第4章 细胞膜的分子结构和特性
细胞膜
第四章细胞膜细胞膜(cell membrane)概念：是包围在细胞质表面的一层界膜，使得细胞质与外界环境相隔开，由脂双层构成基本结构，又称质膜（plasma membrane）。
生物内膜：真核细胞内的膜相结构。
如：核膜，内质网，高尔基复合体，溶酶体等。
（注意：线粒体不属于生物内膜）生物膜（biological membrane）概念：细胞质膜和细胞内的膜结构在化学组成，结构和功能等方面具有相似性，总称为生物膜。
特征：生物膜有共同结构特征，在透射电镜下表现为“两暗夹一明”的三层结构，又称为单位膜（unit membrane）一.细胞膜的化学组成1.膜脂（membrane lipid）：细胞膜上的脂类物质总称为膜脂。
磷脂酰胆碱：含量最多二磷脂酰甘油（心磷脂）：只存在线粒体和某些细菌质膜上甘油磷脂磷脂（phospholipid）磷脂酰肌醇：含量最少，主要位于膜的内层，但在细胞信号传导中其重要作用鞘磷脂：以鞘胺醇为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部为磷脂化胆碱。
结构特征：双亲水性分子在膜中含量较少，而在脑和神经细胞膜中特别丰富，因此也称神经鞘磷脂，而在原核细胞和植物细胞中没有。
两类磷脂的特性：具有亲水头部和疏水的尾部，在水中会自发排列。
胆固醇（cholesterol）：分布于磷脂分子之间，其极性头部紧靠磷脂极性头部。
作用：调节脂双层流动性和加强膜的稳定性，降低水溶性物质的通透性糖脂（glycolipid）：是含糖而不含磷脂的脂类。
由脂类和寡糖组成，含一个或者几个糖基的类脂。
结构与鞘磷脂相似，属于鞘胺醇的衍生物。
作用：存在于膜的非胞质面单层，糖基暴露于细胞表面，可作为受体参与细胞识别及信号转导的过程。
2.膜蛋白（membrane proteins ）:是膜功能的主要体现者膜内在蛋白：嵌入脂双层的内部，与膜结合非常紧密。
膜外周蛋白：水溶性，通过静电、离子键、氢键等与膜作用分布在细胞膜的表面脂锚定蛋白：通过与之共价相连的脂分子（脂肪酸或糖脂）插入膜的脂双分子层中，从而锚定在膜上。
细胞生物学 名词解释 第四章 细胞质膜
lipid anchored protein
通过与之共价连接的脂分子插入膜的脂双分子层中，从而锚定在细胞质膜上。与脂肪酸结合的脂锚定蛋白分布在质膜内测，与糖脂结合的脂锚定蛋白分布在质膜外侧，GPI脂锚定膜蛋白分布在质膜外侧。
研究膜蛋白的分析技术
低温电镜、X射线晶体衍射技术、电镜三维重构
研究膜蛋白的难处
1、表达量低
2、分离纯化困难
3、难以形成三维晶体
细胞膜流动性பைடு நூலகம்
胆固醇含量减低，脂肪酸链短，不饱和度高，相变温度低，PC/SM比例高，流动性大（胆固醇即可增强流动性，又可降低流动性），由此可得流动性与胆固醇含量、脂肪酸链长短、饱和程度、PC/SM比值有关。
研究膜蛋白流动性（侧向运动）的实验
荧光抗体免疫标记细胞融合：用抗鼠细胞质膜蛋白的荧光抗体（绿色荧光）和抗人细胞质膜蛋白的荧光抗体（红色荧光）分别标记小鼠和人的细胞表面，然后用灭活的仙台病毒介导两种细胞融合，10min后，不同颜色的荧光开始在融合细胞的表面扩散，40min后分辨不出融合细胞表面的绿色荧光和红色荧光区域，两种荧光均匀的分布在融合细胞表面。这一实验证明膜蛋白在脂膜上的运动。
带3蛋白
band3 protein
是红细胞质膜Cl-/HCO3-阴离子运输的载体蛋白，带3蛋白的N末端伸向细胞质膜基质面折叠成不连续的水不溶性的区域，为膜支架蛋白提供结合位点，多次跨膜蛋白，内在膜蛋白
细胞质膜的功能
1、为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境，2、选择性的物质运输，3、提供细胞识别位点，4、为多种酶提供结合位点；5、介导细胞与细胞，细胞与胞外基质之间的连接；6、质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构；7、膜蛋白的异常与某些遗传病、恶性肿瘤、自身免疫病甚至神经退行性疾病有关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标
细胞生物学课程第4章细胞膜和物质的跨膜运输(医学院) 厦门大学
1. 侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置。 2. 旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。 3. 摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。 4. 伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。 5. 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
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。
❖ 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。
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）
➢ 通道蛋白
是一类跨膜蛋白，它们都是通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道，允许 适宜的分子通过。通道蛋白具有选择性，所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。通 道蛋白参与的只是被动运输， 并且是从高浓度向低浓度运输，所以不消耗能量。 运输特点： ①蛋白不与溶质分子结合，形成跨膜通道介导离子顺浓度梯度通过； ②有些通道蛋白形成的通道通常处于开放状态，如钾泄漏通道，允许钾离子不断外流； ③有些通道蛋白具有选择性和门控性，平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，又 称为门通道。主要有：电压门通道、配体门通道、机械门通道。
第四章-细胞膜的结构
中的分布位置是不同的（如血影蛋 白只分布在内侧）。
第二： 膜蛋白在内外两层膜种数量不同。
第三： 膜蛋白穿越脂双层具有一定的方向性。
第四： 跨膜蛋白两个亲水端结构不同。
※膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面 功能的不对称性。
.
31
（二）膜的流动性(fluidity)是膜功能活动 的保证
（二）、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
膜蛋白 (抗原）
人细胞
异核细胞 小鼠膜蛋白抗体 + 荧光素
小鼠膜蛋白抗体 + 小鼠膜蛋白（抗原）
人膜蛋白抗体 + 罗丹明
人膜蛋白抗体+ 人膜蛋白（抗原） 孵育（37℃，40分钟）
光 脱 色 恢 复 技 术 （
）
Fluorescence recovery after photobleaching
外在膜蛋白（20 ～30%） (extrinsic membrane protein)
脂锚定蛋白 (lipid anchored protein)
.
22
.
23
.
24
去垢剂
SDS Triton X-100
.
