細胞生物學細胞膜

細胞生物學細胞膜第1頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日第一節(jié)細胞膜的化學組成和分子結(jié)構(gòu)第二節(jié)小分子物質(zhì)的跨膜運輸?shù)谌?jié)大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運輸?shù)谒墓?jié)細胞連接第五節(jié)細胞膜與疾病

主要內(nèi)容第2頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日第一節(jié)細胞膜的化學組成和分子結(jié)構(gòu)

細胞膜（cellmemberane)

又稱質(zhì)膜（plasmamembrane）

細胞內(nèi)膜(endomembrane)

統(tǒng)稱生物膜(biologymembrane)第3頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日一、生物膜的化學成分膜脂:膜的基本骨架。膜蛋白:膜功能的主要體現(xiàn)者。膜糖類:糖脂、糖蛋白。細胞膜的化學組成和分子結(jié)構(gòu)第4頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日

細胞膜的化學組成和分子結(jié)構(gòu)

第5頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日（一）膜脂

生物膜上的脂類統(tǒng)稱膜脂。生物膜的化學組成

膜脂主要包括磷脂、糖脂、膽固醇。

膜脂是雙親性分子：具有極性頭部和非極性的尾部。第6頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日磷脂：膜的基本成分，約占膜脂的50％以上。生物膜的化學組成鞘磷脂(SM)磷脂酰膽堿（卵磷脂PC）磷脂酰乙醇胺（腦磷脂PE）磷脂酰絲氨酸(PS)磷脂酰肌醇(PI)

磷脂甘油磷脂第7頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日膽堿

磷酸

甘油脂肪酸鏈極性頭部（親水基團）非極性尾部（疏水基團）肪酸鏈不飽和脂磷脂酰膽堿的分子結(jié)構(gòu)親水基疏水基第8頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日質(zhì)膜中的主要磷脂分子第9頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日2.膽固醇：

特點：雙親性分子。含量一般不超過膜脂的1/3。

功能：增加膜穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)膜的流動性。生物膜的化學組成第10頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日

膽固醇主要存在于真核細胞膜的磷脂分子之間，頭部緊靠磷脂極性頭部，其余部分游離。生物膜的化學組成第11頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日組成：

寡糖+脂類。約占脂總量的5％以下。定位：動物細胞膜的表面，位于膜的非胞質(zhì)面。結(jié)構(gòu)：雙親性分子，親水的極性頭部由糖基構(gòu)成，疏水的非極性尾部為脂肪酸鏈。功能：作為分子受體，與細胞識別及信號轉(zhuǎn)導有關(guān)。3.糖脂：生物膜的化學組成第12頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日Glycolipids

生物膜的化學組成半乳糖腦苷脂神經(jīng)節(jié)苷脂

唾液酸第13頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日膜脂在水溶液中自動形成雙層球狀分子團脂質(zhì)體第14頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日（二）膜蛋白1.膜蛋白的主要功能：轉(zhuǎn)運蛋白：轉(zhuǎn)運分子進出細胞受體：接受外界信號并傳至細胞內(nèi)連接體：支撐連接細胞骨架成分和間質(zhì)成分酶蛋白：催化作用生物膜的化學組成第15頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日（二）膜蛋白2.膜蛋白的類型

外在膜蛋白（extrinsicproteins）（周圍蛋白）

內(nèi)在膜蛋白（intrinsicproteins）（整合蛋白）生物膜的化學組成脂錨定蛋白（lipid-linkedprotein）（脂連接蛋白）第16頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日

膜蛋白類型生物膜的化學組成第17頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日生物膜的化學組成第18頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日

1）膜外在蛋白（extrinsicproteins）水溶性蛋白，占膜蛋白的20%~30%，靠離子鍵或氫鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子極性頭部非共價結(jié)合，易分離。第19頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日2）膜內(nèi)在蛋白（intrinsicproteins）占膜蛋白的70%~80%

與膜結(jié)合緊密，不易分離跨膜結(jié)構(gòu)域為1-n個疏水α螺旋第20頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日位于膜兩側(cè)，通過共價鍵與脂雙層內(nèi)的分子結(jié)合。胞質(zhì)側(cè)蛋白與脂雙層中的碳氫鏈結(jié)合外表面蛋白與磷脂酰肌醇相連的寡糖鏈結(jié)合共價鍵共價鍵3）脂錨定蛋白（脂雙層蛋白）第21頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日

（三）膜糖類糖類占膜重的1%~10%，多為低聚糖

常見糖類：葡萄糖、半乳糖、N-乙酰氨基葡萄糖、

N-乙酰氨基半乳糖、甘露糖、巖藻糖

膜糖類+膜脂共價鍵共價鍵糖脂（glycolipid）膜糖類+膜蛋白糖蛋白（glycoprotein）生物膜的化學組成第22頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日糖類

