细胞表面及其特化结构
《细胞生物学》系列课程：第四章质膜和细胞表面一
《细胞生物学》系列课程：第四章质膜和细胞表面一《细胞生物学》系列课程第四章质膜和细胞表面一第四章质膜和细胞表面概述：质膜、内膜系统、生物膜、单位膜第一节质膜的化学成分第二节质膜的分子结构第三节质膜的特性第四节细胞表面及其特化结构第五节质膜与细胞的物质运输概述：质膜（plasmamembrane）细胞质与外界相隔开的一层界膜，又称细胞膜(cellmembrane)，厚7~10nm存在意义：屏障作用，提供稳定的内环境物质转运信号传递、细胞识别等内膜系统（Endo-membranesystem）除质膜外，真核细胞内还有一些膜结构。
概念：真核细胞内那些在结构、功能及发生上密切关联的膜性结构细胞器的总称。
生物膜（biologicalmembrane）所有膜性结构的总称20Ao35Ao20Ao单位膜（unitmembrane）——生物膜的共同形态结构特征概念：透射电镜下，生物膜呈现出“两暗夹一明”铁轨样形态，称为单位膜。
第一节质膜的化学成分脂类：50%蛋白质：40~50%糖类：1~10%不同类型生物膜三种物质的比例不同，一般，膜功能复杂，蛋白质含量高。
一、膜脂（membranelipid）概述膜脂是细胞膜的基本组成成分种类：磷脂（最多）、胆固醇和糖脂特点：兼性（双亲性、两亲性）分子存在形式：脂质双分子层功能：生物膜的基本骨架屏障作用赋予膜流动性(一)磷脂（phospholipid）——膜脂的基本成分含量最多的膜脂，约占膜脂的50%以上双亲性分子1个亲水头2个疏水尾（多为脂肪酸链）可分两大类：甘油磷脂鞘磷脂胆碱乙醇胺丝氨酸肌醇1.甘油磷脂——以甘油为骨架磷脂酰胆碱(卵磷脂)磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇极性基团磷酸甘油脂肪酸链磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）2.鞘磷脂——以鞘氨醇为骨架在神经细胞膜中特别丰富，原核和植物细胞膜中不含。
1个亲水头2个疏水尾胆碱等胆碱脂肪酸脂肪酸脂肪酸烃链甘油磷脂鞘磷脂磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰胆碱鞘磷脂鞘氨醇分子团脂质体磷脂双层磷脂分子在水溶液中的3种构型：①球形单层分子团②双分子层③脂质体抗体聚乙二醇脂溶性药物人工脂质体应用：转基因载体药物载体膜功能的研究疏水尾(二)胆固醇（cholesterol）主要存在于动物细胞膜上，原核细胞中无植物细胞中少(约占膜脂2%)含量多不超过膜脂的1/3个别达50%两亲性分子亲水头&疏水尾（胆固醇）分布：散布在磷脂分子之间功能：①维持膜的稳定性②调节膜的流动性（双向调节）甾环胆固醇对膜流动性的双向调节糖脂（三）糖脂（glycolipid）普遍存在于原核和真核细胞质膜上，约占膜脂总量的5%。
第五章 细胞膜及其表面(二)
第一节 细胞膜的分子结构和特性
一、细胞膜的化学组成
脂类、蛋白质、糖类 ——主要成分
膜脂 膜蛋白 膜糖
水、无机盐、金属离子 ——少量成分 蛋白质/脂类 : 在不同种类生物膜中有所不同。
不同细胞的质膜及细胞中不同膜相结构 三种膜成分的比例差异很大
(一) 膜脂 menmbrane lipid
生物膜上的脂类统称膜脂。
★（二）锚定连接（ anchoring junction）
锚定连接包括两大类蛋白质：
细胞内附着蛋白：一端将特定的细胞骨架成分与连接复合体相连接，另一
端与穿膜黏着蛋白连接。
跨膜连接糖蛋白：胞内区与细胞内锚定蛋白连接，胞 外区域相邻特异的穿
膜黏连蛋白或与细胞外基质蛋白结合。
锚定连接的两类蛋白示意图
★ （二）锚定连接（ anchoring junction）
(一) 膜脂 menmbrane lipid
膜脂分子的共同特点： 都有亲水性和疏水性两端，称兼性分子或双亲媒性分子 (amphipathic molecule)
双亲性分子在水溶液中排列方式:
脂分子团
脂双分子层
脂质体
(二) 膜蛋白 menmbrane protein 是膜功能的主要体现者！
根据膜蛋白与膜脂的结合方式以及在膜中的位置的不同，分为：
1 单次穿膜： 单条a-螺旋贯穿脂质双 层 多次穿膜： 数条a-螺旋折返穿越脂质 双层
非胞质面 脂 双 分 2 子 层 胞质面
3. 多亚基穿膜
内在膜蛋白具有双亲性，其亲水区域暴露在膜的内外表 面与水相吸，它们的疏水区域嵌入膜内，与脂类分子疏 水尾部通过疏水键结合，与膜结合紧密，不易分离提纯。
2、膜周边蛋白 附在膜的内外表面，非共价地结合在膜脂或跨膜蛋白上。
第15章 细胞连接
分类