25
（三 ）存在于质膜表面的糖脂和糖蛋白
单糖或多聚糖 + 膜 脂
共价键
糖脂
单糖或多聚糖 + 膜蛋白
积相当于所用红细胞膜总面积的两倍,因而首次提出细胞 膜是由连续的脂双分子层组成的。
迄今为止，关于膜的几十种结构模型都是建立 在“脂双分子层”这一基础之上的。
一、片层结构模型
[夹层学说]
(lamella structure model)
第4章第2节 生物膜的流动镶嵌模型(笔记)
二、对生物膜结构的探索历程
1、19世纪末 1895年，欧文顿： 实验：用500多种物质对植物细胞进行上万次的通透
性实验，发现脂质更容易通过细胞膜。 提出假说：膜是由脂质组成的
2、20世纪初，科学家将膜从哺乳动物的红细胞分离出 来，通过化学分析表明，膜的主要成分是脂质和蛋白质。
3、1925年荷兰科学家：用丙酮从人红细胞膜中提取脂 质，在空气－水界面上铺成单层分子，测得单分子层 的面积恰为红细胞表面积的2倍。 结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为两层
8
6、主动运输
特点： 从低浓度到高浓度； 需要载体蛋白的协助； 需要能量（ATP)。
如：Na+ 、K+、Ca2+、Mg2+等离子通过细胞膜；葡萄 糖、氨基酸通过小肠上皮细胞。
载体具有转一性，不同的离子 需要不同的载体运输。
7、主动运输具有重要的意义： 细胞膜的主动运输是活细胞的特性，它保
证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选 择吸收所需的营养物质，主动排出代谢废物和 对细胞有害的物质。
特点： • 从高浓度到低浓度； • 不需要载体蛋白的协助； • 不消耗能量。 如：水、氧气、二氧化碳、
甘油、乙醇、苯等。
4、协助扩散特点、物质： 特点： ➢从高浓度到低浓度； ➢需要载体蛋白的协助； ➢不需要能量。
如：葡萄糖分子进入红细胞。
5、自由扩散和协助扩散相同点和不同点： 都自自是由由顺扩扩浓散散度不梯需（度要fre运 载e 输 体di， ，ffu都 协si不 助on需 扩）要 散能 需量要载体 协助扩散 （facilitated diffusion）
4、磷脂是一种由甘油，脂肪酸和磷酸所组成的分子， 磷酸“头”部是亲水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。 磷脂分子组成元素：C、H、O、N、P 磷脂在空气－水界面上铺成单层分子的排列方式：
第4章细胞膜与物质的跨膜运输
2. 影响膜流动的因素
脂肪酸链的饱和度和长度：脂肪酸链所含双键越 多越不饱和，使膜流动性增加。长链脂肪酸相变 温度高，膜流动性降低。
胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。 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：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸
碱度、离子强度等。
功能: 从结构及组分分析, 脂筏在膜内形成有效的平 台, 它有两个特点: 一是蛋白质聚集在脂筏内,便 于相互作用; 二是脂筏提供的环境有利于蛋白质 的构象变化.脂筏与膜的信号转导、蛋白质转运均 有密切的关系。
2020/4/4
27
（五）细胞膜的主要功能
1. 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境； 2. 选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢
用。细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表
面。
2020/4/4
13
一、细胞膜的不对称性
质膜的内外两层的组分和功能有明显 的差异，称为膜的不对称性。 膜脂、膜蛋 白和复合糖在膜上均呈不对称分布，导致 膜功能的不对称性和方向性，即膜内外两 层的流动性不同，使物质传递有一定方向， 信号的接受和传递也有一定方向等。
2020/4/4
24
（二）单位模型(unit membrane model)
J. D. Robertson 1959年用超 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。
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。
细胞膜
运输方式
简单扩散 被动运输
小分子物质穿膜运输
易化扩散
主动运输 胞饮 内吞 吞噬 胞吐 受体介导的内吞作用
大分子物质膜泡运输
第四节 细胞膜的功能 ⑷
被动运输（passive transport） ——物质顺浓度梯度，即由浓度高的一侧通过 膜运输到浓度低的一侧的穿膜扩散，不需要消 耗代谢能量。 ⑴ 简单扩散（simple diffusion） ——不需能量，不需专一的膜蛋白分子，顺浓 度梯度的穿膜扩散，也称单纯扩散或自由扩散。 如H2O、CO2、乙醇、尿素等。
主动运输
需要
需要
反
第四节 细胞膜的功能 ⑻
膜泡运输——以膜泡形式转移运输物质。 ⑴ 内吞（endocytosis） ——通过质膜运动将所要摄取的物质运输入胞的 过程。 质膜运动——质膜凹陷将所要摄取的液体或颗粒 物质包围于小的膜区内，逐渐成泡，然后脂双层融 合并箍断，形成胞内的独立小泡。
第四节 细胞膜的功能 ⑼
① 胞饮（ pinocytosis） ——小溶质分子或液体物质与质膜形成 பைடு நூலகம்小的内吞小泡，这种入胞作用叫胞饮，所形 成的囊泡叫胞饮体。 ② 吞噬（phagocytosis） ——细胞摄入较大的固体颗粒和分子 组合物的过程。这种内吞方式为各种变形的、 具有吞噬能力的细胞所特有。所形成的囊泡叫 吞噬体。
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
第三节 细胞膜的特性 ⑶
⒉ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 影响因素： 脂肪酸链的长度 脂肪酸链的饱和度 环境温度 胆固醇 卵磷脂和鞘磷脂的比值 其它（PH，金属离子）
第三节 细胞膜的特性 ⑷