生物膜的化學組成第23頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日生物膜的化學組成細胞外被（cellcoat)位于生物膜非胞質(zhì)面，由糖蛋白或糖脂組成的周緣區(qū)稱為細胞外衣或稱糖萼。細胞內(nèi)細胞被脂質(zhì)雙層第24頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日生物膜的化學組成細胞表面（Cellsurface）

指細胞外被、細胞膜、細胞膜內(nèi)緣下富含微管、微絲等成份的胞質(zhì)溶膠層及細胞特化結(jié)構(gòu)鞭毛、纖毛、微絨毛等所組成的結(jié)構(gòu)。

細胞表面的功能

保護、物質(zhì)交換、環(huán)境穩(wěn)定、信息傳遞、細胞識別、細胞連接、細胞代謝、細胞增殖、細胞分化、細胞病變、細胞衰老、細胞癌變等。第25頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日二、生物膜的特性1.流動性（fluidity）2.不對稱性(asymmetry)第26頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日

指膜脂與膜蛋白處于不斷的運動狀態(tài)。

相變：生物膜在生理常溫下呈液晶態(tài)，溫度下降至某一點時，液晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)，溫度上升，晶態(tài)又可溶解為液晶態(tài)，晶態(tài)和液晶態(tài)之間的相互轉(zhuǎn)變稱相變。相變溫度:

引起細胞膜液晶態(tài)和晶態(tài)轉(zhuǎn)變的臨界溫度。生物膜的特性1.生物膜的流動性（fluidity)第27頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日（1）膜脂的分子運動3）旋轉(zhuǎn)運動1）側(cè)向移動2）翻轉(zhuǎn)運動4）左右擺動

(彎曲運動）5）伸縮震蕩運動生物膜的特性伸縮震蕩運動5彎曲運動4旋轉(zhuǎn)運動3翻轉(zhuǎn)運動2側(cè)向移動第28頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日膜脂的分子運動生物膜的特性第29頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日1）脂肪酸鏈的飽和程度：不飽和程度↑膜流動性↑3）膽固醇的影響：雙向調(diào)節(jié)（2）影響膜脂流動性的因素生物膜的特性2）脂肪酸鏈的長度：長鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動性降低。4）卵磷脂/鞘磷脂比值：卵磷脂和鞘磷脂的比值↑膜流動性↑5）其它因素：溫度、離子強度第30頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日

1）側(cè)向運動（3）膜蛋白分子的運動

2）旋轉(zhuǎn)運動生物膜的特性（4）膜流動性的生理意義是保證正常功能的必要條件。膜流動性低于一定閾值時，酶活動和跨膜運輸停止。膜流動性過高，造成膜溶解。第31頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日第32頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日卵磷脂和鞘磷脂多分布在膜外層，磷脂酰乙醇胺、磷脂酰絲氨酸和磷脂酰肌醇多分布在膜的內(nèi)層

2.生物膜的不對稱性(asymmetry)

（1）膜質(zhì)分布的不對稱：第33頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日（2）膜蛋白分布的不對稱1）外在蛋白：多在膜的內(nèi)表面。2）鑲嵌蛋白：內(nèi)層多于外層。3）跨膜蛋白：有方向性。

親水端長度不同氨基酸種類順序不同。第34頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日意義：膜結(jié)構(gòu)的不對稱性決定了膜功能的方向性.（3）膜糖類分布不對稱膜蛋白與膜脂中糖基全部分布在脂雙層的非胞質(zhì)側(cè)。生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型第35頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日三、生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型一、片層結(jié)構(gòu)模型(1935年Danielli-Davson提出)第36頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日

1959年Robertson

用超薄切片技術(shù)獲得細胞膜照片，

顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，總厚約7.5nm。第37頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日二、單位膜模型（1959年Robertson提出）生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型第38頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日流動的脂雙分子層構(gòu)成膜的連續(xù)主體。即具有固體分子排列的有序性，又具有液體的流動性。2.蛋白分子以以各種形式鑲嵌于脂雙分子層中。3.膜脂和膜蛋白具有流動性和不對稱性.對液態(tài)鑲嵌模型的評價強調(diào)了膜的流動性和不對稱性、忽視了膜蛋白對脂質(zhì)分子的控制作用和膜各部分流動的不均一性。三、液態(tài)鑲嵌模型（fluidmosaicmodel)生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型（1972年S.J.Singer-G.L.Nicolson提出）第39頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日三、液態(tài)鑲嵌模型（fluidmosaicmodel)生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型第40頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日生物膜的分子結(jié)構(gòu)模型四、脂筏結(jié)構(gòu)模型