封闭连接(occluding junction) ： 紧密连接(tight junction) 锚定连接（anchoring junction) : 桥粒连接（桥粒，半桥粒） 粘着连接（粘着带，粘着斑）
通讯连接(communicating junction)： 间隙连接 化学突触 胞间连丝：仅见于植物
（二） 胞质溶胶(cytosol)
1. 定义： 细胞膜下内表面有一层厚约0.10.2m粘滞透明的溶胶状物质，其中分布 着丰富的微管和微丝，微丝直接或间接与 膜蛋白相连，微管衬托在微丝下面，具有 抗张强度，维持细胞的形态和运动。
2) 越膜控制：
当细胞表面糖蛋白与外来分子结 合时，引起膜下微管和微丝的运动， 使膜上糖蛋白的分布发生变化，由分 散变为聚集状态，称越膜控制。 例如：成斑、成帽现象
3. 功能
1）连接相邻的细胞
2）封闭上皮细胞的间隙，使大分子物质难以在 细胞间通透。保证组织环境的稳定性 3）保证物质转运的方向性，使游离端与基底面 质膜上的 膜蛋白行使各自不同的膜功能， 维持细胞的极性。
4）维持上皮细胞层选择性的屏障作用
4.1.2 锚定连接 (anchoring junction)
说明通过代谢偶联，含放射性标记的三磷酸胸苷 （TTP）从正常细胞通过缝隙连接直接进入到与其接 触的突变细胞。 胸苷在胸苷激酶的作用下形成三磷酸胸苷
4. 电偶联： 带电离子(H+)直接通过间隙连接到达相邻 的细胞。在相邻细胞间进行传递，电偶联使心 肌能够产生同步的收缩。 当相邻心肌细胞间缝隙连接保持完整时， (H+)能在相邻心肌细胞间传递，心肌细胞间电 偶联存在，心脏可以搏动，相反， (H+)不能在 相邻心肌细胞间传递，电偶联消失。心脏停止 搏动。
第四章 细胞膜与细胞表面
第一节 细胞膜与细胞表面的 特化结构
细胞膜的化学组成
细胞膜的结构模型及特点
骨架与细胞表面的特化结构 骨架 细胞表面的特化结构
细胞膜的化学组成
细胞膜主要由脂质和蛋白质组成。 细胞膜主要由脂质和蛋白质组成。
一、膜脂（membrane lipid） 膜脂（ ）
膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。 膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。 磷脂 三种类型
膜蛋白（ 二、 膜蛋白（membrane protein） ）
膜蛋白是膜功能的主要体现者， 共有50余种膜蛋白 余种膜蛋白。 膜蛋白是膜功能的主要体现者 ， 共有 余种膜蛋白 。 根据 与膜脂的结合方式以及在膜中的位置的不同， 膜蛋白分为内 与膜脂的结合方式以及在膜中的位置的不同 ， 膜蛋白分为 内 在蛋白（ 在蛋白（intrinsic protein）、外周蛋白（peripheral protein） ） 外周蛋白（ ） 和脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）。 脂锚定蛋白（ ）
（一）膜的流动性
1. 膜脂的分子运动
1 侧向扩散运动 2 旋转运动 3 摆动运动 4 伸缩震荡运动 5 翻转运动 6 旋转异构化运动
2. 影响膜脂运动的因素： 影响膜脂运动的因素： 胆固醇含量 脂肪酸链的长度及饱和度 卵磷脂/ 卵磷脂/鞘磷脂 温度、酸碱度、 温度、酸碱度、离子强度等
3．膜蛋白的运动 ．
1、膜脂的不对称性：同一脂分子在膜的脂双 膜脂的不对称性： 层中呈不均匀分布。 PC和SM主要分布 层中呈不均匀分布。如：PC和SM主要分布 分布在内小叶。 在外小叶，PE和PS分布在内小叶。 在外小叶，PE和PS分布在内小叶 2、复合糖的不对称性：糖脂和糖蛋白只分布 复合糖的不对称性： 在细胞膜的外表面。 在细胞膜的外表面。 3、膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在细 膜蛋白的不对称性： 胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。 胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。
请简要介绍上皮细胞侧面的特化结构和功能
上皮细胞是人体组织中的重要细胞类型，其侧面的特化结构和功能对维持组织的形态和功能起着重要作用。
在本文中，我们将深入探讨上皮细胞侧面的特化结构和功能，以帮助读者更深入地理解这一主题。
一、微绒毛1. 结构：微绒毛是上皮细胞侧面的特化结构之一，它们由微绒毛蛋白组成，呈纤维状。
2. 功能：微绒毛的作用是增加细胞的吸收面积，提高物质的吸收效率，同时还能起到稳定细胞外液流动的作用。
在肠道上皮细胞中，微绒毛的存在能够增加肠道对营养物质的吸收能力，有助于消化吸收过程的进行。