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 第四章细胞质膜
蛋白与膜的结合方式 ①、②整合蛋白；③、④脂锚定蛋白；⑤、⑥外周蛋白
（一）内在蛋白（integral proteins）
内在蛋白又称为整合蛋白，以不同程度嵌入脂双层的内部 ，有的为全跨膜蛋白（tansmembrane proteins）。膜蛋白为
两性分子。它与膜结合非常紧密，只有用去垢剂（detergent）
5.血型糖蛋白(glycophorin ) 血型糖蛋白又称涎糖蛋白(sialo glycoprotein),因 它富含唾液酸。血型糖蛋白是第一个被测定氨 基酸序列的蛋白质,有几种类型，包括A、B、C、 D。血型糖蛋白B、C、D在红细胞膜中浓度较 低。血型糖蛋白A是一种单次跨膜糖蛋白, 由 131个氨基酸组成, 其亲水的氨基端露在膜的外 侧, 结合16个低聚糖侧链。血型糖蛋白的基本 功能可能是在它的唾液酸中含有大量负电荷,防 止了红细胞在循环过程中经过狭小血管时相互 聚集沉积在血管中。
才能从膜上洗涤下来，常用SDS和Triton-X100。
内在蛋白的跨膜结构域形成亲水通道有两种形式，一是由多
个α螺旋组成亲水通道；二是由β折叠组成亲水通道。
内在蛋白与脂膜的结合方式：
膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用。
跨膜结构域两端带正电荷的aa残基与磷脂分子带负电的
极 性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+等 阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。 膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合脂肪 酸分子,插入脂双层之间, 还有少数蛋白与糖脂共价结合。
细胞融合技术观察蛋白质运动
光脱色恢复技术（FRAP）
4．膜流动性的意义
质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如 跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫 、细胞分化以及激素的作用等等都与膜的流动性密切 相关。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活 动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造
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.鞘磷脂与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% X德华力α-螺旋构象/β-筒孔蛋白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X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.Eg.人类ABO血腥抗原的差别就是血型糖蛋白在红细胞质膜外表面寡糖链的组成结构决定.△细胞外被cell coat=糖萼glycocalyx=与质膜相连的糖类物质功能：①保护细胞抵御各种物理、化学性损伤②建立起水盐平衡③帮助蛋白质膜上定位、固定,防止翻转④参与细胞与外环境的作用,eg识别、粘附、迁移二、细胞膜的生物学特性（一）膜的不对称性决定膜功能的方向性膜结构上的不对称性保证了膜功能的方向性和生命活动的高度有序性1．膜脂的不对称性SM、PC在细胞外侧叫多,PE在细胞内侧较多.2．膜蛋白的不对称性➢各种膜蛋白在质膜中有特定位置,分布绝对不对称：酶和受体多分布于质膜的外侧面,而腺苷酸环化酶定位内侧面➢跨膜蛋白有一定方向性：多数N外C内,两端肽链长度、氨基酸种类、活性位点不同3．膜糖的不对称性都向着非胞质面（二）膜的流动性是膜功能活动的保证流动性fluidity主要是指膜脂的流动性+膜蛋白的运动性1．脂双层为液晶态二维流体✓液晶态〔lipid-crystal state〕脂双分子层已有固体分子排列的有序性,又有液体的流动性.细胞内外的水环境,使膜脂分子不能从脂双层逸出,只能在二维平面交互位置.✓相变〔phase transition〕正常体温下,膜呈液晶态；当温度下降到临界温度<膜的相变温度>,膜脂转为晶态✓膜的流动性是膜功能活动的保证.2．膜脂分子的运动方式①侧向扩散lateral diffusion =脂双层的单分子层内,脂分子沿膜平面侧向与相邻分子快速交换位置,每秒约107次.侧向扩散运动时膜脂分子主要的运动方式..②翻转运动flip-flop 从脂双层一层翻转到另一层,需要翻转酶,在内质网发生③旋转运动rotation 膜脂分子围绕与膜平面向垂直的轴的自旋运动④弯曲运动flexion 膜脂分子的烃链是有韧性、可弯曲的,分子尾部端弯曲、摆动幅度大,而靠近头部弯曲摆动幅度小.⑤此外,还有伸缩、震荡3．影响膜脂流动性的因素①脂肪酸链的饱和程度磷脂分子长的饱和脂肪酸链呈直线型,具有最大的聚集倾向而排列紧密成凝胶状态；不饱和脂肪酸链在双键出形成折曲而呈弯曲状,感染了脂分子间X德华力的相互作用,故排列疏松,从而增加了膜的流动性.∴脂双分子层中含有的不饱和脂肪酸越多,膜的相变温度越低,流动性越大.环境温度降低时,A.细胞通过去饱和酶〔desaturases〕催化将胆碱去饱和形成双键.B.通过磷脂酶&脂酰转移酶在不同的磷脂分子之间重组脂肪酸链以产生含两个不饱和脂肪酸链的磷脂分子.②脂肪酸链的长短脂肪酸链短的相变温度低,流动性大.短→尾端不易发生相互作用；长→不仅可以在同一分子称内相互作用,而且可以与另一分子层中的长链尾端相互作用③胆固醇的双重调节作用A.当温度在相变温度以上时,由于胆固醇分子的固醇环与磷脂分子靠近极性头部的烃链部分结合,限制了这几个CH2的运动,起到稳定质膜的作用.B.当温度在相变温度以下时,由于胆固醇位于磷脂分子之间隔开磷脂分子,可有效地防止脂肪酸链相互凝聚,干扰晶态的形成.④卵磷脂与鞘磷脂的比值哺乳动物细胞中,卵磷脂和鞘磷脂的含量约占膜脂的50%,卵磷脂的脂肪酸链不饱和程度高,相变温度较低；鞘磷脂则相反.在细胞衰老过程中,卵磷脂和鞘磷脂的比值下降,流动性也下降.