脂筏模型（lipidrafts）：脂質(zhì)雙分子層不是一個完全均勻的二維流體，膜中富含膽固醇和鞘磷脂的微區(qū)中聚集一些特定的蛋白質(zhì)區(qū)。

特點：比膜的其他部分厚，更有秩序且較少流動性。周圍流動性較高。脂筏提供有利于蛋白質(zhì)形成有效構(gòu)象的變構(gòu)環(huán)境。

功能：參與信號轉(zhuǎn)導、受體介導的內(nèi)吞作用及膽固醇代謝運輸?shù)取?/p>

第41頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日脂筏（lipidrafts）模型第42頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日本章節(jié)重點

1、掌握細胞膜的化學組成。

2、掌握細胞膜的特性。

3、掌握細胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型。第43頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日第四章細胞膜與物質(zhì)的跨膜運輸

齊齊哈爾醫(yī)學院生物遺傳教研室

張淑玲第44頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日第二節(jié)小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運一、主要方式：1、被動運輸（passivetransport）：物質(zhì)順濃度梯度進出細胞，不消耗能量2、主動運輸（activetransport）：物質(zhì)逆濃度梯度進出細胞，需要載體、消耗能量。第45頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日二、簡單擴散（simplediffusion）3.運輸對象：疏水分子-—CO2、O2、苯等。

小的不帶電的極性分子—醇、尿素、甘油等。

2.特點：⑴不消耗能量；⑵不需要膜蛋白協(xié)助；⑶運輸速度取決于分子的大小和脂溶性。概念：指物質(zhì)順濃度梯度從高濃度一側(cè)通過細胞膜向低濃度一側(cè)移動的方式，不需消耗能量，

又稱被動擴散（passivediffusion）。第46頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日小分子物質(zhì)的自由擴散第47頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日簡單擴散細胞外細胞內(nèi)小分子物質(zhì)細胞膜第48頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日肺泡與肺毛細血管之間的氣體交換第49頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日三、膜轉(zhuǎn)運蛋白介導的跨膜運輸膜轉(zhuǎn)運蛋白分類：

載體蛋白（carrierprotein)

通道蛋白(channelprotein)與特定物質(zhì)結(jié)合改變構(gòu)象使物質(zhì)穿越細胞膜。

形成貫穿脂雙層之間的通道。

小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運既介導被動運輸，也介導主動運輸。只介導被動運輸。第50頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日1.通道蛋白轉(zhuǎn)運離子的特性：⑴物質(zhì)的運輸速度快。⑵離子通道具有高度選擇性。⑶大多數(shù)離子通道不持續(xù)開放，受“閘門”控制。⑷為被動運輸。（一）通道蛋白介導的跨膜運輸小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運第51頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日2.離子通道的類型⑴電壓閘門通道(voltage-gatedchannels)⑵配體閘門通道(ligand-gatedchannels）(3)應力激活通道（一）通道蛋白介導的跨膜運輸?shù)?2頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日（二）載體蛋白介導的被動運輸—易化擴散2.運輸對象：

葡萄糖、氨基酸及細胞代謝物。小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運1.易化擴散（facilitateddiffusion）：各種極性分子和無機離子通過膜轉(zhuǎn)運蛋白

順濃度梯度

的跨膜轉(zhuǎn)運過程。第53頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日易化擴散細胞外細胞內(nèi)細胞膜載體蛋白第54頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日（二）載體蛋白介導的被動運輸—易化擴散3.特點：

①不消耗代謝能②需要載體蛋白的協(xié)助③具有特異性④具有飽和性⑤可被競爭性阻斷劑阻斷4.運輸方式

單向運輸：常見于小腸上皮細胞

協(xié)同運輸：常見于Na+-Ca+，Na+-H+交換載體小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運第55頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日單向運輸?shù)?6頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日協(xié)同運輸?shù)?7頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運（二）載體蛋白介導的主動運輸概念：

由載體蛋白介導的物質(zhì)逆濃度梯度或化學梯度進行跨膜轉(zhuǎn)運的方式，消耗能量。第58頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日主動運輸載體蛋白能量注意載體構(gòu)象的變化！細胞外細胞內(nèi)細胞膜第59頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運※

