細(xì)胞質(zhì)膜吉大ppt課件

1、黃宜兵4.細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)容提要細(xì)胞質(zhì)膜的構(gòu)造與根本成分細(xì)胞質(zhì)膜的構(gòu)造與根本成分細(xì)胞質(zhì)膜的根本特征與功能細(xì)胞質(zhì)膜的根本特征與功能細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜Plasma Plasma MembraneMembrane，曾稱細(xì)胞膜，曾稱細(xì)胞膜，是指圍繞在細(xì)胞最外層，是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及糖類共由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及糖類共同組成的生物膜。同組成的生物膜。細(xì)胞內(nèi)的膜系統(tǒng)細(xì)胞器細(xì)胞內(nèi)的膜系統(tǒng)細(xì)胞器的膜與細(xì)胞質(zhì)膜統(tǒng)稱為的膜與細(xì)胞質(zhì)膜統(tǒng)稱為細(xì)胞膜細(xì)胞膜BiomenbraneBiomenbrane。在細(xì)胞膜外表游覽: v.youku/v_show/id_XMzI3NjQ0OTgw.html一. 質(zhì)膜的構(gòu)造及

2、主要成分質(zhì)膜的構(gòu)造模型質(zhì)膜的構(gòu)造模型質(zhì)膜的主要化學(xué)成分質(zhì)膜的主要化學(xué)成分E. Overton 1895 推測(cè)細(xì)胞膜由延續(xù)的脂類物質(zhì)組成。E. Gorter 等 1925 推測(cè)細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。J. Danielli & H. Davson 發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的外表張力比油水界面的張力低得多，提出三明治模型蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)。JD. Robertson 1959根據(jù)電鏡察看提出單位膜模型Unit membrane model1.1.構(gòu)造模型構(gòu)造模型S. J. Singer & G.L. Nicolson 1972年根據(jù)免疫熒光、冰凍蝕刻的研討結(jié)果，提出生物膜的“流動(dòng)鑲嵌模型 Flu

3、id-mosaic model 質(zhì)膜的流動(dòng)性。組成質(zhì)膜的膜脂和膜蛋白均可側(cè)向運(yùn)動(dòng)。質(zhì)膜的流動(dòng)性。組成質(zhì)膜的膜脂和膜蛋白均可側(cè)向運(yùn)動(dòng)。膜蛋白分布的不對(duì)稱性。膜蛋白或結(jié)合在膜外表，或嵌入膜蛋白分布的不對(duì)稱性。膜蛋白或結(jié)合在膜外表，或嵌入其內(nèi)部，或橫跨整個(gè)雙脂層。其內(nèi)部，或橫跨整個(gè)雙脂層。流動(dòng)鑲嵌模型3D動(dòng)畫：v.youku/v_show/id_XMzA5NzgyNjc2.htmlK.Simons et al等2019年提出脂筏模型lipid rafts model甘油磷脂為生物膜的主體成分。膽固醇、鞘磷脂等富集區(qū)域構(gòu)成相對(duì)有序的脂相。執(zhí)行特定生物學(xué)功能的各種膜蛋白類似脂筏漂浮在脂雙層上。質(zhì)膜構(gòu)造小

4、結(jié)磷脂排布：磷脂雙分子層自發(fā)構(gòu)成封鎖膜系統(tǒng)，磷脂排布：磷脂雙分子層自發(fā)構(gòu)成封鎖膜系統(tǒng)，疏水尾部相對(duì)，頭部朝向水相疏水尾部相對(duì)，頭部朝向水相蛋白排布：蛋白質(zhì)以不對(duì)稱方式分布在脂雙層外蛋白排布：蛋白質(zhì)以不對(duì)稱方式分布在脂雙層外表或鑲嵌其中，賦予生物膜不同的功能表或鑲嵌其中，賦予生物膜不同的功能三維關(guān)系：生物膜可以看成是蛋白在雙層脂分子三維關(guān)系：生物膜可以看成是蛋白在雙層脂分子中的二維溶液中的二維溶液動(dòng)態(tài)變化：生物膜處于不斷的動(dòng)態(tài)變化中動(dòng)態(tài)變化：生物膜處于不斷的動(dòng)態(tài)變化中2. 2. 質(zhì)膜的化學(xué)組成質(zhì)膜的化學(xué)組成2.12.1、膜蛋白、膜蛋白占核基因組編碼蛋白質(zhì)的30%。種類繁多不同類型細(xì)胞及不同部位，