⑤膜蛋白的影响膜蛋白嵌入膜脂疏水区后,是周围的脂类分子不能单独活动而形成界面脂；在含较多内在蛋白的膜中,存在有内在蛋白分割包围的富脂区〔lipid-rich region〕磷脂分子智能在一个富脂区内自有扩散,而不能扩散到邻近的富脂区此外,膜脂的极性基团、环境温度、pH值、离子强度等都对膜脂流动性产生一定影响.环境温度高,膜脂流动性大；相变温度内,每下降10℃,膜的粘性增加3倍,膜流动性降低4．膜蛋白的运动性①侧向扩散膜蛋白在膜脂中可以自有漂浮&在膜表面扩散.人鼠杂交细胞表面抗原分布变化可证明.目前测定膜蛋白的侧向扩散常采用光致漂白荧光恢复法〔fluorescence recovery after photobleaching,FRAP〕②旋转运动膜蛋白能围绕与膜平面相垂直的轴进行旋转运动.速度比侧向扩散慢；不同膜蛋白速度不同,有些膜蛋白无法运动；膜蛋白周围脂质的流动性影响膜蛋白的流动性膜蛋白的运动不需要消耗能量膜的流动性意义重大：物质运输、细胞识别、信息传导等；生物膜的各种功能都是在膜的流动状态下进行的,膜的流动过低,代谢终止三、细胞膜的分子结构模型（一）片层结构模型具有三层夹板式结构特点1935年,James Danielli 和Hugh Davson发现细胞膜的表面X力显著低于油-水界面表面X力,推测质膜中有蛋白质；提出"片层结构模型〞<蛋白-磷脂-蛋白三层夹板式结构> （二）单位膜模型体现膜形态结构的共同特点1959年,J.D.Robertson 电镜观察细胞膜"两暗夹一明〞——单位膜单位膜模型：膜蛋白是单层肽链以β折叠通过静电作用与磷脂极性端结合；能对膜的某些属性进行解释,被普遍采用,但是把膜作为静止的单一结构（三）流动镶嵌模型是被普遍接受的模型1972年,"流动镶嵌模型〞Fluid mosaic model：磷脂双层构成膜的连续主体,具有晶体的有序性和液体的流动性；球形蛋白质分子以不同形式结合脂双层分子；膜是一种动态的、不对称的具有流动性结构1975年,"晶格镶嵌模型〞：膜脂可逆地进行"有序<液态>〞和"无序<晶态>〞相变,膜蛋白对膜脂的运动具有限制作用,流动性是局部的1977年,"板块镶嵌模型〞：流动的脂双层中存在能独立移动脂类板块（四）脂筏模型深化了对膜结构和功能的认识✓脂双层中由特殊脂质和蛋白质组成的微区,富含胆固醇和鞘脂类,聚集特定种类膜蛋白；此膜区较厚〔鞘脂类脂肪酸链较长〕,称"脂筏〞Lipid rafts,其周围富含不饱和磷脂,流动性较高✓脂筏的两个特点：许多蛋白聚集在脂筏内,便于相互作用；脂筏提供有利于蛋白质变构的环境,形成有效构象✓脂筏功能：参与信号转导、受体介导内吞作用、胆固醇代谢运输等第二节小分子物质和离子的穿膜运输一、膜的选择性通透和简单扩散简单扩散<simple diffusion>: 小分子的热运动使分子以自由扩散的方式由膜一侧扩散到另一侧,条件：溶质在膜两侧有一定浓度差,溶质必须能透过膜脂溶性物质如醇、苯、甾类激素、O2、CO2、NO、H2O 通过简单扩散跨膜简单扩散不需要运输蛋白协助,顺浓度梯度由高浓度向低浓度方向扩散,不消耗能量；也称"被动扩散〞passive diffusion二、膜运输蛋白介导的穿膜运输除了水和非极性小分子,绝大多数溶质如各种离子、葡萄糖、氨基酸、核苷酸等都不能简单扩散穿膜转运特定膜蛋白——膜运输蛋白<跨膜蛋白,每种只转运一种特定类型溶质>膜运输蛋白分两类：①载体蛋白carrier protein：与特定溶质结合,改变构象使溶质穿越细胞膜②通道蛋白channel protein：形成水溶性通道,贯穿脂双层,通道开放时,特定溶质<无机离子>可穿越脂双层➢"被动运输" passive transport所有通道蛋白和许多载体蛋白,转运溶质分子不消耗能量,消耗顺电化学浓度梯度的势能➢"主动运输〞active transport逆电化学浓度梯度转运溶质,需要载体蛋白参与,还需要消耗能量ATP；这种利用代谢产生能量的进行逆浓度梯度的转运称为主动运输.能量来源：ATP水解、光吸收、电子传递、顺浓度梯度的离子运动etc（一）易化扩散是载体蛋白介导的被动运输∆"易化扩散" facilitated diffusion=帮助扩散=非脂溶性或亲水性小分子,不能简单扩散通过细胞膜,需载体蛋白介导不消耗代谢能量,顺物质浓度梯度或电化学梯度进行转运∆特点：特定易化转运蛋白介导特定物质在两个方向的穿膜运输,取决于该物质在膜两侧的相对浓度——转运特异性强,速率快∆作用机制：载体蛋白对所转溶质具有高度专一性,其分子上的结合位点与某一溶质进行短暂的可逆的结合,引起载体蛋白构象变化,转运溶质分子从膜一侧到另一侧；载体与溶质亲和力下降,释放溶质,构象恢复∆例子：多数细胞<低浓度葡萄糖>从血流和组织液中<高浓度葡萄糖>,通过易化扩散获取葡萄糖.人类基因组编码14种葡萄糖转运载体蛋白glucose transporter, GLUT,构成GLUT家族.它们具有高度同源氨基酸序列,均含有12次跨膜的α-螺旋,α-螺旋含有丝氨酸Ser、苏氨酸Thr、天冬氨酸Asp和谷氨酸残基Glu,其侧链与葡萄糖羟基形成氢键,是葡萄糖结合位点.GLUT的异常或缺陷是2型糖尿病的病因之一.红细胞膜上存在5万个葡萄糖载体蛋白,占膜总蛋白5% 最大转运速率每秒180个葡萄糖分子.（二）主动运输时载体蛋白逆浓度梯度的耗能运输1．ATP驱动泵在胞质侧有一个或多个ATP结合位点,水解A TP从低浓度向高浓度转运协同运输〔co-transport〕是一类由Na+-K+泵〔或H+泵〕与载体蛋白协同作用,间接消耗ATP 所完成的主动运输方式.物质穿膜运动的直接动力来自膜两侧离子的电化学梯度中的能量,而维持这种离子电化学梯度是通过Na+-K+泵〔或H+泵〕消耗ATP来实现的.动物利用Na+-K+泵,植物利用H+泵①共运输：两种溶质分子同一方向穿膜运输.Eg肠腔细胞膜的"Na+/葡萄糖协同运输蛋白〞Na+/glucose cotransporter在质膜外表面结合2个Na+和一个葡萄糖.进入细胞的Na+之后再被Na+-K+泵排出,维持Na+膜内外浓度差.葡萄糖一旦进入小肠细胞,再以易化扩散方式进入血流.主动运输特点：①逆浓度或电化学梯度跨膜转运②消耗能量,直接水解A TP或离子电化学梯度提供能量③膜上特异性载体蛋白介导,载体特异结合转运溶质,载体构象可变（三）离子通道高效转运各种离子1．离子通道的特点〔顺梯度,高选择,高效率,受调控.