细胞膜及其表面细胞生物学优秀课件
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《细胞膜和细胞表面》课件
细胞表面的分子标识和识别
主要类型和功能
介绍细胞表面的各种分子，如 受体、受体配体和细胞附着分 子。
结构与配体结合方式
了解分子与其配体之间的结合 方式，如锁与钥匹配。
与信号传递的关系
探索细胞表面分子在细胞间通 信和信号传递中的重要性。
细胞膜在疾病治疗中的应用
1 细胞膜通透性的临床 2 细胞膜分子识别与制 3 细胞膜作为靶向治疗
应用
药工程应用
的新途径
了解细胞膜通透性在药物 传递和治疗方面的重要作 用。
探索利用细胞膜分子识别 设计制造更有效的药物的 方法。
了解细胞膜作为精确靶向 治疗的新兴方法。
细胞膜在生物科技中的应用
1
组装与材料工程
探索利用细胞膜组装新材料的前沿领域。
蛋白质在生物制造中的应用
2
了解如何利用细胞膜蛋白质在生物制造
《细胞膜和细胞表面》 PPT课件
通过本课件，我们将探索细胞膜和细胞表面的结构、功能以及它们在疾病治 疗和生物科技中的应用。让我们开始这个精彩的旅程吧！
细胞膜的结构与功能
基本结构和组成
了解细胞膜的磷脂双层结构和蛋白质组成。
功能和特点
探索细胞膜的保护、分隔和信号传递等功能。
通透性和分子运动
了解细胞膜的选择性通透性和分子在膜内的运动。
领域的重要作用。3与仿生Fra bibliotek的关系及发展趋势
探索细胞膜与仿生学的关系，以及未来 的发展趋势。
细胞生物学第三章细胞膜与细胞表面课件
27
1．膜脂分子的运动
在相变温度以上的条件下，膜脂分子运动 方式有：
（1）横向扩散运动 （2）旋转运动
（3）摆动运动
（4）伸缩振荡运动
（5）翻转运动
（6）旋转异构运动
28
29
2、膜蛋白的运动性
（1）横向扩散 （侧向扩散）：指膜蛋白在膜平 面上做横向运动，膜蛋白横向扩散的速度比膜脂 慢得多。如小鼠细胞和人细胞的融合实验。 （2）旋转扩散：膜蛋白能围绕与膜平面相垂直 的轴进行旋转运动，但旋转运动速度比侧向扩散 更为缓慢。
❖ 约占膜蛋白的20％~30％，分布在膜的内外表面，主 要在内表面，为水溶性的。 ❖ 通过静电作用及氢键、离子键与膜脂的极性头部相结 合，或通过与内在蛋白的相互作用，间接与膜结合。 ❖ 外在蛋白的结合力较弱。一般用温和的方法，如改变 溶液的离子强度或浓度，即可将他们从膜上分离下来， 而不破坏膜的其它结构。
20Βιβλιοθήκη （三）膜糖类细胞膜中都含都有一定的糖类。它们大多是与蛋 白质或脂类分子以共价键相结合的低聚糖，以糖蛋白 或糖脂的形式存在于膜的外表面，在细胞表面形成细 胞外衣或称糖被 。
21
Simplified diagram of the cell coat (glycocalyx)
22
二、细胞膜的特性
单次穿膜（single pass）：以单条α螺旋穿过脂双层； 多次穿膜（multiple pass）：以数条α螺旋数次折返穿 越脂双层。 ❖内在蛋白主要以疏水键或疏水键和离子键两种作用与膜 较牢固地结合，不容易分离和纯化。
17
18
19
①,② integral protein； ③,④ lipid-anchored protein ； ⑤,⑥ peripheral protein
1．膜脂分子的运动
在相变温度以上的条件下，膜脂分子运动 方式有：
（1）横向扩散运动 （2）旋转运动
（3）摆动运动
（4）伸缩振荡运动
（5）翻转运动
（6）旋转异构运动
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2、膜蛋白的运动性
（1）横向扩散 （侧向扩散）：指膜蛋白在膜平 面上做横向运动，膜蛋白横向扩散的速度比膜脂 慢得多。如小鼠细胞和人细胞的融合实验。 （2）旋转扩散：膜蛋白能围绕与膜平面相垂直 的轴进行旋转运动，但旋转运动速度比侧向扩散 更为缓慢。
❖ 约占膜蛋白的20％~30％，分布在膜的内外表面，主 要在内表面，为水溶性的。 ❖ 通过静电作用及氢键、离子键与膜脂的极性头部相结 合，或通过与内在蛋白的相互作用，间接与膜结合。 ❖ 外在蛋白的结合力较弱。一般用温和的方法，如改变 溶液的离子强度或浓度，即可将他们从膜上分离下来， 而不破坏膜的其它结构。
20Βιβλιοθήκη （三）膜糖类细胞膜中都含都有一定的糖类。它们大多是与蛋 白质或脂类分子以共价键相结合的低聚糖，以糖蛋白 或糖脂的形式存在于膜的外表面，在细胞表面形成细 胞外衣或称糖被 。
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Simplified diagram of the cell coat (glycocalyx)
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二、细胞膜的特性
单次穿膜（single pass）：以单条α螺旋穿过脂双层； 多次穿膜（multiple pass）：以数条α螺旋数次折返穿 越脂双层。 ❖内在蛋白主要以疏水键或疏水键和离子键两种作用与膜 较牢固地结合，不容易分离和纯化。
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①,② integral protein； ③,④ lipid-anchored protein ； ⑤,⑥ peripheral protein
细胞膜和细胞表面PPT课件
Long, saturated fatty acyl chains have the greatest tendency to aggregate, packing tightly together into a gel-like state.
