细胞生物学课程第4章(细胞膜和物质的跨膜运输)2018
细胞生物学课程第4章(细胞膜和物质的跨膜运输) (1)
载体蛋白：
特异性结合溶质分子，通过构象改变进行物质运输的蛋白质，可介导被动运输和主动运输。 运输特点： ①与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质的跨膜转运； ②对所转运的物质具有高度选择性； ③载体蛋白又称为通透酶(Permease): 对物质的转运过程具有类似于酶与底物作用的动力学曲线、可被类似物 竞争性抑制、具有竞争性抑制等酶的特性。但与酶不同的是: 载体蛋白不对转运分子作任何共价修饰。
3.影响膜脂流动性的因素
影响膜脂流动的因素主要来自膜本身的组分，遗传因子及环境因子等。 包括： 1.胆固醇： 双向调节：相变温度以上，胆固醇的含量增加会降低膜的流动性； 相变温度以下，胆固醇的含量增加可阻止晶态的形成。 2.脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。 3.脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。
细胞膜的功能：
维持细胞的形态、内环境稳定、物质运输、能量转换、信息传递、免疫、癌变等。
第一节 细胞膜的化学组成与分子结构
一、细胞膜的化学组成 二、生物膜的特性 三、细胞膜的分子结构模型
一、细胞膜的化学组成
细胞膜的化学组成主要是脂类、蛋白质和糖类.
膜 化 学 组 成
脂类： 约50% 蛋白质： 约40% 糖类： 2～10%
2.胆固醇
（1）化学结构
极 性 头 部 平 面 甾 环 结 构 非 极 性 尾 部
（2）定位与功能
定位： 胆固醇仅存在真核细胞膜上， 含量一般不超过膜脂的1/3，植物细 胞膜中含量较少。 散布在膜中的磷脂分子中间， 极性羟基紧靠磷脂的极性头部，固 醇环固定在磷脂分子临近头部的烃 链上，疏水缔烃链尾部在脂双层的 中间。 功能： 提高脂双层的力学稳定性，调 节脂双层流动性，降低水溶性物质 的通透性。
《细胞生物学》——细胞4章 物质的跨膜运输2-7
1. 网格蛋白依赖的胞吞作用（ clathrin dependent endocytosis)
• 网格蛋白（clathrin ）：又称笼形蛋白，是一类包被蛋白，由3个二聚 体（1条重链和1条轻链）组成三腿蛋白（triskelion），作为包被的结 构单位，组装形成多面体笼形结构。当配体与膜上受体结合后，网格 蛋白聚集在膜下，逐渐形成直径50~100nm的质膜凹陷，即网格蛋白包 被小窝（clathrin-coated pit）。网格蛋白介导高尔基体到溶酶体的小泡 以及胞吞泡等的形成过程。
内吞泡的大小
转运方式
内吞泡形成机制
吞噬作用 胞饮作用
>250nm <150nm
受体介导的信号触 需要微丝及其结合蛋
发过程
白的参与
连续发生的过程
需要网格蛋白形成包 被及接合素蛋白连接
胞吞作用的类型
（一）、吞噬作用
• 吞噬作用（phagocytosis）：
• 内吞的物质：颗粒白细胞、巨噬细胞、中性粒细胞、细胞 碎片、大分子、微生物
通过网格蛋白包被膜泡介导的选择性运输示意图
•网格蛋白依赖的胞吞作用： •被转运分子→受体 → 内化→ 网格蛋白包被膜泡→脱包被膜泡→ • 胞内体（分选）→被转运分子到溶酶体降解，受体返回质膜
受体介导的胞吞作用
• 受体（receptor ）：受体是任何能与特定信号分子（配体）结 合的（膜）蛋白分子，通常导致细胞摄取反应或细胞信号转导。
个区间转运到另一个
区间，又称批量运输 (bulk transport) 。
一、胞吞作用的类型
• 胞吞作用（endocytosis ）：通过质膜内陷形成膜 泡，将细胞外或细胞质膜表面的物质包裹到膜泡 内并转运到细胞内（吞噬作用和胞饮作用）。
细胞生物学 第四章物质的跨膜运输
一、膜转运蛋白
• 载体蛋白的特点：4个 s 每种载体蛋白对底物都具
有高度选择性，通常只转 运一种类型的分子； s 转运过程具有饱和动力学 特征； s 可被溶质类似物竞争性地 抑制，并可被某种抑制剂 非竞争性抑制； s 对pH有依赖性。
一、膜转运蛋白