二、紧密连接1. 结构：紧密连接是上皮细胞侧面的重要特化结构之一，它们由紧密连接蛋白组成，呈点状或线状。
2. 功能：紧密连接的作用是连接相邻上皮细胞，形成细胞屏障，阻止溶质和液体通过细胞之间的间隙，从而实现对物质的选择性通透性。
紧密连接还能够维持细胞的极性结构，保持细胞内外环境的稳定。
三、交界复合物1. 结构：交界复合物是上皮细胞侧面的另一个特化结构，它由交界复合蛋白组成，形成三角形结构。
2. 功能：交界复合物的作用是连接上皮细胞与上皮细胞之间的膜，在细胞之间形成有效的交联，增强细胞的机械强度和稳定性。
在心肌细胞中，交界复合物的存在能够实现细胞与细胞之间的有效传导，保证心肌细胞的紧密协作，维持心脏的正常收缩功能。
在了解了上皮细胞侧面的特化结构后，我们不难发现这些特化结构和功能的存在对维持组织的正常结构和功能起着至关重要的作用。
微绒毛的存在提高了细胞的吸收表面积，紧密连接和交界复合物的存在保证了细胞之间的连接和稳定性，这些结构的融合共同构成了上皮细胞的侧面结构，为它们的生理功能提供了坚实的保障。
总结回顾：通过本文的阐述，我们对上皮细胞侧面的特化结构和功能有了更深入的了解。
微绒毛、紧密连接和交界复合物作为上皮细胞侧面的重要特化结构，共同维持了细胞的正常形态和功能，对维持组织的结构和功能起着不可或缺的作用。
个人观点：上皮细胞侧面的特化结构和功能是细胞生物学中的重要研究内容之一，深入研究这些结构对我们更好地理解细胞的生理功能和病理变化具有重要意义。
细胞表面的特化结构
细胞表面的特化结构细胞表面的特化结构是指细胞表面上具有特殊功能的微小结构。
这些结构有助于细胞进行各种生命活动，例如细胞信号传导、细胞运动、营养摄取和分泌等。
本文将介绍几种常见的细胞表面特化结构。
1. 纤毛和鞭毛纤毛和鞭毛是一种细胞表面的纤维状结构，它们由微管束和基体组成。
纤毛和鞭毛的主要功能是运动和感受。
鞭毛一般比纤毛更长，只有一个或几个，而纤毛则较短，数量较多。
纤毛和鞭毛在许多生物中均可见到，例如人类呼吸道上皮细胞上的纤毛和精子上的鞭毛。
2. 微绒毛微绒毛是一种长度约为1微米的细胞表面小突起，由微丝和微绒毛核心纤维组成。
微绒毛的主要功能是增加细胞表面积，从而提高细胞对营养物质的吸收能力。
微绒毛广泛存在于消化道、肾脏、肺和生殖系统等组织中。
3. 紧密连接和间隙连接紧密连接和间隙连接是一种细胞表面的结构，由细胞膜上的蛋白质组成。
紧密连接在细胞上形成了一个紧密的屏障，可以防止物质通过，保护组织和器官免受外部环境的侵害。
间隙连接则是一种细胞间的连接结构，可以使细胞之间形成紧密的联系，从而促进细胞间分子的交流和信号传导。
4. 细胞膜上的受体细胞膜上的受体是一种特殊的蛋白质，位于细胞膜上。
它们可以感受细胞外的信号分子，并将这些信号转化成细胞内的信号，从而调节细胞的生理和生化反应。
细胞膜上的受体有许多种类，如酪氨酸激酶受体、G蛋白偶联受体等。
5. 细胞表面的糖基化细胞表面的糖基化是指细胞表面上的蛋白质和脂质与糖分子结合的过程。
这种糖基化可以使细胞表面形成糖基化物，从而影响细胞的生理和生化反应。
例如，在许多生物中，糖基化可以使细胞表面的糖蛋白起到信号传导和免疫识别的作用。
细胞表面的特化结构对细胞的正常生理和生化反应具有重要作用。
这些结构不仅可以帮助细胞进行各种生命活动，还可以为细胞提供保护和信号传导等功能。
因此，对细胞表面的特化结构的研究具有重要意义，有助于深入理解细胞的生理和病理机制。
医学细胞生物学细胞表面及其特化结构第二讲
(一) 氨基聚糖与蛋白聚糖
二糖单位之一是氨基己糖 (氨基葡萄糖或氨基半乳糖) 糖醛酸 （葡萄糖醛酸或艾杜糖醛酸）
结构：氨基聚糖是由重复的二糖单位构成的长链多糖
透明质酸、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、 肝素和硫酸角质素等。 ．氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）
类型：
氨基聚糖的分子特性及组织分布
化学突触：存在于神经细胞间和神经细胞与肌细胞的接触 部位,通过释放神经递质来传导神经冲动。 组成：突触前膜、突触间隙和突触后膜
小肠上皮细胞层各种细胞连接
添加标题
微绒毛
添加标题
紧密连接
添加标题
粘着带
添加标题
桥粒
添加标题
角质纤维
添加标题
间隙连接
添加标题
半桥粒
添加标题
基底层
添加标题
extracellular matrix，ECM
(二)胶原与弹性蛋白
胶原的结构
胶原纤维结构特征
α－肽链
01
胶原原纤维
02
胶原分子
03
胶原纤维
04
成纤维细胞周围的胶原纤维
切去信号肽、N端和C端添加短前肽(前-链)。在高尔基体内加工：羟基化、糖基化
