質(zhì)膜及其表面結(jié)構(gòu)

關(guān)于質(zhì)膜及其表面結(jié)構(gòu)第一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日質(zhì)膜（plasmamembrane）又稱(chēng)細(xì)胞膜。內(nèi)膜：形成各種細(xì)胞器的膜。生物膜（biomembrane）：質(zhì)膜和內(nèi)膜的總稱(chēng)。細(xì)胞外被：也叫糖萼，由質(zhì)膜表面寡糖鏈形成。膜骨架：質(zhì)膜下起支撐作用的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。細(xì)胞外被、質(zhì)膜和表層胞質(zhì)溶膠構(gòu)成細(xì)胞表面。第二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)質(zhì)膜的化學(xué)組成主要由膜脂和膜蛋白組成，另外還有少量糖，以糖脂和糖蛋白存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。動(dòng)物細(xì)胞膜通常含等量的脂類(lèi)和蛋白質(zhì)。第三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日一、膜脂膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇三類(lèi)。（一）磷脂約占膜脂的50％以上。主要特征：一個(gè)極性頭、兩個(gè)非極性尾（脂肪酸鏈）。脂肪酸碳鏈為偶數(shù)，16，18或20個(gè)碳原子。常含有不飽和脂肪酸（如油酸）。第四頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日Phospholipids第五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日1、甘油磷脂以甘油為骨架，主要有：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，PI雙磷脂酰甘油Diphosphatidylglycerol,DPG（心磷脂）第六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日PhospholipidsinPlasmaMembrane第七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日Diphosphatidylglycerol第八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日2、鞘磷脂鞘磷脂（sphingomyelin，SM）以鞘胺醇（sphingosine）為骨架。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。第九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日（二）糖脂約占5％以下，神經(jīng)細(xì)胞膜含量高，約占5-10％。兩性分子，含糖而不含磷酸，由一個(gè)或多個(gè)糖殘基與鞘氨醇的羥基結(jié)合。糖脂結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，神經(jīng)節(jié)苷脂是神經(jīng)元之膜中的特征性成分。第十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日glycolipids第十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日Glycolipids