（二）通道蛋白及其功能 • 通道蛋白（channel protein）：
§3 胞吞作用与胞吐作用
（二、胞吞作用与细胞信号转导） 三、胞吐作用 • 胞吐作用（exocytosis）：细胞内合
成的生物大分子（蛋白质、脂质等） 和代谢物，先由膜包围成膜泡，膜 泡与质膜融合，而将内含物分泌到 细胞表面或细胞外的过程。 s 组成型胞吐途径：所有真核细胞都 存在的从高尔基体反面管网结构分 泌的膜泡向质膜流动并与之融合的 稳定过程。 s 调节型胞吐途径：分泌细胞产生的 分泌物（如激素、酶等）储存在分 泌泡内，当受到细胞外信号刺激时， 分泌泡与质膜融合并将内含物释放 出去的过程。
1、葡萄糖转运蛋白：是一种载体蛋白，通过构象改变 完成葡萄糖的协助扩散；由高至低跨膜转运。
协助扩散
二、小分子物质的跨膜运输类型
2、水孔蛋白：水分子的跨膜通道 • 水分子：不带电荷但具有极性。
可以通过简单扩散——缓慢跨 膜转运； • 还可以通过水孔蛋白（为一种 通道蛋白）——快速跨膜转运。 • 如唾液和眼泪的形成、肾小管 对水的重吸收等，水分子必须 借助质膜上大量的水孔蛋白实 现快速跨膜转运。
二、小分子物质的跨膜运输类型
• 水孔蛋白（aquaporin，AQP）：为内在膜蛋白，分子 量为28KD。由4个亚基组成，每个亚基又都由6个跨 膜α螺旋组成。每个亚基单独形成一个供水分子运动 的中央孔，孔的直径约0.28nm（稍大于水分子的直 径），孔长2nm。
细胞生物学第四章 细胞膜
电镜
二、细胞膜的分子结构
液态镶嵌模型。
脂筏(lipid raft)模型
1.富含胆固醇和鞘磷脂，
载有蛋白质
2.脂筏流动性较低 3.脂筏是很多信号蛋白 的汇聚地
脂筏中的胆固醇就像胶水一样，它对具 有较长饱和脂肪酸链的鞘磷脂亲和力很 高，而对不饱和脂肪酸链的亲和力低
膜性结构包括： 内质网 高尔基复合体 溶酶体 过氧化酶体 核膜 小泡、液泡等 线粒体 细胞膜
胞内膜包括： 内质网 高尔基复合体 溶酶体 过氧化酶体 核膜 小泡、液泡等 线粒体
(一)脂双层
1.组成：磷脂、糖脂和胆固醇 2.不对称性 3. 流动性
极性头部
非极性尾部
（14C-24C）
膜脂是兼性分子，能自动形成脂质双分子层
第一节细胞膜的化学组成与分子结构
糖 脂双层
一、化学组成
(一)脂双层
(二)蛋白质 (三)糖类
蛋白质
思考题
1、生物膜主要由哪些分子组成？
２、膜蛋白有哪些类型？
３、什么是细胞膜的液态镶嵌模型？
４、影响膜不对称性和流动性的因素。
5、解释并区别： 单位膜 ／ 生物膜
内膜系统/细胞内膜
糖萼
关于“膜”的几个概念：
小分子物质的跨膜运输顺浓度梯度逆浓度梯度载体蛋白介导不需要介导蛋白需要介导蛋白载体蛋白介导通道蛋白介导物质的跨膜运输小结内吞作用外吐作用吞噬作用吞饮作用受体介导的内吞作用大分子和颗粒物质的跨膜运输思考题
什么是细胞膜？
横 切 面
暗线
2nm
3.5nm 2nm
明线 暗线
最大分辨率0.2um
电镜
第四章 细胞膜
细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输
液态
相变
相变温度
★膜脂分子的运动方式
2、膜蛋白的流动性
膜蛋白分子的运动方式
（1）侧向移动
（2）旋转运动
小鼠细胞
人膜蛋白抗体+ 人膜蛋白（抗原）
异核细胞
小鼠膜蛋白抗体 + 荧光素
人膜蛋白抗体 + 罗丹明
小鼠膜蛋白抗体 +小鼠膜蛋白（抗原）
人细胞
孵育（37℃，40分钟）
诱导融合
膜蛋白 (抗原)
—少量成分
细胞膜的化学组成 脂类、蛋白质、糖类
★蛋白质/脂类 :在不同种类生物膜中有所不同。
各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比
膜的种类
蛋白质/脂类
神经髓鞘(轴突部分的细胞膜） 血小板 Hela细胞 红细胞膜 线粒体内膜
0.23 0.7 1.5 1.5-4 3.2
单纯扩散
01
通道扩散
02
协助扩散
03
（一） 被动运输
主动运输
协同运输
钠钾泵(Na+-K+pump)
膜泡运输
胞饮作用
吞噬作用
受体介导的胞吞作用