形成二硫键，以氢键连接形成三股螺旋的前胶原。
前胶原合成后，分泌进入细胞间隙中
切去前肽，形成直径1.5nm、长300nm的胶原分子
细胞骨架纤维参与锚定
黏合连接 黏合带 黏合斑
由微丝介导的细胞连接 细胞或细胞外基质粘着
桥粒连接 桥粒
由张力丝介导的细胞连接
半桥粒
细胞膜
细胞间隙
2-4nm
连接子
跨膜蛋白亚单位
细胞的特化结构
细胞的特化结构细胞是构成生物体的基本单位，不同类型的细胞在形态和功能上存在差异。
这些差异主要是由细胞的特化结构所决定的。
细胞的特化结构使得它们能够完成各自特定的生物学功能。
本文将介绍细胞的一些主要特化结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核、线粒体、内质网、高尔基体和溶酶体等。
细胞膜是细胞的外界限，它由脂质双层和蛋白质组成。
细胞膜具有选择性通透性，能够控制物质的进出。
细胞膜上还有许多蛋白质，其中包括通道蛋白、受体蛋白和酶等。
这些蛋白质能够与外界物质相互作用，实现物质的传递和信号的传导。
细胞质是细胞膜内的胶状物质，包括细胞器、细胞骨架和溶质等。
细胞质中的细胞器是细胞的重要组成部分，包括线粒体、内质网、高尔基体和溶酶体等。
这些细胞器各自具有特定的结构和功能，协同工作，完成细胞的生物学活动。
细胞核是细胞的控制中心，它包含着遗传物质DNA。
细胞核内还有核糖体、染色质和核仁等结构。
核糖体是蛋白质合成的场所，染色质是DNA和蛋白质的复合物，核仁则参与核糖体的合成和组装。
线粒体是细胞的能量中心，它通过氧化磷酸化反应产生ATP，并参与细胞的呼吸作用。
线粒体具有双层膜结构，内膜上有许多葡萄糖和脂肪酸氧化酶，能够将葡萄糖和脂肪酸转化为能量。
内质网是细胞的蛋白质合成和修饰的场所。
它由一系列膜片和腔隙组成，包括粗面内质网和滑面内质网。
粗面内质网上有许多核糖体附着，参与蛋白质的合成。
而滑面内质网则参与蛋白质的修饰和运输。
高尔基体是细胞的分泌中心，它包括一系列扁平的膜片和小囊泡。
高尔基体参与蛋白质的修饰、包装和分泌。
它还能够合成一些复杂糖脂和糖蛋白。
溶酶体是细胞的消化中心，它由一层膜包围，内部含有水解酶。
溶酶体能够将各种物质分解为小分子，并将其释放到细胞质中。
它还参与细胞的废物处理和免疫功能。
细胞的特化结构使得细胞能够完成各种各样的生物学功能。
不同类型的细胞根据其功能的不同，其特化结构也会有所不同。
通过进一步研究细胞的特化结构，我们可以更好地理解细胞的功能和生物体的组织结构。
细胞生物学——第六章 细胞表面及其特化结构
二、胞质溶胶
是存在于质膜内侧的液体溶胶层。 是存在于质膜内侧的液体溶胶层。含高浓 度的蛋白质，具有一定的粘性， 度的蛋白质，具有一定的粘性，分布有较 多的微丝 微管。 微丝、 多的微丝、微管。 功能： 功能： 对维持细胞的极性 形态有密切的关系， 细胞的极性、 对维持细胞的极性、形态有密切的关系， 并可调节膜蛋白的分布和运动。 并可调节膜蛋白的分布和运动。
13
一、闭锁连接（ 紧密连接） 闭锁连接（ 紧密连接）
似拉链结构，相邻细胞膜紧密相贴，无间隙。多存 拉链结构，相邻细胞膜紧密相贴，无间隙。 在于体内管腔及腺体上皮细胞靠腔面一侧。 在于体内管腔及腺体上皮细胞靠腔面一侧。 细 胞 膜 细胞间隙 蛋白质索 嵴线） （嵴线）
紧密连接可封闭上皮细胞间隙， 紧密连接可封闭上皮细胞间隙，防止可溶性物 质从上皮细胞一侧扩散到另一侧起封闭功能。 质从上皮细胞一侧扩散到另一侧起封闭功能。
3
第一节
细胞外被与胞溶胶质
一、细胞外被(cell coat) 细胞外被(cell 又称糖萼(glycocalyx) (glycocalyx)： 又称糖萼(glycocalyx)： 指细胞膜外表面覆盖的一层粘多糖物质 指细胞膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，实 粘多糖物质， 际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共 际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共 价结合的寡糖链 的寡糖链。 价结合的寡糖链。其实质上是质膜结构的组 成部分。 成部分。 功能： 功能： 不仅对膜蛋白起保护作用, 不仅对膜蛋白起保护作用,而且参与细胞 的物质运输, 细胞识别中起重要作用 中起重要作用。 的物质运输,在细胞识别中起重要作用。
细胞膜 中间纤维 桥粒蛋白
盘状致密斑
细胞间隙 （30nm)
15
第二节 细胞表面特化结构
▪ 细胞表面（cell surface）：包围在细胞质外层的 一个复合结构体系和多功能体系，是细胞与外界环 境物质相互作用，并产生各种复杂功能的部位。