〕①只介导被动运输,溶质从膜的高浓度一侧自由扩散到低浓度一侧②离子通道对被转运离子的大小所带电荷有高度选择性③转运效率高,通道允许106~108个特定离子/秒通过,比最快效率的载体蛋白高1000倍④离子通道不是持续开放,有开和关两种构象,受信号调控2．离子通道的类型①配体门控通道ligand-gated channel.实际为离子通道型受体,它们与细胞外的特定配体ligand结合后,发生构象改变,结果吧"门〞打开,允许某种离子快速穿膜扩散.Eg.烟碱型乙酰胆碱受体nAChR是典型的配体门控阳离子通道,大量存在与骨骼肌神经接头处.4种不同亚基单组成的五聚体穿膜蛋白〔α2βγδ〕→梅花状通道与结构.①神经冲动→神经末梢→细胞去极化→电压门控Ca2+通道开放→细胞外Ca2+涌入细胞→胞内突触小泡释放乙酰胆碱至突触间隙②释放的乙酰胆碱→结合突触后膜的乙酰胆碱受体→通道开放,Na+流入肌细胞→肌细胞膜局部去极化③肌细胞去极化→诱发膜上Na+通道开放→大量Na+涌入肌细胞,使整个肌细胞膜进一步去极化④肌细胞膜的去极化→使肌浆网上Ca2+通道开放→Ca2+大量释放如胞质→肌原纤维收缩②电压门控通道voltage-gated channel膜电位的改变是控制电压门通道开放与关闭的直接因素.反应快.主要存在与神经元、肌细胞与腺上皮细胞等兴奋细胞,包括钾通道、钙通道、氯通道③应力门控通道stress-activated channel应力激活通道是通道蛋白感受应力而改变构象,通道开放,离子跨膜,膜电位变化Eg.A.内耳听觉毛细胞顶部的听毛具有应力激活通道,受到声波振动而弯曲,应力门控通道开放,离子跨膜进入毛细胞改变膜电位,将声波信号传递给听觉神经元B.细菌与古细菌的应力激活通道均为跨膜蛋白五聚体,通透阳离子（四）水通道介导水的快速转运1．水通道的分类哺乳类水通道蛋白家族已有11个,根据功能特性的差异,分为两个家族：AQP1、2、4、5、6和AQP0 基因结构类似,氨基酸序列同源30%~50%,只能通透水,经典的选择性水通道；AQP3、7、9、10 除通透水,对甘油、尿素等中性小分子也具有通透性,第二家族——水-甘油通道；AQP8位于水选择型与甘油渗透型之间2．水通道蛋白的结构AQP1由4个对称排列的圆筒状亚基围成的四聚体,每个亚基中心的中央孔直径0.28nm,只允许水分子通过.每个AQP1亚基有6个长α螺旋构成基本骨架,两个短嵌入式α螺旋顶对顶排列,顶端均有保守的Asn-Pro-Ala基序,使得顶对顶稳定每个亚基的α螺旋朝向脂双层的一面是非极性氨基酸残基,朝向中央孔的一面是极性氨基酸残基3．水通道对水分子的筛选机制水孔蛋白对水分子高度特异性选择,因为：每个亚基中央孔的直径0.28nm,只比水分子大一点点,限制其它分子通过；每个亚基中央孔道内有特异溶质结合位点,每个水分子通过时,孔道内的3极性氨基酸残基的羰基氧与水分子形成氢键；离子与水分子的复合物比孔道大得多,不能通过水通道持续开放,每秒通过3×109个水分子,不耗能,水分子移动方向由膜两侧渗透压决定,低→高第三节大分子和颗粒物质的穿膜运输大分子物质不能通过膜转运蛋白进入细胞,由膜包围形成膜泡,然后通过膜泡形成和融合来完成转运——小泡运输细胞摄入大分子或颗粒物质的过程,称胞吞作用<endocytosis>细胞排出大分子或颗粒物质的过程,称胞吐作用<exocytosis>胞吞胞吐涉与膜泡的融合与断裂,需要消耗能量,属于主动运输以上膜泡运输转运量较大,也称批量运输；膜泡运输也发生于胞内各种膜性细胞器一、胞吞作用（一）吞噬作用是吞噬细胞摄入颗粒物质的过程免疫系统具有吞噬功能的中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞在摄取大固体颗粒或分子复合物<直径>250nm>时进行细胞膜凹陷或形成伪足,将大颗粒包裹摄入细胞,形成膜泡"吞噬体〞这些免疫细胞通过此方式吞噬入侵微生物、清除损伤和死亡细胞（二）胞饮作用是细胞吞入液体和可溶性物质的过程细胞非特异摄取细胞外液的过程；胞饮发生在质膜的特殊区域,质膜内陷形成小窝,包围液体物质,形成"胞饮体〞,直径小于150nm胞饮作用分为两种类型：①液相内吞：非特异固有内吞作用,摄入细胞外液与可溶性物质；②吸附内吞：细胞外大分子/小颗粒物质以某种方式吸附在细胞表面,具有一定特异性在能形成伪足和转运功能活跃的细胞中多见,如巨噬细胞、白细胞、毛细血管细胞、肾小管上皮细胞、小肠上皮细胞等（三）受体介导的胞吞提高摄入特定物质的效率受体介导的内吞作用receptor mediated endocytosis 是细胞通过受体的介导选择性高效摄取细胞外特定大分子物质的过程可特异性摄入胞外含量很低的成分,比胞饮作用内化效率高1000多倍1．有被小窝和有被小泡的形成◆细胞膜上有多种受体蛋白,往往同类受体蛋白集中在膜特定区域,称"有被小窝〞coatedpit；小窝内受体浓度是质膜其它处的10~20倍◆各种有被小窝约占质膜表面积2%,此处质膜向内凹陷,直径50~100 nm,此处质膜内表面覆盖网格蛋白和衔接蛋白◆网格蛋白,又称"笼蛋白〞,由3条重链和3条轻链组成；3个重链轻链的二聚体,形成三腿蛋白复合物→自我装配,自动形成篮网状结构网格蛋白作用：牵拉质膜向内凹陷,参与捕获特定膜受体使其汇聚有被小窝◆衔接蛋白参与有被小泡组成,处于网格蛋白与配体-受体复合物间◆不同类型的衔接蛋白结合不同类型膜受体,使细胞捕获不同配体网格蛋白没有特异性2．无被小泡形成并与内体融合✧配体结合膜上受体,通过衔接蛋白,网格蛋白聚集在膜的胞质侧,网格由6边形转变成5边形,促进网格蛋白外被弯曲变成笼形,牵动质膜凹陷✧发动蛋白<dynamin> ——GTP结合蛋白,自动组装成一个螺旋状领圈结构,水解GTP,构象改变,将有被小泡从质膜上切离下来,形成网格蛋白有被小泡✧有被小泡很快脱去包被<笼蛋白重新利用> →无被小泡→与早期内体融合✧内体：动物细胞中经胞吞作用形成的膜包围的细胞器,作用是运输由胞吞作用新摄入的物质到溶酶体被降解.内体膜上有A TP驱动的质子泵,将H+泵入内体腔,降低腔内pH 〔pH5~6〕✧低pH使受体与配体分离,内体出芽形成运载受体的小囊泡,返回质膜；受体重新利用,含配体的内体与溶酶体融合3．受体介导的LDL胞吞作用❖胆固醇是构成膜的成分,也是类固醇激素的前体；动物细胞通过受体介导的胞吞作用摄入所需大部分胆固醇.