大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞膜,而是通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成物质转运，所以称为…。 (此过程耗能）
(endocytosis)
(exocytosis)
一般地说：功能多而复杂的膜，蛋白质/脂类 大； 功能少而简单的膜，蛋白质/脂类 小。
(一) 膜脂
生物膜上的脂类统称膜脂。
膜 脂
磷 脂
糖 脂
胆固醇
均为“双亲性分子”(★★)
既有亲水性一端，又有疏水性一端的分子。
1、磷脂的类型
鞘磷脂
细胞生物学之笔记--第4章 细胞膜与物质的穿膜运输
第四章细胞膜与物质的穿膜运输第一节细胞膜的化学组成与生物特性一、细胞膜的化学组成细胞膜上的脂类=膜脂（membrane lipid），约占膜成分的50%，主要有磷脂（phospholipid）、胆固醇（cholesterol）、和糖脂（glycolipid）（一）膜脂构成细胞膜的结构骨架1．磷脂是膜脂的主要成分甘油磷酸的共同特征：以甘油为骨架，甘油分子的1、2位羟基分别于脂肪酸形成酯键，3位羟基与磷酸基团形成酯键。
磷酸基团结合胆碱/乙醇胺/丝氨酸/肌醇。
脂肪酸链长短不一，通常14~24个碳原子，一条脂肪酸链不含双键，另一条含有一个或几个双键，形成30°弯曲。
鞘磷脂以鞘氨醇代替甘油，鞘氨醇的氨基结合长链的不饱和脂肪酸，分子末端的一个羟基与胆碱磷酸结合，另一个游离羟基可与相邻分子的极性头部、水分子或膜蛋白形成氢键。
鞘磷脂及其代谢产物神经酰胺、鞘氨醇、1-磷酸鞘氨醇参与各种细胞活动。
神经酰胺是第二信使；1-磷酸鞘氨醇在细胞外通过 G蛋白偶联受体起作用，在细胞内与靶蛋白作用2．胆固醇能够稳定细胞膜和调节膜的流动性胆固醇为两性极性分子。
极性头部为连接于固醇环（甾环）上的羟基，靠近相邻的磷脂分子。
固醇环疏水，富有刚性，固定在磷脂分子临近头部的烃链上，对林芝的脂肪酸尾部的运动具有干扰作用。
尾部为疏水性烃链。
埋在磷脂的疏水尾部中。
胆固醇分子调节膜的流动性和加强膜的稳定性。
没有胆固醇，细胞膜会解体。
PS.不同生物膜有各自特殊的脂类组成。
哺乳动物细胞膜上富含胆固醇和糖脂，线粒体膜内富含心磷脂；大肠杆菌质膜则不含胆固醇。
3．糖脂主要位于质膜的非胞质面糖脂含量占膜脂总量5%以下，遍布原核、真核细胞表面细菌和植物的糖脂均是甘油磷脂衍生物，一般是磷脂酰胆碱PC 衍生来动物糖脂都是鞘氨醇衍生物，称为鞘糖脂，糖基取代磷脂酰胆碱，成为极性头部已发现40多种糖脂，区别在于极性头部不同，由1至几个糖残基构成最简单的糖脂是脑苷脂，极性头部只是一个半乳糖/葡萄糖残基最复杂的糖脂是神经节苷脂，极性头部有七个糖残基；在神经细胞膜中最丰富，占总膜脂5%~10%脂质体（lipidsome）可以作运载体（二）膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合又称含量作用力特点膜内在蛋白穿膜蛋白70%~80%范德华力α-螺旋构象/β-筒孔蛋白膜外在蛋白外周蛋白20%~30%非共价键水溶性脂锚定蛋白脂连接的蛋白共价键运动性增大1.内在膜蛋白又称跨膜蛋白，占膜蛋白总量70%~80%；分单次跨膜、多次跨膜、多亚基跨膜三种类型跨膜区域 20~30个疏水氨基酸残基，通常N端在细胞外侧内在膜蛋白跨膜结构域与膜脂结合区域，作用方式：①疏水氨基酸形成α-螺旋，跨膜并与脂双层脂肪酸链通过范德华力相互作用②某些α-螺旋外侧非极性，内侧是极性链，形成特异性畸形分子的跨膜通道多数跨膜区域是α-螺旋，也有以β-折叠片多次穿膜形成筒状结构，称β-筒，如孔蛋白(porin)2.外在膜蛋白又称外周蛋白，占膜蛋白总量20%~30%；完全在脂双层之外，胞质侧或胞外侧，通过非共价键附着膜脂或膜蛋白胞质侧的外周蛋白形成纤维网络，为膜提供机械支持，也连接整合蛋白，如红细胞的血影蛋白和锚蛋白外周蛋白为水溶性蛋白，与膜结合较弱，改变溶液离子浓度或pH，可分离它们而不破坏膜结构3.脂锚定蛋白①一种位于膜的两侧，蛋白质直接以共价键结合于脂类分子；此种锚定方式与细胞恶变有关②还有糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白(GPI)，通过蛋白质C端与磷脂酰肌醇连接的糖链共价结合脂锚定蛋白在膜上运动性增大（侧向运动），有利于结合更多蛋白，有利于更快地与胞外蛋白结合、反应GPI-锚定蛋白分布极广，100种以上，如多种水解酶、免疫球蛋白、细胞黏附分子、膜受体等4.