第十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日（三）膽固醇存在真核細(xì)胞膜上，含量約膜脂的1/3，植物細(xì)胞膜中含量較少。功能是提高膜的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)流動(dòng)性，降低水溶性物質(zhì)的通透性。在缺少膽固醇培養(yǎng)基中，不能合成膽固醇的突變細(xì)胞株很快發(fā)生自溶。第十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日（四）脂質(zhì)體（liposome）是一種人工膜。在水中攪動(dòng)后形成雙層或單層脂分子球體，直徑25~1000nm。人工脂質(zhì)體可用于：轉(zhuǎn)基因制備的藥物研究生物膜的特性第十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日二、膜蛋白占核基因組編碼蛋白質(zhì)的30%。根據(jù)與脂分子的結(jié)合方式分為：整合蛋白（integralprotein）外周蛋白（peripheralprotein）脂錨定蛋白（lipid-anchoredprotein）。第十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日整合蛋白為跨膜蛋白（transmembraneproteins），兩性分子?？缒そY(jié)構(gòu)域?yàn)?至多個(gè)疏水的α螺旋。與膜的結(jié)合緊密，只有用去垢劑才能從膜上洗滌下來(lái)。離子型去垢劑SDS非離子型去垢劑Triton-X100第十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日外周蛋白靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面蛋白或脂分子結(jié)合，只要改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度、提高溫度就可以從膜上分離下來(lái)。一個(gè)蛋白可以由多個(gè)亞基構(gòu)成，有的亞基為跨膜蛋白，有的則結(jié)合在膜的外部。第十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日脂錨定蛋白分為兩類(lèi)：糖磷脂酰肌醇(GPI)連接的蛋白位于細(xì)胞膜的外小葉，用磷脂酶C處理細(xì)胞，能釋放出結(jié)合蛋白。許多細(xì)胞表面的受體、酶、細(xì)胞粘附分子和PrPC都是這類(lèi)蛋白。另一類(lèi)脂錨定蛋白與插入質(zhì)膜內(nèi)小葉的長(zhǎng)碳?xì)滏溄Y(jié)合。第十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日①,②integralprotein；③,④lipid-anchoredprotein；⑤,⑥peripheralprotein第二十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)一、質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的研究歷史第二十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日E.Overton1895推測(cè)細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類(lèi)物質(zhì)組成。E.Gorter等1925推測(cè)細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。第二十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日3、J.Danielli&H.Davson1935發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油－水界面的張力低得多，提出三明治模型（蛋白質(zhì)-脂類(lèi)-蛋白質(zhì)）。第二十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日4、JD.Robertson1957根據(jù)電鏡觀察提出單位膜模型。厚約7.5nm。第二十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日5、Singer和Nicolson1972根據(jù)免疫熒光、冰凍蝕刻的研究結(jié)果，提出了“流動(dòng)鑲嵌模型”。Fluid-mosaicmodel第二十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日二、質(zhì)膜的流動(dòng)鑲嵌模型細(xì)胞膜由流動(dòng)的雙脂層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成。磷脂分子以疏水性尾部相對(duì)，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架；蛋白質(zhì)或嵌在雙脂層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個(gè)雙脂層，表現(xiàn)出分布的不對(duì)稱(chēng)性。第二十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日（一）質(zhì)膜的流動(dòng)性膜脂和蛋白質(zhì)的分子運(yùn)動(dòng)組成。1、膜脂分子的運(yùn)動(dòng)①側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；②旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；③擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)④伸縮震蕩運(yùn)動(dòng)；⑤翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；⑥旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動(dòng)。第二十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日2、影響膜脂流動(dòng)性的因素膽固醇脂肪酸鏈的飽和度脂肪酸鏈的鏈長(zhǎng)卵磷脂/鞘磷脂其他因素：溫度、酸堿度、離子強(qiáng)度等。第二十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日3、膜蛋白的分子運(yùn)動(dòng)側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散兩種運(yùn)動(dòng)方式。檢測(cè)：光脫色恢復(fù)技術(shù)和細(xì)胞融合技術(shù)。4、膜流動(dòng)性的生理意義當(dāng)膜的流動(dòng)性低于一定的閾值時(shí)，許多酶的活動(dòng)和跨膜運(yùn)輸將停止，反之如果流動(dòng)性過(guò)高，又會(huì)造成膜的溶解。第二十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日利用細(xì)胞融合技術(shù)觀察蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)