5、膜蛋白含量和種類區(qū)別大根據(jù)與脂分子的結(jié)合方式分為三種類型：A.整合蛋白, ；B.脂錨定蛋白, ；C.外周蛋白, 外周蛋白為水溶性蛋白質(zhì)，靠離子鍵或其它較弱的外周蛋白為水溶性蛋白質(zhì)，靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜外表蛋白或脂分子結(jié)合，改動(dòng)溶液的離子強(qiáng)鍵與膜外表蛋白或脂分子結(jié)合，改動(dòng)溶液的離子強(qiáng)度、提高溫度就可以從膜上分別下來，但膜構(gòu)造不度、提高溫度就可以從膜上分別下來，但膜構(gòu)造不被破壞。如磷脂酶。被破壞。如磷脂酶。脂錨定蛋白是經(jīng)過與之共價(jià)相連的脂分子插入膜的脂錨定蛋白是經(jīng)過與之共價(jià)相連的脂分子插入膜的脂雙分子中，而錨定在細(xì)胞質(zhì)膜上，水溶性的蛋白脂雙分子中，而錨定在細(xì)胞質(zhì)膜上，水溶性的蛋白質(zhì)部分位于脂

6、雙層外。質(zhì)部分位于脂雙層外。脂錨定蛋白可以分為三類：脂錨定蛋白可以分為三類：脂肪酸結(jié)合到膜蛋白脂肪酸結(jié)合到膜蛋白N N端的甘端的甘氨酸殘基上，位于細(xì)胞質(zhì)氨酸殘基上，位于細(xì)胞質(zhì)一側(cè)。一側(cè)。由由1515或或2020個(gè)碳鏈長(zhǎng)的烴鏈結(jié)合個(gè)碳鏈長(zhǎng)的烴鏈結(jié)合到膜蛋白的到膜蛋白的C C端的半胱氨端的半胱氨酸殘基上。位于細(xì)胞質(zhì)一酸殘基上。位于細(xì)胞質(zhì)一側(cè)。側(cè)。經(jīng)過糖脂錨定到細(xì)胞質(zhì)膜上，經(jīng)過糖脂錨定到細(xì)胞質(zhì)膜上，稱為磷脂酰肌醇糖脂稱為磷脂酰肌醇糖脂GPIGPI，這種方式簡(jiǎn)稱，這種方式簡(jiǎn)稱GPIGPI錨定方式。位于質(zhì)膜錨定方式。位于質(zhì)膜外側(cè)。外側(cè)。整合蛋白均為跨膜蛋白整合蛋白均為跨膜蛋白transmembrane

7、proteinstransmembrane proteins，兩性分子。，兩性分子?？缒?gòu)造域?yàn)榭缒?gòu)造域?yàn)? 1至多個(gè)疏水的至多個(gè)疏水的 螺旋。與膜的結(jié)合嚴(yán)密，只需用螺旋。與膜的結(jié)合嚴(yán)密，只需用去垢劑才干從膜上洗滌下來。跨膜蛋白在構(gòu)造上可以分為胞質(zhì)去垢劑才干從膜上洗滌下來?？缒さ鞍自跇?gòu)造上可以分為胞質(zhì)外構(gòu)造域、跨膜構(gòu)造域和胞質(zhì)內(nèi)構(gòu)造域三部分。外構(gòu)造域、跨膜構(gòu)造域和胞質(zhì)內(nèi)構(gòu)造域三部分?？缒さ鞍着c膜結(jié)合的主要方式：跨膜蛋白與膜結(jié)合的主要方式：疏水作用：膜蛋白的跨膜構(gòu)造域與脂雙層分子的疏水作用：膜蛋白的跨膜構(gòu)造域與脂雙層分子的疏水中心相互作用疏水中心相互作用靜電作用：跨膜構(gòu)造域兩端帶正電荷的氨基酸

8、殘靜電作用：跨膜構(gòu)造域兩端帶正電荷的氨基酸殘基與磷脂分子帶負(fù)電的極性頭構(gòu)成離子鍵，或帶基與磷脂分子帶負(fù)電的極性頭構(gòu)成離子鍵，或帶負(fù)電的氨基酸殘基經(jīng)過負(fù)電的氨基酸殘基經(jīng)過Ca2+Ca2+，Mg2+Mg2+等陽離子與等陽離子與帶負(fù)電的磷脂極性頭相互作用。帶負(fù)電的磷脂極性頭相互作用。共價(jià)銜接：膜蛋白經(jīng)過本身在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)的共價(jià)銜接：膜蛋白經(jīng)過本身在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)的半胱氨酸共價(jià)結(jié)合到脂肪酸分子上，后插入脂雙半胱氨酸共價(jià)結(jié)合到脂肪酸分子上，后插入脂雙層之間進(jìn)一步加強(qiáng)膜蛋白與脂雙層的結(jié)合力。層之間進(jìn)一步加強(qiáng)膜蛋白與脂雙層的結(jié)合力。內(nèi)在膜蛋白的跨膜構(gòu)造域構(gòu)成內(nèi)在膜蛋白的跨膜構(gòu)造域構(gòu)成親水通道有兩種方式：由