去垢剂（detergent）离子型去垢剂：SDS十二烷基磺酸钠引起蛋白质变性非离子型去垢剂：Triton X-100 对蛋白质比较温和（三）膜糖类覆盖细胞膜表面细胞膜的糖类，占质膜重量2%~10%；①大多以低聚糖或多聚糖共价结合膜蛋白，形成糖蛋白（糖蛋白中的糖基化主要发生在天冬酰胺（N-连接），其次是丝氨酸和苏氨酸（O-连接）残基上）；②或以低聚糖共价结合膜脂，形成糖脂，所有糖链朝向细胞外表面形成低聚糖的单糖类型：甘露糖、岩藻糖、半乳糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺、唾液酸等A.唾液酸残基在糖链末端，形成细胞外表面净负电荷B.寡糖链中的单糖的数量、种类、排列顺序、有无支链等不同，可以出现千变万化的组合形式。
细胞生物学第四章物质运输
(regulated pathway of secretion)
• 结构性分泌途径：分泌蛋白包装在如高 尔基分泌囊泡中，被迅速带到细胞膜处 排出，这种分泌过程称之为。
• 存在于所有细胞。
• 调节性分泌途径：分泌蛋白或小分子贮 存于分泌囊泡中，只有当接受细胞外信 号（如激素）的刺激时，才移到细胞膜， 与其融合将分泌物排出。
蛋白载体运输一类离子和分子，物质运输有一 个最大速度。载体的结合位点全部被占满。
• D：运输通过膜蛋白的变构而实现，结合和分 离是可逆的，如RBC膜上有53个葡萄糖载体， 速度180个葡萄糖分子/s。
• 类型： • 单运输(uniport)：载体蛋白将一种溶质
分子从膜的一侧转运到另一侧称之。
• 协同运输(coupled transport)：载体蛋白 在转运一种溶质分子同时或随后转运另 一溶质分子称之。
• 一．胞吞作用(endocytosis)： • 二、胞吐作用(exocytosis)：
一．胞吞作用：
• 由细胞膜把环境中的大分子和颗粒物质 包围成小泡脱离细胞膜进入细胞内的转 运过程。
• 胞饮作用(pinocytosis) • 吞噬作用(phagocytosis) • 受体介导的胞吞作用
(receptor-mediated endocytosis)
特点：顺浓度梯度，高浓度→低浓度,不消耗能量. 类型：单纯扩散、通道扩散、 协助扩散
单纯扩散 （simple diffusion）
• 特点：高浓→低浓.不消耗能量. 脂溶性物质:苯,乙醇,甾类激素,氧,氮. 极性小分子:CO2 尿素，水。 分子越小，脂溶性越大，通过速度越快。 如：甘油，分子量大，通过速度慢。
细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输
0.23 0.7 1.5 1.5-4 3.2
(一) 膜脂 生物膜上的脂类统称膜脂。
磷脂 膜 脂 胆固醇
糖脂
均为“双亲性分子”(★★)
既有亲水性一端，又有 疏水性一端的分子。
1、磷脂的类型
X
极
磷脂酰胆碱（卵磷脂）
性 头
磷 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
部 （
脂 磷脂酰丝氨酸
亲 水 性
鞘磷脂
）
非
极
性
尾
鞘
部 （
（一）吞噬作用
※指细胞内吞较大的固体颗粒或分子复合物的过程，
如细菌、细胞碎片、无机尘粒等。
※吞噬作用形成的囊泡称吞噬体。
※是原生动物获取营养的重要方式。 ※在高等动物和人类是机体免疫系统的重要功能
（如巨噬细胞等）。
（二）胞饮作用
※是指细胞内吞液体或小溶质分子的活动。 ※胞饮形成的囊泡称胞饮体。
※大多数细胞具有胞饮作用。
ATP
Na+
细胞外
Na+
小 亚 基 小 亚 基 小 亚 基
Na+
Na+ Na+
细胞内
K+ K+
K+
浓 钾结合部位 度
梯 度 30 倍
ADP+Pi
K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+ K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+ K+
