第四章 细胞质膜

3. 胆固醇（cholesterol）
• 主要存在真核细胞膜上，但植物细胞膜中含量较少， 其功能是：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。胆固醇的结构如下图：
Cholesterol in a lipid bilayer. Schematic drawing of a cholesterol molecule interacting with two phospholipid molecules in one leaflet of a lipid bilayer.
（三）脂质体
• 脂质体(lipsome)是根据磷脂分子可在水相中形成
稳定的脂双层的趋势而制备的人工膜。
(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
脂质体的应用
研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；
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
第四章 细胞质膜
第一节 细胞质膜的结构模型
第二节
第三节
细胞膜基本特征与功能
膜骨架
第一节 细胞质膜的结构模型
一、细胞膜(cell membrane)：又称质膜 (plasma membrane)，是围绕在细胞表面， 由脂质和蛋白质组成的生物膜。由于它的 存在，使细胞成为一个相对独立的结构， 并通过它使细胞与环境之间能够进行物质、 能量的交换及信息的传递。 对于细胞膜结构和功能的认识，有一个由表 及里、不断深入的有趣历程，产生了几个 结构模型。
（1）甘油磷脂
• 以甘油为骨架的磷脂类，在骨架上结合两个脂肪酸链一
个磷酸基团，胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇等分子籍磷
酸基团连接到脂分子上。主要类型有： ① 磷脂酰胆碱 phosphatidylcholine，PC，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
受到配体时，对脂筏的亲和力低，当结合配体，
发生寡聚化时就会转移到脂筏中。
质膜微囊(Caveolae)
• 质膜微囊是50 年代日本科学家Yamada发现的, 他在电 镜下观察到上皮细胞质膜含有小孔结构, 外貌呈瓶形, 命名为Caveolae (按希腊字原意即为小孔的意思) 。 Caveolae 的分布较广, 尤其是上皮细胞, 内皮细胞, 肌 肉细胞(包括心肌和骨骼肌)等. 它是一种有微囊素 Caveolin 包被的脂质微区. • 质膜微囊在多种细胞生理功能方面发挥重要作用，它 参与大分子物质的跨膜运送及内吞和“胞饮”作用， 也参与胞浆合成膜蛋白的极化运输及信号传递过程。
（一）三明治模型 1. 细胞膜脂双层概念的提出
1925年两位荷兰科学家E.Gorter和F.Grendel分离 纯化了红细胞，从一定数量的红细胞中抽提脂类， 按Langmuir的方法进行展层，并比较展层后的脂 单层的面积和根据体积所推算的总面积， Gorter 和Grendel发现提取的脂铺展后所测的面积同实际
• 脂筏最初可能在高尔基体上形成，然后转移 到细胞膜上。有些脂筏可在不同程度上与膜 下细胞骨架蛋白交联。 • 目前已发现几种不同类型的脂筏，它们在细 胞的信号转导、物质的跨膜运输和蛋白质分 选等过程中均发挥重要作用。
脂筏模型强调细胞膜并不是绝对均匀的流动体系， 而是有分区的，有相对静止的“筏子”。 从脂筏的角度来看，膜蛋白可以分为三类： 1. 存在于脂筏中的蛋白质； 2. 存在于脂筏之外无序液相的蛋白质； 3. 介于两者之间的蛋白质，如某些蛋白在没有接
二、 膜蛋白
膜蛋白是膜功能的主要体现者。核基因组编码的蛋白 质中 30%左右的为膜蛋白。根据与膜脂的结合方式以及 在膜中的位置的不同，膜蛋白分为内在蛋白（ integral protein ）、外周蛋白（ peripheral protein ）和脂锚定 蛋白（lipid-anchored protein）。
The parts of a phospholipid molecule. Phosphatidylcholine, represented schematically (A), in formula (B), as a space-filling model (C), and as a symbol (D). The kink due to the cis-double bond is exaggerated in these drawings for emphasis.
（三）脂筏模型 (lipid rafts model)
1997 年由 K.Simons 等人提出，在以甘油磷脂为 主体的生物膜上，胆固醇和鞘磷脂等形成相对有序 的微结构域，大小约55-300nm 左右，就像漂浮在 脂双层上的“脂筏”一样，承载着执行某些特定生 物学功能的某些蛋白质。“脂筏” 是膜上蛋白质停 泊的平台，也是生物膜不易被去圬剂溶解的部分。
（2）鞘磷脂
• 鞘磷脂（ sphingomyelin ， SM ）在脑和神经细胞膜 中含量特别丰富。以鞘胺醇（sphingoine）为骨架，
与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部也含胆碱与
磷酸结合。原核细胞、植物中没有鞘磷脂。
2. 糖脂
•是含糖而不含磷酸的脂类，在膜中约占脂总量的5％
以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高，约占 5-10 ％。
• 目前对生物膜结构的认识可归纳如下：
• （1）具有偶极性的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭膜 系统的性质。尚未发现在生物膜结构中起组织作用的蛋白
。但在脂筏中存在一些有助于其结构相对稳定的功能蛋白
• （2）蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双层分子中火结合在 其表面。 • （3）生物膜可看作是在脂双层分子中嵌有蛋白质的二维溶 液。膜中及其两侧的分子间存在着相互作用。
二、膜脂
（一）成分
膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型。
1.磷脂：包括甘油磷脂和鞘磷脂，是构成膜的主要成分。 磷脂分子的主要特征是： a.具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪酸链），线 粒体内膜上的心磷脂具有4个非16，18或20个碳原子 组成；
c.除饱和脂肪酸外，常含有不饱和脂肪酸（如油酸）。
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）
A typical single-pass transmembrane protein. Note that the polypeptide chain traverses the lipid bilayer as a right-handed a helix and that the oligosaccharide chains and disulfide bonds are all on the noncytosolic surface of the membrane. Disulfide bonds do not form between the sulphydryl groups in the cytoplasmic domain of the protein because the reducing environment in the cytosol maintains these groups in their reduced (-SH) form.
测量的红细胞的表面积之比约为1.8～2.2∶1，为
了解释这一结果，他们提出红细胞膜的基本结构 是脂双层结构的概念。
Langmuir 的研究工作
2. 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，因此推测质膜中含有蛋白质成分，并提 出“蛋白质-脂质-蛋白质”的三明治质膜结构模型。 3. 1959年，Robertson 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，这就为三明治 模型提供了证据，并提出了单位膜模型，认为所有的生 物膜都是由“蛋白质-脂质-蛋白质”的单位膜构成。单 位膜模型是三明治模型发展。
sugar that forms its head group is uncharged. A ganglioside (B) always contains one or more negatively charged sialic acid residues (also called N-acetylneuraminic acid, or NANA), whose structure is shown in (C). Whereas in bacteria and plants almost all glycolipids are derived from glycerol, as are most phospholipids, in animal cells they are almost always produced from sphingosine, an amino alcohol derived from serine, as is the case for the phospholipid sphingomyelin. Gal = galactose; Glc = glucose, GalNAc = N-acetylgalactos-amine; these three sugars are uncharged.
（二）膜脂的运动方式
1. 沿膜平面的侧向运动（基本运动方式） , 其扩散速 率为10-8cm2/s；
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，发生频率还不到脂分