样化的排列组合，在糖蛋白和糖脂分子中形成复 杂的、具有巨大信息量的多样化基团结构，例如一个三糖链就可以有1958 种结构形式。因此，糖蛋白、糖脂均具有多方面的功能，膜糖类的多样性 或非均一性，是造成膜不对称性的重要原因之一，并且在细胞与细胞间、 细胞与环境间的特异性识别和相互作用中起重要作用。
第一节 细胞膜的化学组成
主要有脂类、蛋白质、糖、水、无机盐、 金属离子等。
膜的化学组成（％）
膜的类别
蛋白质
脂类
糖类
蛋白质/脂类
髓鞘
18
质膜
血小板
33-42
人工红细胞 49
大鼠肝细胞 46
盐杆菌紫膜 75
内质网膜
67
线粒体内膜 76
菠菜叶绿体片层 70
79
50-51 43 42 25 33 24 30
二、膜蛋白（membrane protein）
其种类、含量决定膜的功能。按照与膜的结合关系 分成三类：
（一）膜整合蛋白（integral membrane protein）
内在蛋白、镶嵌蛋白、跨膜蛋白
（二）膜外周蛋白（peripheral protein）
周围蛋白、外在蛋白
（三）脂锚定蛋白（lipid-anchored proteins)
细胞膜的结构和功能
(第四、五、六章)
细胞膜(质膜)
生物膜 细胞内膜相结构 厚7-10 nm
单位膜(unit membrane)：“两暗夹一明”
的电镜图像。
示单位膜“两暗夹一明”的结构
生物膜功能总结
区间化、物质 交换、信息传递、 细胞间的相互作用、 能量转换、机械强 度、绝缘、细胞运 动等。
第五章 细胞膜的分子结构和特性
卵磷脂（磷脂酰胆碱，PC） 脑磷脂（磷脂酰乙醇胺，PE） 磷脂酰丝氨酸（PS） 磷脂酰肌醇（PI） 心磷脂（二磷脂酰甘油，CL）
●鞘磷脂（SM）
鞘 氨 醇
磷脂酰乙醇胺 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰胆碱 鞘磷脂
胆固醇
类固醇环(甾环)是刚性平面， 可提高膜的刚性和微粘度；而 疏水的分支脂肪烃链固有的运 动性又增加膜局部微区的无序 性，使膜流动性增加。
糖脂
鞘磷脂
1.半乳糖脑苷脂 2.GM1神经节苷脂 3.唾液酸
◆膜脂的结构特点：兼性分子(双亲媒性分子)
极性头部 亲水性
非极性尾部 疏水性
◆膜脂的物理特性：自组装能力
(a)水溶液中的磷脂分子团 (b)球形脂质体
(c)平面脂质体膜 (d)用于转基因或疾病治疗的 脂质体
脂质体（Liposomes） （p62）
（血型糖蛋白）
(带4.1蛋白)
（血影蛋白）
（肌动蛋白纤维）
三、膜糖
主要与膜蛋白和膜脂分子共价结合，而形成糖蛋白、糖脂， 所有糖链伸向细胞膜外表面，膜糖以短的寡糖链（直链、分支 链）形式存在。 构成细胞外被(衣)(cell coat)或糖萼(glycocalyx)。 功能：保护、细胞识别、决定血型等。