《医学细胞生物学》第04章 细胞膜与物质的跨膜运输
17、协同运输：通过消耗ATP间接提供能量，借助某种物质浓度梯度或电化学梯度为动力进行运输。
18、配体门通道：通道蛋白亚基在膜上形成的孔道，如果通过与一些信号分子（配体）结合后构象发生改变而导致孔道的开关，则这样的通道蛋白称为配体门通道。
19、电压门通道：通道蛋白亚基在膜上形成的孔道，如果通过细胞内外离子浓度产生膜电位，由膜电位发生变化控制开关，则这样的通道蛋白称为电压门通道。
E、细胞膜及内膜系统的总称
2、生物膜的主要化学成分是（ ）。
A、蛋白质和核酸 B、蛋白质和糖类 C、蛋白质和脂肪
D、蛋白质和脂类 E、糖类和脂类
3、生物膜的主要作用是（ ）。
A、区域化 B、合成蛋白质 C、提供能量 D、运输物质 E、合成脂类
6、间隙连接和紧密连接都是脊椎动物的通讯连接方式。（ ）
7、桥粒和半桥粒的形态结构不同，但功能相同。（ ）
8、所有生物膜中的蛋白质和脂的相对含量都相同。（ ）
9、胞吞作用与胞吐作用是大分子物质与颗粒性物质的跨膜运输方式，也是一种主动运输，需要消耗能量。（ ）
2、外在(外周)膜蛋白为水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密，需用去垢剂使膜崩解后才可分离。（ ）
3、哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和内膜体系，所以红细胞的质膜是最简单最易操作的生物膜。（ ）
4、连接子(connexon) 是锚定连接的基本单位。
5、上皮细胞、肌肉细胞和血细胞都存在细胞连接。（ ）
9、桥粒：又称点状桥粒，位于粘合带下方。是细胞间形成的钮扣式的连接结构，跨膜蛋白（钙粘素）通过附着蛋白（致密斑）与中间纤维相联系，提供细胞内中间纤维的锚定位点。中间纤维横贯细胞，形成网状结构，同时还通过桥粒与相邻细胞连成一体，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。
细胞生物学 第四章 细胞膜与物质的穿膜运输
2. 外在膜蛋白（extrinsic proteins）
也称外周蛋白（peripheral protein） 占20％～30％，位于膜的内外表面，内面较多
主要是水溶性蛋白质 连接较松散，温和处理就与膜分离
周边蛋白通过离子键、氢键或静电作用与膜脂 分子相互作用
高盐溶液可破坏离子键，不需用去垢剂 如：血影蛋白、锚蛋白。细胞色素C等
1. 膜脂的流动 脂双层是一种二维流体，因细胞内外的水环境
阻止膜脂分子自双层中逸出，只能在双层内运动和 交换位置
1）膜脂分子的运动形式
烃链的旋转异构运动（流动性的主要因素）
C一C 自由旋转产生旋转异构体
反式构象
歪扭构象
侧向扩散（lateral diffusion） 同一单分子层内脂类分子交换位置，107次/秒。 扩散距离为1～2 µm/秒
乙酰胆碱受体是典型的配体门控通道 N冲动传至神经末梢，电压闸门Ca2+通道瞬时开放 Ca2+内流使突触小泡释放Ach Ach结合突触后膜受体，使Na+通道开放 肌细胞膜Na+内流使电压闸门Na+通道短暂开放 肌细胞膜去极化，肌浆网上Ca2+通道开放 Ca2+内流，引起肌原纤维收缩
神经肌肉接头处离子通道
这种含特殊脂质和蛋白质的微区较膜其它部位厚， 更有序，较少流动，称脂筏
脂筏直径约70～100nm，其上数百个蛋白质形成小 窝（caveolae），它可转运生物活性分子入细胞，参 与信号转导
脂筏的特点 一是聚集蛋白质，便于相互作用 二是提供蛋白质变构环境，形成有效的变构
脂筏功能的紊乱已涉及HIV、肿瘤、动脉粥样硬化、 老年痴呆、疯牛病等
水端朝向膜的内外表面 球形蛋白质附着在脂双层的两侧表面，形成蛋白质-
细胞生物学物质的跨膜运输
细胞生物学物质的跨膜运输物质跨膜转运主要有3种途径：被动运输、主动运输、胞吞与胞吐作用（膜泡运输）。
第一节膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输一、脂双层的不透性和膜转运蛋白细胞膜上存在2类主要的转运蛋白，即：载体蛋白（carrier protein）和通道蛋白（channel protein）。