膜蛋白荧光标记脱色恢复实验
•9
•10
膜脂的运动方式
•12
Lipid droplets are surrounded by a phospholipid monolayer
•13
脂质体（liposome）
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。
•14
脂质体的类型和应用
(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
沿膜平面侧向运动 围绕轴心的自旋 分子尾部的摆动 双层分子间的翻转
依赖于翻转酶flipase
•11
脂筏Lipid raft
鞘脂和胆固醇形成，厚度和构成均和周围不同，脂筏可以集中某些蛋白。 The first hint that lipids may be organized within the leaflets was the
血型糖蛋白，跨膜螺旋由20-25个疏水性氨基酸构成 Structure of glycophorห้องสมุดไป่ตู้n A, a typical singlepass
transmembrane protein. Typically, a membraneembedded helix is composed of 20–25 hydrophobic (uncharged) amino acids. The predicted length of such a helix (3.75 nm) is just sufficient to span the hydrocarbon core of a phospholipid bilayer. The hydrophobic side chains protrude outward from the helix and form van der Waals interactions with the fatty acyl chains in the bilayer.
膜蛋白荧光标记脱色恢复实验
•9
•10
膜脂的运动方式
•12
Lipid droplets are surrounded by a phospholipid monolayer
•13
脂质体（liposome）
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。
•14
脂质体的类型和应用
(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
沿膜平面侧向运动 围绕轴心的自旋 分子尾部的摆动 双层分子间的翻转
依赖于翻转酶flipase
•11
脂筏Lipid raft
鞘脂和胆固醇形成，厚度和构成均和周围不同，脂筏可以集中某些蛋白。 The first hint that lipids may be organized within the leaflets was the
血型糖蛋白，跨膜螺旋由20-25个疏水性氨基酸构成 Structure of glycophorห้องสมุดไป่ตู้n A, a typical singlepass
transmembrane protein. Typically, a membraneembedded helix is composed of 20–25 hydrophobic (uncharged) amino acids. The predicted length of such a helix (3.75 nm) is just sufficient to span the hydrocarbon core of a phospholipid bilayer. The hydrophobic side chains protrude outward from the helix and form van der Waals interactions with the fatty acyl chains in the bilayer.
《细胞生物学细胞膜》课件
磷脂和蛋白质分子在膜中 具有一定的流动性，有助 于细胞膜功能的实现。
细胞膜的流动镶嵌模型
流动性和镶嵌性
功能适应性
细胞膜的磷脂和蛋白质分子具有一定 的流动性，可以相互转换和重新排列 。
细胞膜的结构和功能是相适应的，不 同的细胞类型具有不同的细胞膜结构 和功能特点。
动态结构
细胞膜是一个动态的结构，其组成和 结构会随着时间和环境的变化而变化 。
03
作用机制
细胞膜异常对疾病发生的作用机制复杂，涉及细胞信号转导、物质转运
、细胞生长和分化等多个方面。
细胞膜与药物的作用
药物作用机制
许多药物的作用机制涉及到细胞 膜，通过影响细胞膜上的受体、 通道或酶等，调控细胞的功能。
药物分类
根据作用机制的不同，药物可以 分为作用于膜受体、膜通道和膜
酶的药物等。
临床应用
目前，已有多种基于细胞膜的治疗方法在临床得到应用，并取得了一定的疗效。同时，还 有许多治疗方法正处于临床试验阶段，有望在未来为更多患者带来希望。
04
CATALOGUE
细胞膜研究的新技术和新进展
细胞膜研究的技术手段
01
02
03
04
光学显微镜技术
利用高分辨率光学显微镜观察 细胞膜的结构和动态变化。
细胞间的相互作用
细胞膜表面的糖蛋白等分子可以 与相邻细胞的相应分子相互作用 ，参与细胞间的识别和粘附。
细胞连接
紧密连接
存在于上皮细胞之间，通过紧密连接 的跨膜蛋白形成封闭小带，阻止分子 和离子通过，从而维持细胞间的紧密 连接和组织的完整性。
锚定连接
通过细胞骨架系统将细胞与相邻细胞 或细胞与基质之间连接起来，如桥粒 和半桥粒。
蛋白质分子
细胞膜的流动镶嵌模型
流动性和镶嵌性
功能适应性
细胞膜的磷脂和蛋白质分子具有一定 的流动性，可以相互转换和重新排列 。
细胞膜的结构和功能是相适应的，不 同的细胞类型具有不同的细胞膜结构 和功能特点。