▪ 细胞表面的结构以质膜为主体，包括质膜外的细胞 外被和质膜内侧的胞质溶胶。
▪ 细胞表面的特化结构如：膜骨架、鞭毛和纤毛、微 绒毛及细胞的变形足等等，分别与细胞形态的维持、 细胞运动、细胞的物质交换等功能有关。
一、细胞外被
▪ 与质膜相连接的糖类物质的结构，称为细胞外被或糖萼。 用重金属染料，如钌红染色后，在电镜下可显示厚约 10~20nm的结构，边界不甚明确。
▪ 作用：保护，细胞通信，并与细胞表面的抗原性有关。
• 红细胞质膜上的鞘糖脂是ABO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。
活动。
分类
1.封闭连接
2.锚定连接
3.通讯连接
类型
第一类 第二类
第三类
细胞连接类型
连接名称
紧密连接
锚定连接
黏合连接 黏合带 黏合斑
桥粒连接 桥粒
半桥粒
通讯连接
间隙连接
化学突触
主要特征
相邻细胞膜形成封闭链 细胞骨架纤维参与锚定 由微丝介导的细胞连接 细胞或细胞外基质粘着 由中间纤维介导的细胞连接 细胞与基膜之间的连接 连接结构介导细胞通讯 由连接子介导细胞通讯
蛋白聚糖
胶原纤维
➢ 桥粒（spot desmosome） 部位：存在于上皮细胞黏合带下方。 形态特征：相邻细胞经由一纽扣状结构铆接在一起。
细胞膜 桥粒斑 钙黏蛋白 中间纤维 细胞间隙 （25~30nm)
第4章 细胞膜(1)
在漫长的生命进化过程中质膜的出现是一个重要的关键阶段，有了
他才确定了细胞为生命的基本单位。质膜的最基本作用： ①维持细胞内微环境的相对稳定；
②是细胞与周围环境和细胞与细胞间进行物质交换和能量、信息传递的
重要通道。 对细胞的生存、生长、分裂、分化都是至关重要。
细胞质膜不同于内膜，各有其不同的功能。但基本化学组成、分子
结构和功能具有共同特征，对质膜结构与功能的阐述有助于对细胞内膜 的了解。
第一节 细胞质膜与细胞表面特化结构
4.1.1 细胞膜的结构模型
已知质膜的主要成分是脂类、蛋白质和少量的糖类，那么这些 组分在膜中是如何排列和组织的，它们之间如何相互作用？关系到 膜的分子结构问题，曾经提出很多模型。
(一)片层结构模型
(四)脂筏模型
最近有的学者又提出了一个新的“脂筏模型”。即，在膜上富含胆 固醇、鞘脂而形成更有秩序且少流动的脂相，如同脂筏一样载着各种特 殊脂蛋白。 特点：1. 许多蛋白聚集在脂筏内，便于相互作用。 2. 脂筏提供一个有利于蛋白质变构的环境，形成有效构象。 功能：参与信号转导、受体介导的胞吞以及胆固醇代谢运输。
基因转移；裹入不同的药物或酶等具有特殊功能的生物
大分子，可望诊断与治疗多种疾病。特别是脂质体技术 与单克隆抗体及其他技术结合，可使药物更有效地作用 于靶细胞以减少对机体的损伤。
脂质体的类型
水溶液中 的磷脂分 子团 平面脂质体膜
聚乙二醇 膜
抗体
药物结晶
脂双层
双层 膜包 围的 脂溶 性药 物
球形脂质体
单层脂分子的水中时，玻片表面可吸附上单层脂分子膜。
从真核细胞分离纯净的膜很困难，主要受内膜的污染。红细 胞没有细胞内膜结构和细胞核。经低渗处理后，造成溶血现象， 血红蛋白和无机盐等被溶出细胞外，剩下的空壳称为血影。把血 影的脂类物质抽提出来，在水面上铺成单分子层。
细胞膜的修饰和特化机制及其功能
细胞膜的修饰和特化机制及其功能细胞膜是细胞的外壳，是隔离细胞与外界环境的一个重要的屏障。
细胞膜除了具有物理隔离的功能外，还参与了很多细胞内外的生命活动。
为了更好地完成这些生命活动，细胞膜在漫长的生化进化过程中逐渐发展出了各种不同的修饰和特化机制，以适应复杂多样的细胞生命活动。
细胞膜主要由磷脂双分子层组成，其中包括两层磷脂分子和许多细胞膜蛋白。
这些细胞膜蛋白可以通过不同的修饰和特化机制来改变它们的结构和功能，从而调节或介导细胞内外的信号传递、物质转运和细胞间相互作用等。
大多数的膜蛋白都具有疏水性，主要分布在细胞膜的内层。
这些蛋白通常被翻译成预蛋白，运输到内质网中进行修饰和加工。
在内质网上，这些预蛋白经过一系列的修饰，包括N-糖基化、磷酸化、甘氨酸化等，转化为成熟的膜蛋白。
这些修饰过程不仅可以影响膜蛋白的结构，还可以影响它们的生物活性。
在细胞膜表面，膜蛋白通常被修饰成不同类型的糖蛋白。
这些糖蛋白通过N-糖基化或O-糖基化等一系列复杂的修饰过程，在膜表面形成不同的糖基结构，从而实现不同的生物学功能。
例如，在白细胞的表面上，糖蛋白可以帮助识别和结合细胞外的信号分子，从而介导炎症反应和免疫应答。
除了膜蛋白的修饰外，细胞膜还可以通过细胞膜脂质的特化来实现不同的生物学功能。
最典型的例子是神经元的突触膜，在突触膜中，膜磷脂的构成和分布方式与其他细胞的细胞膜有所不同。