载体蛋白和通道蛋白识别转运物质的方式不同：载体蛋白只允许与其结合部位相适合的溶质分子通过，而且每次转运都发生自身构象的改变；通道蛋白主要根据溶质大小和电荷进行辨别，通道开放时，足够小和带适当电荷的溶质就能通过。
（一）载体蛋白及其功能载体蛋白为多次跨膜蛋白，又称做载体（carrier）、通透酶和转运器（transporter），能够与特定溶质结合，通过自身构象的变化，将与它结合的溶质转移到膜的另一侧。
载体蛋白既可以执行被动运输、也可执行主动运输的功能。
（二）通道蛋白及其功能通道蛋白有3种类型：离子通道、孔蛋白、水孔蛋白（AQP）。
只介导被动运输。
1. 选择性离子通道，具有如下显着特征：离子选择性（相对的）转运离子速率高没有饱和值大多数具门控性分为：电压门通道、配体门通道、应力激活通道电位门通道举例：电位门通道（voltage gated channel）是对细胞内或细胞外特异离子浓度发生变化时，或对其他刺激引起膜电位变化时，致使其构象变化，“门”打开。
如：神经肌肉接点由Ach门控通道开放而出现终板电位时，这个电位改变可使相邻的肌细胞膜中存在的电位门Na+通道和K+通道相继激活（即通道开放），引起肌细胞动作电位；动作电位传至肌质网，Ca2+通道打开引起Ca2+外流，引发肌肉收缩。
配体门通道举例——乙酰胆碱门通道N型乙酰胆碱受体是目前了解较多的一类配体门通道。
它是由4种不同的亚单位组成的5聚体，总分子量约为290kd。
亚单位通过氢键等非共价键，形成一个结构为α2βγδ的梅花状通道样结构，其中的两个α亚单位是同两分子Ach相结合的部位。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
糖类+膜脂
共价键
糖脂
脂 双 层 细胞内
膜 蛋 白
糖类+膜蛋白
共价键
糖蛋白
N-连接；O-连接
糖蛋白功能：有助于膜蛋白的定位与固定，与 细胞识别、信息传递、免疫、癌变等有关。
二、生物膜的特性
不对称性和流动性
（一）细胞膜的不对称性
1.膜脂的不对称性 2.膜蛋白的不对称性 3.膜糖的不对称性
1.膜脂和糖脂的不对称性
（2）功能
功能：作为某些分子的受体，与细胞识 别及信号转导有关。 例如神经节苷脂本身就是一类膜上的 受体，已知破伤风毒素、霍乱毒素、 干扰素、促甲状腺素、绒毛膜促性腺 激素和5-羟色胺等的受体就是不同的 神经节苷脂。 疾病与糖脂：儿童所患的家族性白痴病 （Tay-sachs disease）就是因为在 其细胞内缺乏氨基己糖脂酶，不能将 神经节苷脂GM2 加工成为GM3，结果 大量的GM2累积在神经细胞中，导致 中枢神经系统退化。
外周蛋白分布的不对称。
3.膜糖的不对称性
糖脂、糖蛋白的寡糖侧链只分布于质膜外表面。 内膜系统中，寡糖侧链分布于膜腔的内侧面
4.膜不对称的生理意义
膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不对称性和方向性。 保证了生命活动的高度有序性。
糖脂是位于脂双层的外侧，——可能作为细胞外配体(ligand)的受体。 磷脂酰丝氨基——集中在脂双层的内叶，在生理pH下带负电荷，这种带 电性使得它能够同带正电的物质结合，如同血型糖蛋白A跨膜α 螺旋邻近 的赖氨酸、精氨酸结合。 磷脂酰胆碱——在衰老的淋巴细胞外表面，作为让吞噬细胞吞噬的信号； 磷脂酰胆碱出现在血小板的外表面，作为血凝固的信号。 磷脂酰肌醇——集中在内叶，它们在将细胞质膜的刺激向细胞质传递中 起关键作用。 细胞间的识别、运动、物质运输、信号传递等都具有方向性。这些方向 性的维持就是靠分布不对称的膜蛋白、膜脂和膜糖来提供。
3.影响膜脂流动性的因素
影响膜脂流动的因素主要来自膜本身的组分，遗传因子及环境因子等。 包括： 1.胆固醇： 双向调节：相变温度以上，胆固醇的含量增加会降低膜的流动性； 相变温度以下，胆固醇的含量增加可阻止晶态的形成。 2.脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。 3.脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。
（3）血型与糖脂