动态结构
细胞膜是一个动态的结构，其组成和 结构会随着时间和环境的变化而变化 。
03
作用机制
细胞膜异常对疾病发生的作用机制复杂，涉及细胞信号转导、物质转运
、细胞生长和分化等多个方面。
细胞膜与药物的作用
药物作用机制
许多药物的作用机制涉及到细胞 膜，通过影响细胞膜上的受体、 通道或酶等，调控细胞的功能。
药物分类
根据作用机制的不同，药物可以 分为作用于膜受体、膜通道和膜
酶的药物等。
临床应用
目前，已有多种基于细胞膜的治疗方法在临床得到应用，并取得了一定的疗效。同时，还 有许多治疗方法正处于临床试验阶段，有望在未来为更多患者带来希望。
04
CATALOGUE
细胞膜研究的新技术和新进展
细胞膜研究的技术手段
01
02
03
04
光学显微镜技术
利用高分辨率光学显微镜观察 细胞膜的结构和动态变化。
细胞间的相互作用
细胞膜表面的糖蛋白等分子可以 与相邻细胞的相应分子相互作用 ，参与细胞间的识别和粘附。
细胞连接
紧密连接
存在于上皮细胞之间，通过紧密连接 的跨膜蛋白形成封闭小带，阻止分子 和离子通过，从而维持细胞间的紧密 连接和组织的完整性。
锚定连接
通过细胞骨架系统将细胞与相邻细胞 或细胞与基质之间连接起来，如桥粒 和半桥粒。
蛋白质分子
细胞膜与细胞表面(共67张PPT)
二、锚定连接(anchoring junctions)：通过细胞骨架系统将细 胞与相邻细胞或将细胞与基质之间连接起来。
与中间纤维相关的锚定连接：桥粒(desmosome)、半桥粒 (hemidesmosome)
与肌动蛋白纤维相关的锚定连接:粘着带（adhesion）、粘着 斑(focal adhesion)
第一节 细胞膜与细胞表面特化结构
膜均衡技术（film balance）
由Langmuir 于1917年设计，至今仍是研究人工膜的重要方法。
膜的结构模型：
1. 双分子片层模型（也称Danielli-Davson 模型）
2. 单位模型（unit membrane model） 3. 流动镶嵌模型 （fluid mosaic model ）
究中有广阔应用前景。
三、膜蛋白
（一）类型
膜周边蛋白（peripheral proteins)或外在膜蛋白
（extrinsic protein） 膜内在蛋白（integral proteins）
（二）膜内在蛋白与膜脂结合的方式 （三）去垢剂（detergent）
(四)、膜的流动性
（一）膜脂的流动性
膜的流动性由以下几个因素决定： 脂分子中脂肪酸链的长短、饱和程度、温度。 胆固醇分子 对膜的流动性也起着重要的调节作用。
分子，含糖量可达90%-95%。
软骨中的蛋白聚糖是已知的最大巨分子之一。单个分子 长达4微米，体积比细菌大。
功能：保护作用（抗变形能力等）；蛋白聚糖还可与多种生
长因子结合，是细胞外的激素富集与储存库，利于调控分子 与细胞表面受体结合，有效完成信号的传导。 三、层粘连蛋白和纤连蛋白
1.层粘连蛋白（laminin）
（二）膜蛋白的流动性
与中间纤维相关的锚定连接：桥粒(desmosome)、半桥粒 (hemidesmosome)
与肌动蛋白纤维相关的锚定连接:粘着带（adhesion）、粘着 斑(focal adhesion)
第一节 细胞膜与细胞表面特化结构
膜均衡技术（film balance）
由Langmuir 于1917年设计，至今仍是研究人工膜的重要方法。
膜的结构模型：
1. 双分子片层模型（也称Danielli-Davson 模型）
2. 单位模型（unit membrane model） 3. 流动镶嵌模型 （fluid mosaic model ）
究中有广阔应用前景。
三、膜蛋白
（一）类型
膜周边蛋白（peripheral proteins)或外在膜蛋白
（extrinsic protein） 膜内在蛋白（integral proteins）
（二）膜内在蛋白与膜脂结合的方式 （三）去垢剂（detergent）
(四)、膜的流动性
（一）膜脂的流动性
膜的流动性由以下几个因素决定： 脂分子中脂肪酸链的长短、饱和程度、温度。 胆固醇分子 对膜的流动性也起着重要的调节作用。
分子，含糖量可达90%-95%。
软骨中的蛋白聚糖是已知的最大巨分子之一。单个分子 长达4微米，体积比细菌大。
功能：保护作用（抗变形能力等）；蛋白聚糖还可与多种生
长因子结合，是细胞外的激素富集与储存库，利于调控分子 与细胞表面受体结合，有效完成信号的传导。 三、层粘连蛋白和纤连蛋白
1.层粘连蛋白（laminin）
（二）膜蛋白的流动性
3 细胞膜及表面 细胞生物学课件
樊庆杰 qjfan@
3
细
细胞表面
胞 膜
细
细
胞
胞
细
表
胞
层
及
内
膜
外
胞
表
膜
被
质
面
溶 胶
生物膜
第一节 细胞膜的化学组成
质膜主要由膜脂和膜蛋白组成，另外还有少量糖，主 要以糖脂和糖蛋白的形式存在。
膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。 动物细胞膜通常含有等量的脂类和蛋白质。
第二节 质膜的结构与功能
一、质膜的流动镶嵌模型 细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。 磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成
生物膜骨架，蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内 部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。
质膜具有流动性与不对称性。
流动性
膜脂分子的运动：侧向扩散，旋转运动，摆动运动， 伸缩震荡，翻转运动，旋转异膜结构的一部分。
细胞外被的作用
保护作用 细胞识别：细胞外被的寡糖链由质膜糖蛋白和糖脂伸