Na＋-K＋泵——Na＋-K＋-ATP酶（三）載體蛋白介導的主動運輸1.功能：泵入K+泵出Na+，形成并保持膜內(nèi)高鉀膜外高鈉的分布。

2.特性：運出3Na+轉(zhuǎn)入2K+

ATP第60頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日Na+ATPADPNa+PPK+Na+K+PK+Na+-K+泵：膜電位產(chǎn)生，維持滲透壓平衡，保持細胞容積恒定。細胞外間隙細胞質(zhì)水解1個ATP，排出3個Na+，攝入2個K+。Na＋-K＋泵——Na＋-K＋-ATP酶構(gòu)成：2個大亞基、2個小亞基組成4聚體，分布于動物細胞質(zhì)膜。第61頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日Na＋-K＋泵——Na＋-K＋-ATP酶第62頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日①細胞內(nèi)低鈉高鉀是許多代謝反應的必要條件②維持細胞的滲透性，保持細胞的體積.③維持細胞的靜息電位.鈉泵的意義：※Na＋-K＋泵——Na＋-K＋-ATP酶小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運第63頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日Ca2＋泵——Ca2＋-ATP酶作用：維持細胞內(nèi)較低的鈣離子濃度。（細胞內(nèi)Ca2+濃度10-7M，細胞外10-3M）特性：泵出2個Ca2+

/每ATP

。位置：肌漿網(wǎng)小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運第64頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日Na＋-H+交換載體——調(diào)節(jié)細胞內(nèi)PHNa+H+小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運第65頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日①小分子物質(zhì)逆濃度梯度轉(zhuǎn)運②需要消耗能量③需要膜上的特異性載體介導小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運（四）主動運輸?shù)奶攸c第66頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日小分子物質(zhì)跨膜運輸被動運輸簡單擴散主動運輸易化擴散通道蛋白介導的擴散Na＋-K＋泵Ca2+-pumpNa＋-H+交換載體小結(jié)第67頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日膜泡運輸：細胞與環(huán)境中的大分子和顆粒物質(zhì)不能直接進行跨膜運輸，必須由膜包圍形成小泡進行運輸。第三節(jié)大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運輸

膜泡運輸是主動運輸?shù)男问街唬幕顒有枰哪芰?。?8頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日

胞吞作用(endocytosis)胞吐作用(exocytosis)胞飲作用吞噬作用受體介導的胞吞作用膜泡運輸?shù)姆绞剑旱?9頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日

大分子物質(zhì)和顆粒性物質(zhì)附著在細胞膜上，質(zhì)膜內(nèi)陷包圍物質(zhì)形成小囊泡，小囊泡脫離細胞膜進入細胞。一、胞吞作用(endocytosis)第70頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日1.吞噬作用（phagocytosis）細胞內(nèi)吞較大的固體顆粒物質(zhì)的過程稱為吞噬作用，形成的囊泡稱為吞噬體。如細菌、細胞碎片等。第71頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日2.胞飲作用（pinocytosis）細胞吞入液體或極小的顆粒物質(zhì)的過程稱為胞飲作用，形成的囊泡稱為吞飲體。第72頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日大分子物質(zhì)如低密度脂蛋白（LDL）進入細胞須與膜上的特異性受體（鑲嵌蛋白質(zhì)）識別并結(jié)合，然后通過膜內(nèi)陷形成囊泡而入胞。3.受體介導的內(nèi)吞作用

是特異的、高效的攝取細胞外大分子的方式。第73頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日LDL顆粒LDL受體有被小窩有被小泡內(nèi)吞去被無被小泡胞內(nèi)體融合受體與大分子顆粒分開胞內(nèi)體部分受體再循環(huán)胞內(nèi)體部分

初級溶酶體融合吞噬溶酶體第74頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日籠蛋白的結(jié)構(gòu)第75頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日籠蛋白的結(jié)構(gòu)——三腿蛋白復合物重鏈輕鏈第76頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日二、胞吐作用(exocytosis)包含大分子物質(zhì)的小囊泡從細胞內(nèi)部移至細胞表面，與質(zhì)膜融合，將物質(zhì)排出細胞之外的過程。第77頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日胞吐作用吞噬作用胞飲作用吞噬體吞飲體第78頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境；選擇性物質(zhì)運輸，代謝底物的輸入與產(chǎn)物的排出；提供細胞識別位點，完成細胞內(nèi)外信息跨膜傳遞；提供酶結(jié)合位點，使酶促反應高效有序地進行；介導細胞連接(細胞間、細胞與基質(zhì)間）；參與形成具有不同功能的細胞表面特化結(jié)構(gòu)。細胞膜的功能第79頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日第四節(jié)細胞連接

細胞連接（celljunction)：是細胞相互連接處局部質(zhì)膜所形成的特化結(jié)構(gòu)。封閉連接：將相鄰細胞的質(zhì)膜密切地連接在一起，從而阻止溶液中的分子沿細胞間隙滲入。錨定連接：通過骨架系統(tǒng)將細胞與相鄰細胞與基質(zhì)之間連接起來。通訊連接：動物細胞最常見的連接方式。第80頁，共89頁，2023年，2月20日，星期日細胞膜細胞間隙蛋白質(zhì)索（嵴線）一、封閉連接（緊密連接）細胞連接第81頁，共89頁，2023年，2月20日，星