❖胆固醇在肝脏合成并包装成低密度脂蛋白<low density lipoprotein, LDL>,在血液中运输❖LDL为球状颗粒,分子量3106,直径22nm；中心是1500个酯化的胆固醇分子,外面包围800个磷脂分子和500个游离胆固醇分子❖载脂蛋白ApoB100是细胞膜上LDL受体的配体, 组装LDL成颗粒二、胞吐作用（一）连续性分泌是不受调节持续不断的细胞分泌分泌蛋白在粗面内质网合成后,转运到高尔基体进行修饰、浓缩、分选,形成分泌泡,被转运到细胞膜,与膜融合,外排蛋白的过程分泌蛋白：驻留蛋白、膜蛋白、细胞外基质组分等（二）受调分泌是细胞外信号调控的选择性分泌分泌蛋白合成后,包裹于分泌囊泡,储存于胞质中,受到细胞外信号刺激,引起细胞内Ca2+浓度瞬时升高,才启动胞吐作用此种分泌途径只存在于特化细胞,如分泌激素、酶、神经递质的细胞第四节细胞膜异常与疾病一、载体蛋白异常与疾病1.胱氨酸尿症是载体蛋白异常性疾病2.肾性糖尿是葡萄糖载体蛋白异常性遗传病二、离子通道蛋白异常与疾病1.囊性纤维病〔cystic fibrosis,CF〕细胞膜上一个受cAMP调节的氯离子通道异常.三、膜受体异常与疾病1.家族性高胆固醇血症〔familial hypercholesterolemia〕常染色体显性遗传病,患者编码LDL 受体的基因发生突变复习题1.构成细胞膜的脂类有哪三种？2.磷脂分为哪两种？3.哪一种磷脂在神经细胞含量多,其他细胞含量少？4.胆固醇分子对膜的流动性有何影响？5.动物细胞膜的糖脂由何磷脂衍生而来？6.膜功能的活跃与否跟什么成分的含量密切相关？7.根据与脂双层结合方式,膜蛋白可分为哪三类？8.内在膜蛋白的跨膜区,通常是哪类氨基酸残基构成的什么结构？9.外在膜蛋白通过什么键附着膜脂或膜蛋白？10.脂锚定蛋白在膜两侧以什么键结合于什么分子？11.膜糖链的唾液酸残基,在细胞外表面形成什么电荷？12.膜的不对称性主要体现在哪三点？13.膜脂分子能进行哪些运动？14.影响膜脂的流动性的因素有哪些？15.流动镶嵌模型主要内容是什么？16.脂筏模型的主要内容和特点各是什么？17.膜转运蛋白分为哪两类？18.哪些溶质能简单扩散到膜另一侧？19.被动扩散和主动运输主要区别是什么？20.离子通道的四个特点是什么？。
第四章 细胞膜
(三)膜糖类
膜中含有的糖类称为膜糖类。
细 胞 衣 脂 双 层 细胞内
膜 蛋 白
糖类约占细胞膜总重量 的2％～10％。
膜 糖 类
糖类+膜脂
共价键
糖脂
糖类+膜蛋白
共价键
糖蛋白
分布：非胞质面。
糖蛋白功能：与细胞识别、信息传递、免疫、 癌变等有关。
二、 细胞膜的特征
(一)细胞膜具有流动性
(二)细胞膜具有不对称性
1、内在膜蛋白（integral proteins）
又称为跨膜蛋白（transmembrane protein），占膜蛋 白总量的70%~80%.以不同程度嵌入脂双层的内部。为 双亲性分子。它与膜结合非常紧密，只有用去垢剂 （detergent）才能从膜上洗涤下来。
内在蛋白的跨膜结构域形成亲水通道
脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显不同。
膜外层： 头部含有胆碱的磷脂分子（磷 细 脂酰胆碱、鞘磷脂） 胞 膜 膜内层： 末端含有氨基的带负电的磷脂 分子（磷脂酰乙醇胺和磷脂酰 丝氨酸）。
致使生物膜内侧的负电荷大于外侧
2、膜蛋白的不对称性
a. 镶嵌蛋白与脂质双层的的结合是绝对不对称的；
各种膜蛋白在质膜中都有一定的位置。如：外周蛋白 主要分布在膜内表面。 b. 跨膜蛋白分子在细胞膜上具有明确的方向性和分 布的区域性。
膜上载体蛋白将物质逆浓度梯度跨膜运输的 过程, 由ATP（直接、间接）提供能量。 哺乳动物细胞内外离子浓度比较
成份 细胞内浓度(m mol/L) 细胞外浓度(m mol/L)
Na+
10~20
150
K+
Mg2+ Ca2+
100
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。
第四章 细胞质膜
2. 三明治模型
• 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， 提出三明治模型（蛋 白质-脂类-蛋白质）。
3. 单位膜模型
• JD. Robertson 1959
根据电镜观察提出单 位 膜 模 型 。 厚 约 7.5 nm。
5. 脂筏 （ lipid raft ）
• 生物膜上富含鞘磷脂和胆固醇的相对有 序的微小区域，与生物膜某些特定功能 的发挥有关。
细胞膜的脂筏模型示意图
病毒出芽过程中细胞质膜的动态变化
二、膜脂
（一）、成分
（二）、膜脂的运动方式
（三）、脂质体
（一）、成分
1. 甘油磷脂 2. 糖脂
3.胆固醇
膜脂的基本类型
• 胆固醇起束尾（与磷脂尾部结合）和疏开（将磷脂分
子隔开）的双重作用，但通常胆固醇起到防止膜脂由
液相变成固相以保证膜脂处于流动状态的作用。
膜脂的流动性主要由脂分子本身的性质决定。
（二）、膜蛋白的流动性
• 荧光抗体免疫标记实验：两种荧光标记→细胞融合→对
半→均匀→成斑→成帽 • 膜蛋白在脂双层二维溶液中的运动是自发的热运动 • 细胞骨架既限制膜蛋白的运动，也影响其周围的膜脂的
电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过 Ca2+、
Mg2+ 等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。
• 某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结
合脂肪酸分子 , 插入脂双层之间 , 进一步加强膜蛋白与脂
双层的结合力,还有少数蛋白与糖脂共价结合。
内在膜蛋白与膜脂结合方式示意图
2） 跨膜结构域与膜脂的作用方式
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+
04细胞膜结构
胆碱
磷酸甘油酯
（四）膜蛋白的运动性
运动方式 ①旋转运动： ②侧向扩散：
小鼠-人细胞融合过程中蛋白质的运动性
三、 细胞膜的分子结构模型
细胞膜的研究简史：
1890年，E.Overton初步明确细胞膜是由脂类组成。 1925年，E.Gorter 和F.Grendel提出红细胞膜是由双层磷 脂分子组成。 1935年，J.Danielli 和H.Davson提出“片层结构模型”。 1959年，J.D.Robertson提出“单位膜模型”。 1972年，S.J.Singer和 G.Nicolson提出“流动镶嵌模型”。 1975年，Wallach提出“晶格镶嵌模型”。 1977年，Jain&White提出“板块镶嵌模型”。 近年提出“脂筏模型”。