出，每种细胞寡糖链的单糖残基具有一定的排列顺序， 编成了细胞表面的密码，它是细胞的”指纹”，为细 胞的识别形成了分子基础。 决定血型：血型实质上是不同的红细胞表面抗原，A、 B、O 三种血型抗原的糖链结构基本相同，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；AB 型两种糖基都有，O 型血 则缺少这两种糖基。
一、膜 脂
膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。
磷脂
是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50％以上。 磷脂分子的主要特征：具有一个极性头和两个非极性 的尾，包括甘油磷脂和鞘磷脂。
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，其含量约占膜脂总量的5％以下，在神经 细胞膜上糖脂含量较高。
3
细
细胞表面
胞 膜
细
细
胞
胞
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表
胞
层
及
内
膜
外
胞
表
膜
被
质
面
溶 胶
生物膜
第一节 细胞膜的化学组成
质膜主要由膜脂和膜蛋白组成，另外还有少量糖，主 要以糖脂和糖蛋白的形式存在。
膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者。 动物细胞膜通常含有等量的脂类和蛋白质。
第二节 质膜的结构与功能
一、质膜的流动镶嵌模型 细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。 磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成
生物膜骨架，蛋白质或嵌在脂双层表面，或嵌在其内 部，或横跨整个脂双层，表现出分布的不对称性。
质膜具有流动性与不对称性。
流动性
膜脂分子的运动：侧向扩散，旋转运动，摆动运动， 伸缩震荡，翻转运动，旋转异膜结构的一部分。
细胞外被的作用
保护作用 细胞识别：细胞外被的寡糖链由质膜糖蛋白和糖脂伸
出，每种细胞寡糖链的单糖残基具有一定的排列顺序， 编成了细胞表面的密码，它是细胞的”指纹”，为细 胞的识别形成了分子基础。 决定血型：血型实质上是不同的红细胞表面抗原，A、 B、O 三种血型抗原的糖链结构基本相同，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；AB 型两种糖基都有，O 型血 则缺少这两种糖基。
一、膜 脂
膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。
磷脂
是构成膜脂的基本成分，约占整个膜脂的50％以上。 磷脂分子的主要特征：具有一个极性头和两个非极性 的尾，包括甘油磷脂和鞘磷脂。
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，其含量约占膜脂总量的5％以下，在神经 细胞膜上糖脂含量较高。
细胞生物学细胞质膜及其表面PPT课件
等形成的微结构域——脂筏。
第39页/共72页
磷脂与糖脂分布的不对称性
2．复合糖 的不对称
性 • 膜糖以 糖蛋白或 糖脂的形 式存在， 无论是糖 蛋白还是 糖脂的糖 基都是位 于膜的外
表面
第40页/共72页
膜糖分布的不对称性
3、膜蛋白的不对 称性：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。 膜蛋白的不对称性 包括外周蛋白分布 的不对称以及整合 蛋白内外两侧氨基 酸残基数目的不对 称。如各种激素的 受体具有极性，细 胞色素C位于线粒
PF，原生质小页断面（protoplasmic face）
第37页/共72页
小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻
EF PF
第38页/共72页
•1、膜脂的不对称性：同一种脂分子在脂双层中呈不均 匀分布，如：PC和SM主要分布在外小叶，PE和PS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
旧称卵磷脂 ② 磷脂酰丝氨酸 phosphatidylserine，PS
③ 磷脂酰乙醇胺 phosphatidylethanolamine，PE，旧称脑 磷脂 ④ 磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，
PI ⑤ 双磷脂酰甘油Diphosphatidylglycerol,
DPG，旧称心磷脂
水通道。
第17页/共72页
• 外周蛋白又称附着蛋白(protein-attached)。这种蛋 白完全外露在脂双层的内外两侧。靠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，因此 只要改变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离 下来，有时很难区分整合蛋白和外周蛋白，主要是因为一 个蛋白质可以由多个亚基构成，有的亚基为跨膜蛋白，有
第39页/共72页
磷脂与糖脂分布的不对称性
2．复合糖 的不对称
性 • 膜糖以 糖蛋白或 糖脂的形 式存在， 无论是糖 蛋白还是 糖脂的糖 基都是位 于膜的外
表面
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膜糖分布的不对称性
3、膜蛋白的不对 称性：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。 膜蛋白的不对称性 包括外周蛋白分布 的不对称以及整合 蛋白内外两侧氨基 酸残基数目的不对 称。如各种激素的 受体具有极性，细 胞色素C位于线粒