9、多個(gè)親水通道有兩種方式：由多個(gè) 螺旋組成親水通道；由螺旋組成親水通道；由 折疊折疊組成親水通道。組成親水通道。水孔蛋白水孔蛋白(aquaporin):(aquaporin):是一類具是一類具有有6 6個(gè)個(gè) 螺旋區(qū)的蛋白質(zhì)家族，螺旋區(qū)的蛋白質(zhì)家族，通常構(gòu)成四聚體的膜蛋白以行通常構(gòu)成四聚體的膜蛋白以行使其轉(zhuǎn)運(yùn)水或甘油等分子功能。使其轉(zhuǎn)運(yùn)水或甘油等分子功能。去垢劑去垢劑(Detergent): (Detergent): 是一端親水、一是一端親水、一端疏水的兩親性小分子，是分別端疏水的兩親性小分子，是分別與研討膜蛋白的常用試劑。去垢與研討膜蛋白的常用試劑。去垢劑可以插入質(zhì)膜，與膜脂或膜蛋劑可以插入質(zhì)膜

10、，與膜脂或膜蛋白的跨膜構(gòu)造域等疏水部位結(jié)合，白的跨膜構(gòu)造域等疏水部位結(jié)合，構(gòu)成可溶性的微粒。構(gòu)成可溶性的微粒。離子型去垢劑SDS非離子型去垢劑Triton-X100磷脂酰膽堿 phosphatidylcholine，PC卵磷脂磷脂酰絲氨酸 phosphatidylserine，PS磷脂酰乙醇胺 phosphatidylethanolamine，PE 腦磷脂磷脂酰肌醇 phosphatidylinositol，PI1 1甘油磷脂甘油磷脂主要特征：主要特征：主要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成主要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成約占膜脂的約占膜脂的5050以上。以上。一個(gè)極性頭、兩個(gè)非一個(gè)極性頭、兩個(gè)非極性尾脂肪酸極性尾脂肪酸鏈。鏈。脂

11、肪酸碳鏈為偶數(shù)，脂肪酸碳鏈為偶數(shù)，多為多為1616，1818個(gè)碳原個(gè)碳原子如軟脂酸，硬子如軟脂酸，硬脂酸。脂酸。除飽和脂肪酸，常有除飽和脂肪酸，常有含含1-21-2個(gè)雙鍵的不個(gè)雙鍵的不飽和脂肪酸如油飽和脂肪酸如油酸。酸。2.22.2、膜脂、膜脂2 2鞘脂鞘脂( (均為鞘氨醇的衍生物，在高爾基體合均為鞘氨醇的衍生物，在高爾基體合成，成，鞘磷脂Sphingomyelin，SM，腦和神經(jīng)細(xì)胞膜中特別豐富，原核和植物細(xì)胞膜中不含。如神經(jīng)鞘磷脂。糖脂Glycolipid存在原核真核質(zhì)膜上，約占5以下，但神經(jīng)細(xì)胞膜含量高，約占5-10。如腦苷類。3 3固醇膽固醇及其類似物，在胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成固醇膽固醇及其

12、類似物，在胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成l 存在真核細(xì)胞膜上，含量約膜脂的存在真核細(xì)胞膜上，含量約膜脂的1/31/3，植物細(xì)胞膜中含量較少。植物細(xì)胞膜中含量較少。l 功能是提高膜的穩(wěn)定性，調(diào)理流動(dòng)性，功能是提高膜的穩(wěn)定性，調(diào)理流動(dòng)性，降低水溶性物質(zhì)的通透性。降低水溶性物質(zhì)的通透性。l 只能插入磷脂分子中，參與生物膜的構(gòu)成，添加磷脂分子的有序性和脂雙層的厚度。l 缺乏膽固醇能夠?qū)е录?xì)胞分裂抑制。4 4 脂質(zhì)體脂質(zhì)體liposomeliposome是根據(jù)磷脂分子在水相中構(gòu)成穩(wěn)定脂雙層膜的景象而制備的一種人工膜。雙層或單層脂分子球體，直徑251000nm。人工脂質(zhì)體運(yùn)用：轉(zhuǎn)基因制備的藥物研討生物膜的特性質(zhì)膜成分小