磷脂的排列：
2、胆固醇---调节膜流动性和稳定性
胆固醇结构：双亲性分子，极性头为羟基团，
非极性疏水尾为固醇环和烃链。
胆固醇的定位：膜中胆固醇分子散布在磷脂分子
中间，极性的羟基头紧靠磷酯的极性头，将甾环固 定在磷脂分子邻近头部的烃链上。
胆固醇的功能：调节膜
的流动性，增强膜的稳定 性。
㈡ 膜脂的流动性 膜脂分子的运动方式： ①侧向扩散： ②翻转运动： ③旋转运动： ④伸缩振荡运动： ⑤烃链的旋转异构运动
（三）影响膜脂流动性的因素 1、脂肪酸链的饱和程度：脂双层中不饱和脂肪酸越 多，膜脂流动性越大。 2、脂肪酸链的长短：脂肪酸链越短，膜脂流动性越 大。 3、胆固醇分子的双向调节： 相变温度以上，限制膜的流动性，稳定质膜； 相变温度以下，防止脂肪酸链相互凝聚，干扰晶 态形成，防止低温时膜流动性突然降低。 4、卵磷脂/鞘磷脂：比值越大，膜脂流动性越大。 5、脂双层中嵌入的蛋白质越多，膜脂流动性越小。 6、膜脂的极性基团、环境温度、PH值、离子强度及 金属离子等均可对膜脂流动性产生一定的影响。
细胞膜的功能特性和结构特性
细胞膜的功能特性和结构特性
1.细胞膜的结构特征:细胞膜具有一定的流动性。
2.细胞膜的结构是中间的磷脂双分子层构成基本骨架，蛋白质分子以不同深度嵌入、渗透、覆盖在磷脂双分子层内部或表面。
构成膜的磷脂分子和蛋白质分子大部分是可以移动的，膜的流动性是物质通过膜进出细胞的基础。
3.细胞膜的功能特点:细胞膜具有选择性通透性。
4.细胞膜具有调节物质进出细胞的功能。
有扩散、渗透、被动运输、主动运输和内吞作用。
膜上载体蛋白的种类和数量不同，所以很多分子和离子不能随意进出细胞。
以上就是关于“细胞膜的结构特点及功能特性”的全部内容解答，希望可以帮助到大家！
内容来自网络，请阅读仅供参考。
如有侵权，请在网页底部联系我们删除！。
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-
- 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)。
2.影响膜蛋白质流动性的因素
（1）蛋白的聚集限制了蛋白的运动 （ 2 ）当蛋白被限制到特异脂类组成的结构域时， 蛋白质几乎是不流动的 （ 3 ）当蛋白与周围蛋白偶联的时候，限制了蛋 白分子的运动 （4）蛋白质与细胞骨架成分相互作用时，限制 了蛋白分子的运动。
约束膜蛋白运动的因素
细胞外基质对内在蛋白移动的影响
。
亲水孔道 跨膜α 螺旋
疏水Aa侧链---绿色
亲水Aa—红色
细菌膜孔蛋白（porin)三维结构 16个串联的ß 折 叠形成跨膜的亲 水通道
多次α 螺旋形成的跨膜的 亲水孔道
常用的两种去垢剂（detergent）
SDS （十二烷基硫酸钠） Triton X-100
去垢剂(detergent)是 一种一端亲水一端疏水 的两性小的脂分子
3. 膜 糖 类的不对称性
糖脂及糖蛋白：
低聚糖侧链只分布于细 胞膜与内膜系统的 非胞 质面。
细胞膜：细胞外侧 内膜系统：膜腔内侧
（二） 膜的流动性
侧向运动
1. 膜脂的分子运动：
-侧向运动：在膜平面上，脂类分子 与同一层的邻近的分子交换位置。 1秒钟可发生107次。 -自旋运动：膜脂分子围绕与膜平面 垂直的轴进行旋转。106-109次 /秒
Chapter 4
细胞质膜 (Plasma Membrane)
细胞质膜 (plasma membrane) 是指围绕在细胞最 外层极薄的膜，又称细胞膜 (cell membrane)，
主要由脂质和蛋白质组成。
围绕各种细胞器的膜，称为细胞内膜 (internal
membrane)。
生物膜 (biomembrane) ：质膜和内膜在起源、结构 和化学组成等方面具有相似性，总称为生物膜。 习惯上把细胞所有膜结构的统称生物膜。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
有漏隙的 血影
封闭的血影
低渗
破碎
脂筏 ( lipid raft)
脂筏 (lipid raft): 质膜上存在特殊的结构域微区, 富含胆固醇、鞘磷脂。脂质紧密结合成单元，可 在质膜的疏松排列的脂类中漂移, 如同漂浮在脂双 层上的脂筏 。脂筏上载有执行特定功能的各种膜 蛋白。
4.2 细胞膜的化学组成
分子特性：双极性分子
磷脂酰胆碱
胆固醇
半乳糖脑苷脂
膜脂双极性的意义 在生物膜中脂类部分的形成，是一个 自我组装的过程，磷脂分子自发形成 双层，具有自我组装自我封合的特点。
• 膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要
体现者。
二、膜蛋白（membrane proteins)
类型: • 外在膜蛋白(外周膜蛋白)
（2）胆固醇的含量
胆固醇可以调节膜的流动性
A.由于胆固醇分子的氢氧基团接近磷脂分 子的极性头部基团，它的片状的类固 醇环与最接近极性头部的脂肪酸链区 域相互作用，增加膜的稳定性。余下 的部分可以弯曲，其疏水的尾部与磷 脂脂肪酸链相互作用，可防止脂肪链 的相互凝集，从而维持细胞膜的流动 性。 B.在相变温度以下，它可以增加膜脂的流 动性，在相变温度以上，它限制了膜 脂的流动性。 胆固醇是膜结构中的“可塑分子”
蛋白： 是膜功能的主要体现者。 膜上的蛋白少，则膜的功能相对单一 如：线粒体内膜：蛋白质/脂类=3.2 电子传递、能量转换 神经髓鞘膜：蛋白质/脂类=0.23 主要起绝缘的作用。
膜蛋白的功能：
1）运输蛋白：转运分子进出细胞 2）连接蛋白：细胞间连接、支撑连接 3）受体：信号转导 4）酶：催化细胞各部分的化学反应
（一） 膜的不对称性
1. 膜脂分布的不对称性
外层含鞘磷脂、磷脂酰胆碱（卵磷脂）较多 内层含磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸较多
糖脂都是在非胞质侧
2. 膜蛋白的不对称性
膜蛋白在膜的脂质双分子层中可以分布在膜 的内表面、外表面、或不同程度的镶嵌在 膜内。分布不对称。 一般说,细胞质面的蛋白比外表面少,一些酶 和受体多处于外表面。
翻转酶（flippase) 的作用