ABO血型抗原是一种糖脂，其寡糖部分具有决定 抗原特异性的作用：
A型：膜脂寡糖链的末端是N-乙酰半乳糖胺，GalNAc。 B型：末端是半乳糖，Gal。 O型：末端没有这两种糖基。 AB型：末端同时具有这两种糖基。
4.脂质体（liposome）
膜脂在水溶液中具有形成封闭结构的倾向，常形成以下结构： (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）用于疾病治疗的脂质体的示意图 脂质体是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。
载体蛋白：
特异性结合溶质分子，通过构象改变进行物质运输的蛋白质，可介导被动运输和主动运输。 运输特点： ①与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质的跨膜转运； ②对所转运的物质具有高度选择性； ③载体蛋白又称为通透酶(Permease): 对物质的转运过程具有类似于酶与底物作用的动力学曲线、可被类似物 竞争性抑制、具有竞争性抑制等酶的特性。但与酶不同的是: 载体蛋白不对转运分子作任何共价修饰。
（二）细胞膜的流动性
细胞膜的流动性： 膜内部的脂和蛋白质分子的运动性。膜 的流动性不仅是膜的基本特性之一，也是 细胞进行生命活动的必要条件。
1. 膜脂双分子层是二维流体
2.膜脂的流动性
膜脂分子的运动
1. 2. 3. 4. 5. 侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置。 旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。 摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。 伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。 翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。是在翻转酶 （flippase）的催化下完成。 6. 旋转异构：脂肪酸链围绕C-C键旋转，导致异构化运动。
（1）脂质体的应用
脂质体中裹入DNA可用于基因转移； 在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体 研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；
（二）蛋白质——细胞膜功能的主要执行者
• •
•
•
膜蛋白：生物膜所含的蛋白质。 生物膜的基本结构是由脂双层组成，但是它的特定功能却主要是由蛋白 质完成的 。如： 载体蛋白——膜内外的物质运输 连接蛋白——细胞的相互作用 受体蛋白——信号转导 各类酶——相关的代谢反应 在不同细胞中膜蛋白的含量及类型有很大差异，依在膜上存在方式不同 可分为： 1.整合蛋白（integral protein） 2.外周蛋白（peripheral protein） 3.脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）
3.糖脂
糖脂为含有一 个或几个糖基 的类脂，主要 有脑苷脂和神 经节苷脂。
鞘 胺 醇
半乳糖苷脂
脑苷脂
神经节苷脂
（1）分布与定位
糖脂是含糖而不含磷 酸的脂类，普遍存在于原 核和真核细胞的质膜上 （含量5％以下），神经细 胞膜上含量较高（5-10 ％）。 糖脂是两性分子。其 结构与鞘磷脂很相似，只 是由一个或多个糖残基代 替了磷脂酰胆碱而与鞘氨 醇的羟基结合。糖脂均位 于细胞膜的非细胞质面， 及外侧的脂质分子中。
以鞘胺醇代替甘油，长链的不饱
和脂肪酸结合在鞘胺醇氨基上。
鞘 胺 醇
（3）磷脂的特征
具有一个极性头和两个非极性的尾(脂 肪酸链)（心磷脂除外，位于线粒体内膜上的心磷脂具有4个
非极性尾部）；
脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由 16,18或20个组成； 常含有不饱和脂肪酸（如油酸），多 为顺式，在烃链中产生30º弯曲 。