第三十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日（二）膜的不對(duì)稱(chēng)性膜內(nèi)外兩層組分和功能的差異，稱(chēng)膜的不對(duì)稱(chēng)性。樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，各斷面命名為：ES，細(xì)胞外表面；EF細(xì)胞外小頁(yè)斷裂面；PS，原生質(zhì)表面；PF，原生質(zhì)小頁(yè)斷面。第三十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日兔紅細(xì)胞的冰凍斷裂電鏡照片第三十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日1．膜脂的不對(duì)稱(chēng)性：同一種脂分子在脂雙層中呈不均勻分布，如：PC和SM主要分布在外小葉，PE和PS分布在內(nèi)小葉。用磷脂酶處理完整的人類(lèi)紅細(xì)胞，80%的PC降解，PE和PS分別只有20%和10%的被降解。2．復(fù)合糖的不對(duì)稱(chēng)性：糖脂和糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面。3．膜蛋白的不對(duì)稱(chēng)性：如細(xì)胞色素C位于線粒體內(nèi)膜M側(cè)。第三十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日（三）脂筏lipidraft是富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域。約70nm左右，是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，位于質(zhì)膜的外小頁(yè)。介于無(wú)序液體與液晶之間，稱(chēng)為有序液體。在低溫下這些區(qū)域能抵抗非離子去垢劑的抽提，稱(chēng)為抗去垢劑膜（DRMs）。就像一個(gè)蛋白質(zhì)停泊的平臺(tái)，與膜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)分選均有密切的關(guān)系。第三十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日Mosaicdomainmodeloftheplasmamembrane第三十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日Mechanismsofraftclustering.(a)Rafts(red)aresmallattheplasmamembrane,containingonlyasubsetofproteins.(b)Raftsizeisincreasedbyclustering,leadingtoanewmixtureofmolecules.Thisclusteringcanbetriggeredindifferentway.第三十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日三、細(xì)胞膜的功能保護(hù)；運(yùn)輸；通信；提供酶結(jié)合位點(diǎn)；介導(dǎo)細(xì)胞連接；形成細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)。第三十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)細(xì)胞表面的分化包括膜骨架、鞭毛和纖毛、微絨毛及細(xì)胞的變形足等結(jié)構(gòu)。第三十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日一、細(xì)胞外被動(dòng)物細(xì)胞表面富含糖類(lèi)的結(jié)構(gòu)，也稱(chēng)為糖萼。用釕紅染色后，在電鏡下可顯示厚約10~20nm的結(jié)構(gòu)，邊界不甚明確。作用：保護(hù)、通信、并與細(xì)胞表面抗原性有關(guān)。紅細(xì)胞質(zhì)膜上的糖鞘脂是AB0血型系統(tǒng)的血型抗原，糖鏈結(jié)構(gòu)基本相同，但末端糖基不同。A型血的糖鏈末端為N-乙酰半乳糖；B型血為半乳糖；O型血?jiǎng)t缺少這兩種糖基。第三十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第四十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日Simplifieddiagramofthecellcoat(glycocalyx)第四十一頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日二、膜骨架質(zhì)膜下纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；位于質(zhì)膜下約0.2μm厚的溶膠層。主要作用：維持質(zhì)膜的形態(tài)。模式材料：紅細(xì)胞，經(jīng)低滲處理破裂釋放出內(nèi)容物，留下一個(gè)保持原形的空殼，稱(chēng)為血影（ghost）。第四十二頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日經(jīng)SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，血影成分主要有：血影蛋白：由結(jié)構(gòu)相似的α鏈、β鏈組成異二聚體，兩個(gè)二聚體頭與頭相接連形成四聚體。錨蛋白（ankyrin）：與血影蛋白和帶3蛋白的胞質(zhì)部相連，將血影蛋白網(wǎng)絡(luò)連接到質(zhì)膜上。帶三蛋白：陰離子載體，通過(guò)交換Cl－，使HCO3－進(jìn)入紅細(xì)胞。為二聚體，每個(gè)單體跨膜12次。血型糖蛋白：?jiǎn)未慰缒ぬ堑鞍?，功能尚不明確，與MN血型有關(guān)，與帶4.1蛋白相連。第四十三頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日紅細(xì)胞膜骨架的構(gòu)成：血影蛋白四聚體游離端與短肌動(dòng)蛋白纖維（約13~15單體）相連，形成血影蛋白網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)兩個(gè)錨定點(diǎn)固定在質(zhì)膜下方：通過(guò)帶4.1蛋白與血型糖蛋白連結(jié)；通過(guò)錨蛋白與帶3蛋白相連。這一骨架系統(tǒng)賦與了紅細(xì)胞質(zhì)膜的剛性與韌性，得以幾百萬(wàn)次地通過(guò)比它直徑還小的微血管、動(dòng)脈、靜脈。第四十四頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第四十五頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第四十六頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日三、質(zhì)膜的特化結(jié)構(gòu)如：微絨毛、褶皺、纖毛、鞭毛，結(jié)構(gòu)細(xì)微，只能在電鏡下觀察到。第四十七頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日（一）微絨毛microvilli是細(xì)胞表面伸出的細(xì)長(zhǎng)突起，直徑約為0.1μm。內(nèi)芯由肌動(dòng)蛋白絲束組成。肌動(dòng)蛋白絲之間由許多微絨毛蛋白（villin）和絲束蛋白（fimbrin）組成的橫橋相連。微絨毛處質(zhì)膜有myosinI構(gòu)成的側(cè)臂與肌動(dòng)蛋白絲束相連。作用：擴(kuò)大了細(xì)胞的表面積，有利于細(xì)胞同外環(huán)境的物質(zhì)交換。如小腸上微絨毛，使細(xì)胞表面積擴(kuò)大了30倍。第四十八頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日第四十九頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日小鼠小腸上皮細(xì)胞的冰凍斷裂電鏡照片M為線粒體，MV為微絨毛

第五十頁(yè)，共五十五頁(yè)，2022年，8月28日SEMimageofalveolar(Lung)macrophageattackingE.coli.(Showruffleonthecellsurface)（二）皺褶（ruffle）細(xì)胞表面的扁形突起，也稱(chēng)為片足（lamellipodia

）。巨噬細(xì)胞表面的皺褶與吞噬顆粒