特别是，神经元突触膜的内层主要由富含二十碳五烯酸的磷脂分子组成，而二十碳五烯酸是通过富含这种脂质的食物来摄入的。
这种特殊的脂质组合方式有助于维持突触膜的流动性和弹性，从而实现更好的神经元信号传递和神经胶质细胞相互作用。
细胞膜的修饰和特化机制不仅在生物学中具有基础性意义，还对医学和药学等领域具有广泛的应用前景。
例如，研究细胞膜糖蛋白的结构和功能，有助于发现新型病原体和疾病标记物，并为新药研发提供基础性素材。
此外，针对特定的膜脂质成分的各种功能研究还具有重要的临床应用潜力。
《细胞表面及特化》课件
脂质的异常代谢或组成可以导致多种疾病，如肥胖 、心血管疾病、神经系统疾病等。
03
细胞表面特化的功能
细胞识别与黏附
细胞识别
细胞表面特化结构可以识别其他细胞 或分子，如受体和配体，通过这种识 别，细胞能够感知外部环境并作出反 应。
黏附作用
细胞表面的糖蛋白等特化结构可以与 其他细胞或基质进行黏附，维持细胞 的形态和位置。
细胞生长与分化
生长调控
细胞表面的生长因子受体等特化结构 可以感知生长因子的信号，调控细胞 的生长和分裂。
细胞分化
在发育过程中，细胞表面的特化结构 可以诱导细胞向特定方向分化，形成 不同类型的组织和器官。
细胞信息传递
信号转导
细胞表面的受体可以接收来自激素、神经递质等物质的信号，通过信号转导途径将信号传递到细胞内 部，影响细胞的生理功能。
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细胞表面组分的分离与鉴定
细胞表面组分的分
离
利用细胞表面标记、亲和吸附等 技术，将细胞表面的蛋白质、糖 类等组分分离出来。
蛋白质组学技术
利用质谱、色谱等技术对分离的 蛋白质进行鉴定，确定其氨基酸 序列和修饰情况。
糖类组学技术
利用糖链分离、糖谱分析等技术 对细胞表面的糖类进行鉴定，确 定其糖型和连接方式。
细胞表面分子相互作用的研究
免疫共沉淀技术
01
利用特异性抗体与细胞表面分子结合，通过洗脱和分离，研究
分子间的相互作用。
荧光共振能量转移技术
02
通过标记细胞表面分子，利用荧光信号的变化，实时监测分子
间的相互作用。
蛋白质芯片技术
03
将细胞表面分子固定在芯片上，与性。
细胞表面特化与疾病关联的研究
细胞膜表面的特化结构
三.物质的跨膜运输 （一）被动运输 1.简单扩散 2.协助扩散（或称促进扩散） （二）主动运输 1.ATP直接提供能量的运输 2.协同运输 （三）内吞与外排作用（胞吞与胞吐） 1.内吞作用 2.外排作用
四.细胞连接
（一）紧密连接 （二）锚定连接
1.桥粒与半桥粒 2.粘合带与粘合斑 （三）通讯连接 1.间隙连接 2.胞间连丝
Figure 10-11a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Figure 10-12 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Adhesion Belt
Plasmodesmata
间
LDL endocytosis
Clathrin coated piton the cytosolic face of a cell
SNAREs
SNAREs in vesicle transport
Cell Membrane 细胞质膜
内容提要
一. 细胞膜的基本组成 （一）膜酯 1.磷脂 2.糖酯 3.胆固醇 （二）膜蛋白 1.膜整合蛋白 2.外周蛋白 （三）膜糖类
二.细胞膜的结构模型与特性
（一）细胞膜的主要结构模型 1.单位膜模型 2.流体镶嵌模型
（二）细胞膜的不对称性和流动性 1.膜的不对称性 2.膜的流动性
细胞膜与细胞表面
细胞膜与细胞表⾯第四章细胞膜与细胞表⾯第⼀节细胞膜与细胞表⾯特化结构细胞膜(cell membrane)⼜称质膜(plasma membrane)：是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋⽩质组成的⽣物膜。
细胞膜不仅是细胞结构上的边界，使细胞有⼀个相对稳定的内环境，同时在细胞与环境之间进⾏物质、能量的交换及信息传递过程中也起着决定性的作⽤。
⽣物膜(biomembrane)：真核细胞内部存在着由膜围绕构建的各种细胞器。
细胞内的膜系统与细胞膜统称为⽣物膜。
它们具有共同的结构特征。
⼀、细胞膜的结构模型⼈们⽤光学显微镜发现了细胞，但到20世纪50年代初，在电镜下显⽰出了质膜的超微结构。
但⼈们并未感到惊奇，因为此前细胞⽣理学家在研究细胞内渗透压时已证明了质膜的存在。
1925年E. Gorter和F. Grendel研究红细胞发现膜脂单层分⼦为红细胞表⾯积的⼆倍，提⽰了质膜是由双层脂分⼦构成的。