13、結(jié)質(zhì)膜質(zhì)膜膜蛋白膜蛋白膜脂膜脂外周膜蛋白外周膜蛋白脂錨定蛋白脂錨定蛋白整合蛋白整合蛋白甘油磷脂甘油磷脂鞘脂鞘脂固醇固醇離子鍵離子鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵胞內(nèi)：胞內(nèi)：C;G胞外：胞外：GPI疏水作用疏水作用離子鍵離子鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵:CPC,PSPE,PI膜蛋白與脂的相互作用方式膜蛋白與脂的相互作用方式二. 質(zhì)膜的特征及功能質(zhì)膜的特征：流動(dòng)性和不對(duì)稱性質(zhì)膜的特征：流動(dòng)性和不對(duì)稱性質(zhì)膜的主要功能質(zhì)膜的主要功能1 1. . 質(zhì)膜的流動(dòng)性質(zhì)膜的流動(dòng)性膜脂和蛋白質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)組成。膜脂分子的運(yùn)動(dòng)膜蛋白的運(yùn)動(dòng)主要是側(cè)向分散和旋轉(zhuǎn)分散兩種方式。膜蛋白的運(yùn)動(dòng)主要是側(cè)向分散和旋轉(zhuǎn)分散兩種方式。 側(cè)向分散(lateral di

14、ffusion) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(rotation) 伸縮運(yùn)動(dòng)flexion 翻轉(zhuǎn)分散(transverse diffusion)， 又稱翻轉(zhuǎn)(flip-flop)。影響膜脂流動(dòng)性的要素影響膜脂流動(dòng)性的要素膽固醇膽固醇脂肪酸鏈的飽和度脂肪酸鏈的飽和度脂肪酸鏈的鏈長(zhǎng)脂肪酸鏈的鏈長(zhǎng)卵磷脂卵磷脂/ /鞘磷脂鞘磷脂其他要素：溫度、酸堿度、離子強(qiáng)度等。其他要素：溫度、酸堿度、離子強(qiáng)度等。膜脂、膜蛋白運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)方法：膜脂、膜蛋白運(yùn)動(dòng)的檢測(cè)方法：熒光漂白技術(shù)和細(xì)胞交融技術(shù)熒光漂白技術(shù)和細(xì)胞交融技術(shù)2 2. . 膜的不對(duì)稱性膜的不對(duì)稱性膜內(nèi)外兩層組分和功能的差別，稱膜的不對(duì)稱性。 樣品經(jīng)冰凍斷裂處置后，各斷面命名為

15、：ES，細(xì)胞外外表；EF，細(xì)胞外小頁(yè)斷裂面；PS，原生質(zhì)外表；PF，原生質(zhì)小頁(yè)斷面。 人的人的ABOABO血型抗原寡糖鏈構(gòu)造圖血型抗原寡糖鏈構(gòu)造圖細(xì)胞質(zhì)膜相關(guān)膜骨架細(xì)胞外表的特化構(gòu)造包括膜骨架、鞭毛和纖毛、微絨毛及細(xì)胞的變形足等構(gòu)造。細(xì)胞外表的特化構(gòu)造包括膜骨架、鞭毛和纖毛、微絨毛及細(xì)胞的變形足等構(gòu)造。膜骨架是指質(zhì)膜下纖維蛋白組成的網(wǎng)架構(gòu)膜骨架是指質(zhì)膜下纖維蛋白組成的網(wǎng)架構(gòu)造；位于質(zhì)膜下約造；位于質(zhì)膜下約0.2m0.2m厚的溶膠層。主要厚的溶膠層。主要用來維持質(zhì)膜的形狀。以血紅細(xì)胞為例：用來維持質(zhì)膜的形狀。以血紅細(xì)胞為例：經(jīng)經(jīng)SDS-SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，血影聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，

16、血影(Ghost)(Ghost)成分主要有：成分主要有：血影蛋白血影蛋白(Spectrin)(Spectrin)：由構(gòu)造類似的：由構(gòu)造類似的 鏈、鏈、 鏈鏈組成異二聚體，兩個(gè)二聚體頭與頭相接連組成異二聚體，兩個(gè)二聚體頭與頭相接連構(gòu)成四聚體。構(gòu)成四聚體。錨蛋白錨蛋白AnkyrinAnkyrin：銜接膜骨架網(wǎng)絡(luò)與細(xì)：銜接膜骨架網(wǎng)絡(luò)與細(xì)胞膜。胞膜。帶帶3 3蛋白：陰離子載體，經(jīng)過交換蛋白：陰離子載體，經(jīng)過交換ClCl，使，使HCO 3 HCO 3 進(jìn)入紅細(xì)胞。為二聚體，每個(gè)單進(jìn)入紅細(xì)胞。為二聚體，每個(gè)單體構(gòu)成跨膜體構(gòu)成跨膜12-1412-14次的次的- -螺旋。螺旋。帶帶4.14.1蛋白蛋白, ,與內(nèi)收蛋白與內(nèi)收蛋白adducinadducin相互作用，相互作用，加強(qiáng)肌動(dòng)蛋白和血影蛋白的結(jié)合力加