4.卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加，因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。
5.其他因素：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸碱度、离子强度等。
4.膜蛋白的运动
5.膜流动性的生理意义
① 细胞质膜适宜的流动性是生物膜正常功能的必要条件。 ② 酶活性与流动性有极大的关系，流动性大活性高。 ③ 如果没有膜的流动性，细胞外的营养物质无法进入，细 胞内合成的胞外物质及细胞废物也不能运到细胞外，这样 细胞就要停止新陈代谢而死亡。 ④ 膜流动性与信息传递有着极大的关系。 ⑤ 如果没有流动性，能量转换是不可能的。
脂质双分子层中，各层所含磷脂种类有明显不同。
2.膜蛋白的不对称性
* 膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都有特定的排布方
向，与其功能相适应，这是膜蛋白不对称性的主要因素。 是生物膜
在时间与空间上有序完成复杂的各种生理功能的保证。 膜蛋白的不对称性包括：
整合蛋白内外两侧氨基酸残基数目、种类和排序的不对称。
⑥ 膜的流动性与发育和衰老过程都有相当大的关系。
三、细胞膜的分子结构模型
研究简史：
1. E. Overton 1895 发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜， 而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类 物质组成。 2. E. Gorter & F. Grendel 1925 用有机溶剂提取了人类红细胞质膜的 脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积， 因而推测细胞膜由双层脂分子组成。 3. J. Danielli & H. Davson 1935 发现质膜的表面张力比油－水界面 的张力低得多，推测膜中含有蛋白质，从而提出了”蛋白质-脂类-蛋 白质”的三明治模型。认为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的 蛋白质构成的。1959年在上述基础上提出了修正模型，认为膜上还具 有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。 4. J. D. Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片， 显示暗-明-暗三层结构，厚约7.5nm。这就是所谓的“单位膜”模型。 它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成。单 位膜模型的不足之处在于把膜的动态结构描写成静止的不变的。 5. S. J. Singer & G. Nicolson 1972 根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻 技术的研究结果，在”单位膜”模型的基础上提出”流动镶嵌模型”。 强调膜的流动性和膜蛋白分布的不对称性。 6. K.Simons et al (1997): 脂筏模型（lipid rafts model） Functional rafts in Cell membranes. Nature 387:569-572
（一）片层结构模型
（二）单位膜模型
（三）流动镶嵌模型
（四）脂筏模型
第二节 小分子物质的跨膜运输
基本途径： 一、简单扩散 二、离子通道 三、易化扩散 四、主动运输
后三者都是需要膜转运蛋白介导的跨膜运输方式
一、简单扩散
热运动 自由扩散 浓度梯度（电化学梯度） 不需要细胞提供能量 无膜蛋白协助
（一）特点与条件
特点：
①沿浓度梯度（或电化学梯度）由高至低扩散； ②不需要细胞提供能量； ③没有膜蛋白的协助，也称被动扩散；
条件：
溶质在膜两侧保持一定的浓度差； 溶质必须能透过膜