随后，⼈们发现质膜的表⾯张⼒⽐油—⽔界⾯的表⾯张⼒低得多，若脂滴表⾯吸附有蛋⽩成分则表⾯张⼒降低，因此Davson和Danielli提出“蛋⽩质—脂质—蛋⽩质”的三明治式的质膜结构模型。
这⼀模型影响达20年之久。
1959年，J. D. Robertson发展了三明治模型，提出了单位膜模型(unit membrane model)，并推断所有的⽣物膜都由蛋⽩质—脂质—蛋⽩质的单位膜构成。
随后的⼀些实验，如免疫荧光标记技术等证明，质膜中的蛋⽩质是可流动的；冷冻蚀刻技术显⽰了双层膜脂中存在膜蛋⽩颗粒。
1972年，S. J. Singer和G. Nicolson在此基础上⼜提出了⽣物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model) 。
这⼀模型随即得到各种实验结果的⽀持。
流动镶嵌模型主要强调：①膜的流动性，膜蛋⽩和膜脂均可侧向运动；②膜蛋⽩分布的不对称性，有的镶在膜表⾯，有的嵌⼊或横跨脂双分⼦层。
近年来有⼈提出脂筏模型(lipid rafts model)，即在⽣物膜上富含胆固醇, 形成有序的脂相，如同“脂筏”⼀样, 并载有各种蛋⽩。
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细菌表面的鞭毛 人气管上皮细胞表面的纤毛
细胞表面的一种特化结构---细胞连接 细胞表面的一种特化结构---细胞连接 ---
相邻细胞表面形成的各种连接装置 ——细胞连接（ ——细胞连接（cell junction) 细胞连接
细胞连接(cell junction） 细胞连接(cell junction）
连接子的类型及对接方式
异源连接子： 异源连接子：由不同的连接子蛋白构成
同源连接子： 同源连接子：由6个相同的连接子蛋白构成
间隙连接的功能
加强细胞机械连接 介导细胞之间通讯
离子偶联：离子通道 离子偶联： 代谢偶联：亲水性通道 代谢偶联：
离子 离子
例子
间隙连接介导细胞通讯参与心脏有节律按次序收缩与舒张
接触抑制
体外培养的正常细胞,当贴壁生长成单层， 体外培养的正常细胞,当贴壁生长成单层，细胞到达一 定密度相互接触时，细胞表面糖基转移酶活性增强， 定密度相互接触时，细胞表面糖基转移酶活性增强，细胞外 被糖基化作用加快，糖链接触延伸， 被糖基化作用加快，糖链接触延伸，使细胞表面许多反应受 到遮蔽，抑制表面调节装置（膜受体——溶胶层的微丝和微 到遮蔽，抑制表面调节装置（膜受体——溶胶层的微丝和微 —— 管）的功能活动，细胞的生长和增殖受到抑制。 的功能活动，细胞的生长和增殖受到抑制。
P(Platelet)选择素 P(Platelet)选择素 E(Endothelial)选择素 E(Endothelial)选择素 L(Leukocyte)选择素 L(Leukocyte)选择素
Ig-Superfamily家族 Ig-Superfamily家族
* 分子结构中具有与免 疫球蛋白类似的结构域 的CAM超家族。 * 介导同亲性细胞粘着 或异亲性细胞粘着 * 粘着作用不依赖Ca2+ * N-CAMs 在神经组织细 胞间粘附中起主要作用。
同类分子间结合
异嗜性粘着
通过连接分子粘着
细胞粘附的三种机制
粘附分子的主要类型
钙粘素家族 （Cadherins） ） 选择素（Selectin） 选择素（ ） 免疫球蛋白超家族 (Ig-Superfamily，IgSF) ， 整合素家族 （Integrins） ）
Cadherins 家族
• 50多个成员的糖蛋白家族 • 属同亲性依赖Ca2+的细胞粘连糖蛋白 • 对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织分化以及成体 组织器官构成具有主要作用 主要包括： 主要包括：
间隙连接新功能的发现
间隙连接蛋白的粘附功能
神经迁移 肿瘤细胞转移？ 肿瘤细胞转移？
化学突触 chemical synapse
紧密连接 肌动蛋白纤维 黏合带 桥粒
间隙连接 中间纤维 半桥粒 黏着斑
进一步学习的阅读资料
细胞连接专业网站： 细胞连接专业网站：/ 相应的综述文章： 相应的综述文章：
定 义：各种组织中的细胞按一定的排列方式互相接触, 各种组织中的细胞按一定的排列方式互相接触,
相邻细胞表面形成的各种连接装置。 人 小 肠 壁 示 意 图
细胞连接的类型
类型 封闭连接 锚定连接 结构分类 紧密连接 黏合连接 黏合带 黏着斑 桥粒连接 桥粒 半桥粒 通讯连接 间隙连接 化学突触 主要特征 相邻细胞膜形成封闭链 肌动蛋白纤维参与锚定 细胞与细胞连接 细胞与外基质连接 中间纤维参与锚定 细胞与细胞连接 细胞与外基质连接 由连接子介导细胞通讯 神经突触通讯
细 胞 粘 附