-左右摆动：膜脂分子围绕与膜平面 垂直轴进行左右摆动。
-翻转运动 ：膜脂分子从脂双层的 一层翻转到另一层的运动。很少 发生。
新合成 的磷脂 一侧数量 增多，发 生弯曲 两侧平衡
2. 膜蛋白的分子运动
人鼠细胞 融合实验
荧光漂白恢复实验: 荧光素、绿色荧光蛋白等与蛋白或脂质耦联，用于检 测所标记分子在活体细胞表面或细胞内部的运动及其 迁移速率。
三、膜糖类
(一 )存在方式：
主要与膜脂、膜蛋白以共价键形式形成糖脂 和糖蛋白，糖基分布在膜的非胞质面。 1. 糖脂: 低聚糖共价结合于脂类
2. 糖蛋白：低聚糖或多聚糖侧链结合于膜蛋白 N-糖基化（门冬酰胺） O-糖基化(丝氨酸或苏氨酸）
细胞表面覆盖有糖类
糖被，或糖萼（glycocalyx): 细胞表面存在一层多糖物质，厚约200nm，由细胞膜糖 蛋白和糖脂的糖链向外伸展交织而成。
（3）脂肪酸链的长短、饱和度
• 脂肪酸的不饱和程度上升说 明所含的双键越多，而双键 处易发生弯曲，使磷脂的尾 部难以靠近，从而维持了膜 的流动性。
• 如果脂肪酸链较长，可以使 脂质分子尾部相互作用增加， 膜的流动性下降，而短链会 减弱相互作用，膜的流动性 升高。
（4）卵磷脂和鞘磷脂的比例
• 卵磷脂：不饱和程度高，且链短 • 卵磷脂与鞘磷脂的比例高，对膜的流动性大， 比例下降时膜的流动性随之下降。
（三） 影响膜流动性的因素
• 温度
• 胆固醇的含量
• 脂肪酸链的长短、饱和度
• 卵磷脂和鞘磷脂的比例
1.影响膜脂流动性的因素 （1）温 度
相变温度： 在生理条件下, 膜 脂多呈拟液态。温 度下降至某点, 则 变为晶态。一定温 度下, 晶态又可熔 解再变成液晶态， 这种临界温度称为 相变温度。 相变： 在不同温度 下发生的膜脂状态 的改变称为相变。 不同的膜脂由于成 分不同而各有其相 变温度。
• 内在膜蛋白 (整合膜蛋白)
• 脂锚定蛋白
冰冻蚀刻技术 揭示的膜结构
1. 外在膜蛋白(外周膜蛋白)
通过非共价键与其它膜 蛋白相互作用或附着在 脂的极性头部上，从而 连接到膜上。 分布在膜的内外表面。
水溶性，比较容易分离 提纯。
2. 脂锚定蛋白
通过共价连接的脂分子插 入膜的脂双层， 位于脂双 层的外侧。 结合方式： 一 种是蛋白质直接结合于 脂双分子层
真核生物细胞膜上的蛋白质几乎都是糖蛋 白。 在动物细胞中，糖蛋白是糖萼的主要成分， 而在植物细胞中，主要由糖脂构成膜包被。
凝集素（lectin)是能与糖类特异结合的蛋白质，能使细胞发 生凝集。 凝集素能与细胞表面的糖蛋白、蛋白多糖、糖脂结合，而且 不同凝集素识别糖基的不同特异序列，发生特异性结合， 因此凝集素用于定位和分离各种含糖的细胞膜分子。
脂类 ——约占膜干重的30－70％
细胞膜 蛋白质 ——约占膜干重的20－70％ 糖类
——约膜干重的10％
一、膜脂 (Membrane lipids)
类型:
1) 磷脂：双型性分子,约占膜脂的50%以上。
如：磷脂酰胆碱(卵磷脂，PC) 磷脂酰丝氨酸(PS) 2) 胆固醇：双型性分子,含量低于1/3。 羟基为极性头部， 3）糖脂: 双型性分子,在膜中含量较少。 头部为糖残基 如: 半乳糖脑苷脂、神经节苷脂
4.1 质膜的研究历史
“三夹板”式模型
单位膜
液态镶嵌模型
1972年 辛格和 尼克尔松
细胞膜的研究材料 血影：哺乳动物或人的成熟红细胞的核与 细胞内的细胞器均消失，仅有细胞膜包 围一团原生质组成。将其经低渗处理， 造成溶血现象，血红蛋白和无机盐等被 溢出细胞外，剩下的“空壳”称为血影。
低渗处理
红细胞血影
去垢剂单体
去垢剂疏水端与膜蛋 白的疏水区域相结合, 极性端指向水中,形成 溶于水的去垢剂-膜蛋 白复合物,从而使膜蛋 白在水中溶解、变性、 沉淀
溶于水的去垢 剂-膜蛋白复 合物
溶于水的去垢剂 -脂类复合物
◆用去垢剂分离小的跨膜蛋白, 是膜蛋白研究的重要 手段 ■去垢剂使膜蛋白在水中溶解、变性、沉淀 ■当去除去垢剂并加入磷脂后 , 可使膜蛋白复性并恢 复功能。 ■用这种方法研究了膜中Na+-K+-ATP酶的功能。
另一种方式是蛋白并不直 接同脂结合，而是通过一 个糖分子 间接同脂结合。
3. 内在膜蛋白
1）以不同程度嵌入脂双 分子层内部，疏水区域与 脂双分子层中脂类分子的 疏水尾部相互作用，亲水 区域暴露在膜的一侧或两 侧表面。 这些蛋白都是双型性蛋白 分子（横跨全膜）。
2） 跨膜蛋白的跨膜区为一般为α螺旋, 也有的是β折 叠，分为单次跨膜、多次跨膜等。如孔蛋白
FITC标记的凝集素能 直接与组织细胞内的糖 基结合，从而显示糖基 的位置，可用于检测组 织细胞中的糖成分，阳 性部位呈黄绿色荧光。
4.3 细胞膜的特性
液态镶嵌模型结构
（1） 脂双层构成细胞膜的连续主体，它既具有固体分 子排列的有序性，又具有液体的流动性 （2）膜中球形蛋白分子以各种形式与脂双分子层结合。 蛋白质分子的非极性部分嵌入脂类双分子层的疏水区， 极性部分外露于膜的表面 （3）此模型强调了膜的不对称性和流动性
膜域（membrane domains)
Figure 10-37. Diagram of an epithelial cell showing how a plasma membrane protein is restricted to a particular domain of the membrane. Protein A (in the apical membrane) and protein B (in the basal and lateral membranes) can diffuse laterally in their own domains but are prevented from entering the other domain, at least partly by the specialized cell junction called a tight junction. Lipid molecules in the outer (noncytoplasmic) monolayer of the plasma membrane are likewise unable to diffuse between the two domains; lipids in the inner (cytoplasmic) monolayer, however, are able to do so.