PF，原生质小页断面（protoplasmic face）
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小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻
EF PF
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•1、膜脂的不对称性：同一种脂分子在脂双层中呈不均 匀分布，如：PC和SM主要分布在外小叶，PE和PS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
旧称卵磷脂 ② 磷脂酰丝氨酸 phosphatidylserine，PS
③ 磷脂酰乙醇胺 phosphatidylethanolamine，PE，旧称脑 磷脂 ④ 磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，
PI ⑤ 双磷脂酰甘油Diphosphatidylglycerol,
DPG，旧称心磷脂
水通道。
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• 外周蛋白又称附着蛋白(protein-attached)。这种蛋 白完全外露在脂双层的内外两侧。靠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，因此 只要改变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离 下来，有时很难区分整合蛋白和外周蛋白，主要是因为一 个蛋白质可以由多个亚基构成，有的亚基为跨膜蛋白，有
3 细胞膜及表面 细胞生物学课件
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。
二、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，包括代谢底物的输入与代谢产物的排
出； 3. 提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递； 4. 为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行； 5. 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接； 6. 参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。
胆固醇
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，其功能是提高脂双层的 力学稳定性，调节脂双层流动性，降低水溶性物质的 通透性。
二、膜 蛋 白
膜蛋白是膜功能的主要体现者。据估计核基因组 编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白。根据膜蛋 白与脂分子的结合方式，可分为膜内在蛋白、外 周蛋白。
樊庆杰 qjfan@
3
细
质膜包在细胞外面，所以又称细胞膜，它不仅是区分
细胞内部与周围环境的动态屏障，更是细胞物质交换
胞
和信息传递的通道。
膜
及
围绕各种细胞器的膜，称为细胞内膜。质膜和内膜在
表
起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，故总称
面
为生物膜。
3
细
生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础，细胞的
膜内在蛋白
可能全为跨膜蛋白，为两性分子，疏水部分位于脂双 层内部，亲水部分位于脂双层外部。由于存在疏水结 构域，整合蛋白与膜的结合非常紧密，只有用去垢剂 才能从膜上洗涤下来。
外周蛋白
靠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，因此只要改变溶液的离子强度 甚至提高温度就可以从膜上分离下来。
22_细胞膜及其表面结构ppt课件
11
红细胞膜骨架的网状支架的形成及与膜的 结合过程大致分为三步：
● 首先是血影蛋白与4.1蛋白、肌动蛋白的相互作用 ● 4.1蛋白同血型糖蛋白相互作用 ● 第三是锚定蛋白与血影蛋白、带3蛋白的相互作用
12
13
三、质膜的特化结构
质膜常带有许多特化的附属结构。如：微绒毛、 褶皱、纤毛、鞭毛等等，这些特化结构在细胞执 行特定功能方面具有重要作用。由于其结构细微， 多数只能在电镜下观察到。
15
16
小鼠肾曲管上皮细胞微绒毛，冰冻蚀刻
17
（二）、皱褶（ruffle） 细胞表面的扁形突起，也称 为片足（lamellipodia ）。 在巨噬细胞的表面上，普遍 存在着皱褶结构，与吞噬颗 粒物质有关。
SEM image of alveolar (Lung) macrophage attacking E. coli. (Show ruffle on the cell surface)
20
Human sperm
21
复习题
1、如何理解细胞膜作为界膜对细胞生命活动所起的作用 ? 2、简述细胞膜结构的基本功能及对细胞生命活动的影响? 3、有人说红细胞是研究膜结构的最好材料，你能说说理由 吗? 4、请简述红细胞膜骨架的装配过程。 5、十二烷基磺酸钠(SDS)和Triton X-100都是去垢剂，哪一 种可用于分离有生物功能的膜蛋白？
14
（一）、微绒毛microvilli