细胞粘附分子——细胞之间或细胞与细胞外基质之间相互结合 细胞粘附分子——细胞之间或细胞与细胞外基质之间相互结合 并起粘附作用的跨膜糖蛋白。 如：神经细胞粘附分子(N-CAM)； 肝细胞粘附分子(L-CAM)。 如：神经细胞粘附分子(N-CAM)； 肝细胞粘附分子(L-CAM)。 特点：均为整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架成分相连； 多数要依赖Ca2+或Mg2+才起作用。 多数要依赖Ca2+或Mg2+才起作用。
黏合带和黏着斑
桥粒
半桥粒
间隙连接(gap 间隙连接(gap junction) 动物组织中普遍存在的一种细胞连接方式
connexon
细胞表面连接子扫描电镜图
间隙连接的结构组成
连接子
由6个连接子蛋白组成
连接子蛋白
相邻细胞间两个连接子对接形成通道 四次跨膜蛋白，种类多于20 20种 四次跨膜蛋白，种类多于20种 组织细胞特异性：心肌细胞为Cx43 组织细胞特异性：心肌细胞为Cx43 传导细胞为Cx40 传导细胞为Cx40
E- Cadherins(epithelial) N- Cadherins(neural) P- Cadherins(placental)
Selectin
• • • •
异亲性依赖于Ca2+ 能与特异糖基识别并相结合的糖蛋白 胞外部分具有凝集素样结构域(lectin-like domain) 主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘着 主要包括： 主要包括：
细胞表面及其特化结构
细胞表面(cell 细胞表面(cell surface)
定 义：包围在细胞质外层的复合的结构体系和多功能体系，是
细胞之间或细胞与环境相互作用并产生各种复杂功能的部位。
细胞表面的结构和功能
结 构: 细胞膜，细胞外被，膜下溶胶层，细胞连接和细胞表
面的特化结构(如鞭毛，纤毛，微绒毛，细胞内褶) 面的特化结构(如鞭毛，纤毛，微绒毛，细胞内褶)。
Integrins家族 Integrins家族
由α和β两个亚基形成的异源 二聚体糖蛋白。人体细胞中已 发现24种α链和9种β链，它们 相互配合形成不同的二聚体整 合素，可与不同的配基结合， 从而介导细胞与基质、细胞与 细胞之间的粘着。
小 结
• 细胞表面的结构 细胞膜，细胞外被，膜下溶胶层， 细胞膜，细胞外被，膜下溶胶层，细胞连 接和细胞表面的特化结构。 接和细胞表面的特化结构。 • 细胞表面的特化结构 微绒毛、褶皱、内褶、纤毛、鞭毛等。 微绒毛、褶皱、内褶、纤毛、鞭毛等。 • 细胞连接 1.紧密连接 1.紧密连接 • 细胞粘附分子 钙粘素家族 选择素 免疫球蛋白超家族 整合素家族 2.锚定连接 2.锚定连接 3.通讯连接 3.通讯连接
皱褶和内褶
细胞表面有一种扁形突起 ruffle） ，称为皱褶（ruffle）或片足 lamllipodia）。 ）。皱褶在形 （lamllipodia）。皱褶在形 态上不同于微绒毛，它宽而扁 态上不同于微绒毛， ，在巨噬细胞的表面上普遍存 在着皱褶结构， 在着皱褶结构，与吞噬颗粒物 质有关。 质有关。 内褶（infolding）是质膜 infolding） 由细胞表面内陷形成的结构， 由细胞表面内陷形成的结构， 同样具有扩大细胞表面积的作 用。这种结构常见于液体和离 子交换活动比较旺盛的细胞。 子交换活动比较旺盛的细胞。
巨噬细胞表面的皱褶
纤毛和鞭毛
纤毛（cilia） 纤毛（cilia）和鞭毛 （flagella）是细胞表面伸出 flagella） 的条状运动装置。 的条状运动装置。二者都来源 于中心粒， 9+2微管构成。 于中心粒，由9+2微管构成。 微管构成 有的细胞靠纤毛（如草履虫） 有的细胞靠纤毛（如草履虫） 或鞭毛（如精子和眼虫） 或鞭毛（如精子和眼虫）在液 体中穿行； 体中穿行；如气管和输卵管上 皮细胞的表面纤毛， 皮细胞的表面纤毛，虽然细胞 本体不动， 本体不动，纤毛的摆动可推动 物质越过细胞表面， 物质越过细胞表面，进行物质 运送。 运送。
心肌细胞、上皮细胞 心肌细胞、 上皮细胞基部 大多数动物组织细胞 神经元和神经神经元和神经-肌细胞间 上皮细胞 上皮细胞基部
主要分布
上皮细胞、脑微 上皮细胞、 血管内皮细胞
紧密连接 Tight junctions
紧密连接示意图
锚定连接 anchoring junction
上皮组织中的锚定连接
功 能:Байду номын сангаас支持保护，细胞识别，细胞粘附，免疫应答，
运动迁移，物质转运，信号转导，衰老病变等。
糖单位
细胞外被
脂双层
胞质溶胶
细 胞 识 别
细胞与细胞之间相互辨认和鉴别。 细胞与细胞之间相互辨认和鉴别。