细胞生物学复习资料

细胞生物学总结

第四章：细胞质膜

第一节、细胞质膜的结构模型与基本成分

生物膜

生物膜结构：

磷脂双分子层是组成生物膜的基本成分，蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双分子层中或结合在其表面，膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者。生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。在细胞生长和分裂等整个生命活动中，生物膜在三维空间上可出现玩去、折叠、延伸等改变，处于不断的动态变化中。

膜脂——生物膜基本组成成分

（一）基本成分

1.甘油磷脂：膜脂的基本成分（50%以上）

主要特征：①除心磷脂外，具有一个与磷酸集团相结合的极性头和两个非极性的尾。②脂肪酸碳链为偶数，多数碳链为16/18个碳原子组成。③除饱和脂肪酸外，常含有1~2个双键的不饱和脂肪酸（多为顺式）

2.鞘脂：鞘磷脂（SM）、糖脂

3.固醇：胆固醇及其类似物。特殊的分子结构和强疏水性，自身不能形成脂双层。调节膜的流动性，增加膜的稳定性降低水溶性物质的通透性。

（二）膜脂的四种热运动方式

（1）沿膜平面的侧向运动（基本方式）

（2）脂分子围绕轴心的自旋运动

（3）脂分子尾部的摆动

（4）双层脂分子之间的翻转运动。一般情况下极少发生，发生频率不到脂分子侧向交换频率的10‾10.但在内质网膜上频率很高。

（三）脂质体

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现象而制备的人工膜。应用：研究膜脂和膜蛋白及其生物学性质的极好实验材料；脂质体中裹入DNA 可有效地将其导入细胞中，常用于转基因实验；在临床医疗中，常作为药物或酶等的载体。

膜蛋白：

（一）膜蛋白的类型

外在（外周）膜蛋白：靠离子键或其他较弱的键与膜表面的膜蛋白分子或膜脂分子结合，易分离。

内在（整合）膜蛋白：水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密，只有用去垢剂处理使膜崩解后才可分离出来。

脂锚定蛋白：通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。

（二）内在膜蛋白与质膜结合的方式

（1）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，这是内在膜蛋白与膜脂结合的最主要和最基本的结合方式。（疏水作用）

（2）跨膜结构域两端懈怠正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带负电的极性头部形成离子键，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部相互作用。（离子键作用）

（3）某些膜蛋白通过自身在胞质一侧的半胱氨酸残基共价结合到脂肪酸分子上，后者插入脂双层中进一步加强膜蛋白与膜双层的结合力。

（三）去垢剂

去垢剂是一端亲水、一端疏水的两性小分子，是分离与研究膜蛋白的常用试剂。离子型去垢剂SDS和非离子型去垢剂Triton-100.

第二节：细胞质膜的基本特征与功能

一、膜的流动性

（一）膜脂的流动性

膜脂的流动性主要指脂分子的侧向运动，它在很大程度上是由脂分子本身的性质决定的，一般来说，脂肪酸链越短，不饱和程度越高，脂膜的流动性越大。温度对膜脂的运动有着明显的影响。在细菌和动物细胞中常通过增加不饱和脂肪酸的含量来调节膜脂的相变温度来维持膜脂的流动性。动物细胞中，胆固醇对膜的流动性也起着重要的双重调节作用。

影响膜脂流动性的因素：

影响膜脂流动性的因素主要来自膜本身的组分，遗传因子及环境因子等，包括胆固醇：含量增加会降低膜的流动性

脂肪酸链的饱和度：双链越多越不饱和，流动性增加

脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低

卵磷脂/鞘磷脂：比例高则流动性增加，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

（二）膜蛋白的流动性：荧光漂白恢复技术

（三）膜脂和膜蛋白运动速率的检测

膜的流动性有何生物学意义？

质膜的流动性是保证其正常生理功能的必要前提例如物质跨膜运输、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质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，又会造成膜的溶解。

二、膜的不对称性

（一）细胞质膜各膜面的名称

与细胞外环境接触的膜面称质膜的细胞外表面（ES）、这一层脂分子和膜蛋白称细胞膜的外小叶。与细胞质基质接触的膜面称质膜的原生质表面（PS），这一层脂分子和膜蛋白称细胞膜的内小叶。电镜冷冻蚀刻技术制样过程中，膜结构常常从双层脂分子疏水端断裂，这样就又产生了质膜的细胞外小叶断裂面（EF）和原生质小叶断裂面（PF）。

（二）膜脂的不对称性

同一种膜脂分子在膜的脂双层中呈不均匀分布。糖脂的不对称分布是完成其生理

功能的结构基础，磷脂分子不对称分布的原因与其合成的部位有关。

（三）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质膜上都具有明确的方向性，如细胞表面受体、膜上载体蛋白等，都是按一定的取向传递信号和转运物质。质膜上的糖蛋白或糖脂，其糖残基均分布在质膜的ES面。各种生物膜的特征及其生物学功能主要是由膜蛋白来决定的。膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各种生理功能的保证。

膜的不对称性有何生物学意义？

膜脂、膜蛋白及膜糖的不对称分布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。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着分布不对称的膜蛋白、膜脂来提供。

三、细胞质膜相关的膜骨架

总结：

细胞质膜的基本生理功能

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和代谢产物的排出，其中伴随着能量的传递。

3.提供细胞识别位点，完成细胞内外信息跨膜传递。

4.为多种酶提供结合位点，促使酶反应高效而有序的进行。

5.介导细胞与细胞、细胞与基质间的链接。

6.质膜参与形成具有特殊生理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，甚至神经退行性疾病相关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标。

细胞质膜的结构模型——三明治模型、单位膜模型、流动镶嵌模型、脂筏模型生物膜的组成成分——膜脂、膜蛋白

细胞膜的基本特征——流动性、不对称性

细胞膜的基本功能——