是细胞表面伸出的细长突起，广泛存在于动物细胞表面。 直径约为0.1μm。内芯由肌动蛋白丝束组成。 肌动蛋白丝之间由许多微绒毛蛋白（villin）和丝束蛋白（ fimbrin）组成的横桥相连。 微绒毛处质膜有myosin I 构成的侧臂与肌动蛋白丝束相连， 从而将肌动蛋白丝束固定。 作用：扩大了细胞的表面积，有利于细胞同外环境的物质 交换。如小肠上微绒毛，使细胞表面积扩大了30倍。
红细胞膜骨架的网状支架的形成及与膜的 结合过程大致分为三步：
● 首先是血影蛋白与4.1蛋白、肌动蛋白的相互作用 ● 4.1蛋白同血型糖蛋白相互作用 ● 第三是锚定蛋白与血影蛋白、带3蛋白的相互作用
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13
三、质膜的特化结构
质膜常带有许多特化的附属结构。如：微绒毛、 褶皱、纤毛、鞭毛等等，这些特化结构在细胞执 行特定功能方面具有重要作用。由于其结构细微， 多数只能在电镜下观察到。
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小鼠肾曲管上皮细胞微绒毛，冰冻蚀刻
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（二）、皱褶（ruffle） 细胞表面的扁形突起，也称 为片足（lamellipodia ）。 在巨噬细胞的表面上，普遍 存在着皱褶结构，与吞噬颗 粒物质有关。
SEM image of alveolar (Lung) macrophage attacking E. coli. (Show ruffle on the cell surface)
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Human sperm
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复习题
1、如何理解细胞膜作为界膜对细胞生命活动所起的作用 ? 2、简述细胞膜结构的基本功能及对细胞生命活动的影响? 3、有人说红细胞是研究膜结构的最好材料，你能说说理由 吗? 4、请简述红细胞膜骨架的装配过程。 5、十二烷基磺酸钠(SDS)和Triton X-100都是去垢剂，哪一 种可用于分离有生物功能的膜蛋白？
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（一）、微绒毛microvilli
是细胞表面伸出的细长突起，广泛存在于动物细胞表面。 直径约为0.1μm。内芯由肌动蛋白丝束组成。 肌动蛋白丝之间由许多微绒毛蛋白（villin）和丝束蛋白（ fimbrin）组成的横桥相连。 微绒毛处质膜有myosin I 构成的侧臂与肌动蛋白丝束相连， 从而将肌动蛋白丝束固定。 作用：扩大了细胞的表面积，有利于细胞同外环境的物质 交换。如小肠上微绒毛，使细胞表面积扩大了30倍。
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（一）膜的不对称性
1、膜蛋白分布的不对称性 1) 膜蛋白在脂双分子层中、膜内外的位置分布是不对称的 2) 膜蛋白在膜内的排布方向是不对称的
2、膜脂的不对称性 1) 磷脂：磷脂酰胆碱和鞘磷脂多分布在膜外层
磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸多分布在膜内层 2) 胆固醇：主要分布在膜外层。 3) 糖脂 :全部分布在膜外层。
3、脂锚定蛋白 (lipid-anchored protein)
又称脂连接蛋白，这类膜蛋白定位于膜的两侧，类似于 膜周边蛋白，但与其不同的是以共价键与脂双层分子结 合，因此，分离锚定蛋白须用去垢剂或有机溶剂处理。
一、膜的化学组成
(三) 膜糖
共价键
单糖或多聚糖 + 膜 脂
共价键
单糖或多聚糖 + 膜蛋白
一、膜的化学组成
(二) 膜蛋白
1、膜内在蛋白 (integral protein)
贯穿脂双层，两端露出膜内外——跨膜蛋白
非胞质面 脂 双 分 子 层
胞质面
1 单次穿膜： 单条a-螺旋贯穿脂质双层
2 多次穿膜： 数条a-螺旋折返穿越脂质双层
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， 不易分离提纯。
二、膜的分子结构
★★（三）液态镶嵌模型（fluid mosaic model）
1972年，Singer 和 Nicolson 总结提出，主要论点：
1. 流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体。 2.球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂双分子层中或附着在膜表面。 3.强调了膜的流动性和不对称性。
评价： 液态镶嵌模型可以解释
(一) 膜脂
生物膜上的脂类统称膜脂。
磷 脂 (phospholipid)
膜
脂
胆固醇 (cholesterol)
糖 脂 (glycolipid)
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
1、磷脂
磷脂酸（前体）
磷酸甘油酯 磷脂酰胆碱（卵磷脂）
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
类
型
磷脂酰丝氨酸
鞘磷脂
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
糖 脂 (glycolipid) 糖蛋白 (glycoprotein)
功能：细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起，形
成一层外被，称细胞外被或糖萼，具有重要生理作用，几乎涉及所有
细胞与环境相互作用的生物学现象。
细 胞 外 被
脂 双 层
膜蛋白膜蛋白
细胞内
Hale Waihona Puke 二、膜的分子结构生物膜结构描述的历史回顾:
膜脂分子的共同特点：
都有亲水性和疏水性两端，称兼性分子或双亲性分子(amphipathic molecule)
双亲性分子在水溶液中可形成两种排列方式:
脂分子团
脂双分子层
水
水 脂质体
一、膜的化学组成
(二) 膜蛋白
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：
跨膜蛋白 transmembrane protein 膜周边蛋白质 peripheral protein 脂锚定蛋白 lipid-anchored protein
•1925年,Gorter 和Grendell 用丙酮抽提红细胞膜 中的脂类并在水和空气界面上铺展成单分子层,测量 其所占面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。
二、膜的分子结构
（一）片层结构模型（lamella structure model）
1、磷脂
（ 亲 水 性 ）
极 性 头 部
结
（非
构
疏极 水性
性尾
）部
鞘磷脂
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
2、胆固醇
极 性 头 部固
醇
环
结
构
非
极
性
尾
部
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
3、糖脂
糖脂与鞘磷脂相似，只是头部不同。 常见糖脂：脑苷脂；神经节苷脂
鞘 胺 醇
半乳糖苷脂
糖脂分子
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
一、膜的化学组成
(二) 膜蛋白
2、膜周边蛋白 (peripheral protein)
附在膜的内外表面，非共价地结合在跨膜蛋白上。
非胞质面 脂 双 分 子 层
胞质面
膜周边蛋白都是水溶性蛋白质，多分布在膜的内表面，靠离子键或其它 较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的极性头部结合，因此只要改 变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离下来。
1935年 Danielli 和 Davson 提出
蛋
脂
“蛋白质-磷脂-蛋白质”三夹板结构
白 质
双 分 子
层
（二）单位膜模型 （unit membrane model）
1959年 Robertson 提出
评价：提出膜形态共性，解释了某些属性 不足之处： 无法解释膜的动态结构变化， 显示不出各种膜之间的结构功能差异
※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。
三、膜的理化特性 ★★★
（二）膜的流动性
1、膜脂的流动性 ★★膜脂的特性——液晶态
★膜脂分子的运动方式
晶态
液晶态
相变
相变温度
（1）烃链的旋转异构运动 （2）脂肪酸链的伸缩和振荡运动 （3）膜脂分子的旋转运动 （4）侧向扩散运动 （5）翻转运动
细胞膜及其表面细胞生物学
细胞膜 cell membrane
概念：
是包围在细胞质外周的一层界膜，又称质 膜（plasma membrane)
功能：
①使细胞具有相对独立和稳定的内环境 ②是细胞内外物质、信息、能量交换的“门户”
生物膜 biological membrane
在细胞中,除了质膜外, 细胞内还有丰富的膜性结构。由于 这些膜与质膜在化学组成、分子结构和功能运作上具有很多 共性，把质膜和细胞内各种膜相结构的膜统称为生物膜。
极性头部
膜中发生的很多现象，为人们普 遍接受。
脂双分子层
不足之处：忽视了膜各部分流动
疏水尾部
性的不均匀性，忽视了蛋白质分
子对脂分子流动性的控制作用。 内在膜蛋白
外在膜蛋白
晶格镶嵌模型 板块镶嵌模型
补充完善液态镶嵌模型
二、膜的分子结构
目前对膜的分子结构较为一致的看法：
三、膜的理化特性 ★★★
——不对称性和流动性
第一节 细胞膜的分子结构和特性
一、膜的化学组成
生 脂类、蛋白质、糖类 ——主要成分 物 膜 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。 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。
第一节 细胞膜的分子结构和特性
一、膜的化学组成
1、膜蛋白分布的不对称性 1) 膜蛋白在脂双分子层中、膜内外的位置分布是不对称的 2) 膜蛋白在膜内的排布方向是不对称的
2、膜脂的不对称性 1) 磷脂：磷脂酰胆碱和鞘磷脂多分布在膜外层
磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸多分布在膜内层 2) 胆固醇：主要分布在膜外层。 3) 糖脂 :全部分布在膜外层。
3、脂锚定蛋白 (lipid-anchored protein)
又称脂连接蛋白，这类膜蛋白定位于膜的两侧，类似于 膜周边蛋白，但与其不同的是以共价键与脂双层分子结 合，因此，分离锚定蛋白须用去垢剂或有机溶剂处理。
一、膜的化学组成
(三) 膜糖
共价键
单糖或多聚糖 + 膜 脂
共价键
单糖或多聚糖 + 膜蛋白
一、膜的化学组成
(二) 膜蛋白
1、膜内在蛋白 (integral protein)
贯穿脂双层，两端露出膜内外——跨膜蛋白
非胞质面 脂 双 分 子 层
胞质面
1 单次穿膜： 单条a-螺旋贯穿脂质双层
2 多次穿膜： 数条a-螺旋折返穿越脂质双层
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， 不易分离提纯。
二、膜的分子结构
★★（三）液态镶嵌模型（fluid mosaic model）
1972年，Singer 和 Nicolson 总结提出，主要论点：
1. 流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体。 2.球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂双分子层中或附着在膜表面。 3.强调了膜的流动性和不对称性。
评价： 液态镶嵌模型可以解释
(一) 膜脂
生物膜上的脂类统称膜脂。
磷 脂 (phospholipid)
膜
脂
胆固醇 (cholesterol)
糖 脂 (glycolipid)
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
1、磷脂
磷脂酸（前体）
磷酸甘油酯 磷脂酰胆碱（卵磷脂）
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
类
型
磷脂酰丝氨酸
鞘磷脂
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
糖 脂 (glycolipid) 糖蛋白 (glycoprotein)
功能：细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起，形
成一层外被，称细胞外被或糖萼，具有重要生理作用，几乎涉及所有
细胞与环境相互作用的生物学现象。
细 胞 外 被
脂 双 层
膜蛋白膜蛋白
细胞内
Hale Waihona Puke 二、膜的分子结构生物膜结构描述的历史回顾:
膜脂分子的共同特点：
都有亲水性和疏水性两端，称兼性分子或双亲性分子(amphipathic molecule)
双亲性分子在水溶液中可形成两种排列方式:
脂分子团
脂双分子层
水
水 脂质体
一、膜的化学组成
(二) 膜蛋白
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：
跨膜蛋白 transmembrane protein 膜周边蛋白质 peripheral protein 脂锚定蛋白 lipid-anchored protein
•1925年,Gorter 和Grendell 用丙酮抽提红细胞膜 中的脂类并在水和空气界面上铺展成单分子层,测量 其所占面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。
二、膜的分子结构
（一）片层结构模型（lamella structure model）
1、磷脂
（ 亲 水 性 ）
极 性 头 部
结
（非
构
疏极 水性
性尾
）部
鞘磷脂
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
2、胆固醇
极 性 头 部固
醇
环
结
构
非
极
性
尾
部
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
3、糖脂
糖脂与鞘磷脂相似，只是头部不同。 常见糖脂：脑苷脂；神经节苷脂
鞘 胺 醇
半乳糖苷脂
糖脂分子
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
一、膜的化学组成
(二) 膜蛋白
2、膜周边蛋白 (peripheral protein)
附在膜的内外表面，非共价地结合在跨膜蛋白上。
非胞质面 脂 双 分 子 层
胞质面
膜周边蛋白都是水溶性蛋白质，多分布在膜的内表面，靠离子键或其它 较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的极性头部结合，因此只要改 变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离下来。
1935年 Danielli 和 Davson 提出
蛋
脂
“蛋白质-磷脂-蛋白质”三夹板结构
白 质
双 分 子
层
（二）单位膜模型 （unit membrane model）
1959年 Robertson 提出
评价：提出膜形态共性，解释了某些属性 不足之处： 无法解释膜的动态结构变化， 显示不出各种膜之间的结构功能差异
※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。
三、膜的理化特性 ★★★
（二）膜的流动性
1、膜脂的流动性 ★★膜脂的特性——液晶态
★膜脂分子的运动方式
晶态
液晶态
相变
相变温度
（1）烃链的旋转异构运动 （2）脂肪酸链的伸缩和振荡运动 （3）膜脂分子的旋转运动 （4）侧向扩散运动 （5）翻转运动
细胞膜及其表面细胞生物学
细胞膜 cell membrane
概念：
是包围在细胞质外周的一层界膜，又称质 膜（plasma membrane)
功能：
①使细胞具有相对独立和稳定的内环境 ②是细胞内外物质、信息、能量交换的“门户”
生物膜 biological membrane
在细胞中,除了质膜外, 细胞内还有丰富的膜性结构。由于 这些膜与质膜在化学组成、分子结构和功能运作上具有很多 共性，把质膜和细胞内各种膜相结构的膜统称为生物膜。
极性头部
膜中发生的很多现象，为人们普 遍接受。
脂双分子层
不足之处：忽视了膜各部分流动
疏水尾部
性的不均匀性，忽视了蛋白质分
子对脂分子流动性的控制作用。 内在膜蛋白
外在膜蛋白
晶格镶嵌模型 板块镶嵌模型
补充完善液态镶嵌模型
二、膜的分子结构
目前对膜的分子结构较为一致的看法：
三、膜的理化特性 ★★★
——不对称性和流动性
第一节 细胞膜的分子结构和特性
一、膜的化学组成
生 脂类、蛋白质、糖类 ——主要成分 物 膜 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。 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。
第一节 细胞膜的分子结构和特性
一、膜的化学组成