第二節(jié)細(xì)胞膜和細(xì)胞壁

第二節(jié)細(xì)胞膜和細(xì)胞壁第1頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞細(xì)胞膜細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞核細(xì)胞壁（高等植物、真菌、細(xì)菌等生物細(xì)胞）(質(zhì)膜）細(xì)胞膜：又叫質(zhì)膜，是將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開的一層界膜。第2頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月一、細(xì)胞膜具有選擇透過性細(xì)胞膜的功能特點(diǎn)是：具有選擇透過性，這主要是由膜上的載體蛋白決定的。第3頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月二、對細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的探索歷程問題1細(xì)胞膜是由什么物質(zhì)組成的呢？資料1：歐文頓的細(xì)胞膜通透性實(shí)驗(yàn)19世紀(jì)末（1895年）歐文頓（E.Overton）用500多種化學(xué)物質(zhì)對植物細(xì)胞的通透性進(jìn)行上萬次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜對不同物質(zhì)的通透性是不一樣的：可以溶于脂質(zhì)的物質(zhì)比不能溶于脂質(zhì)的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜。結(jié)論：根據(jù)相似相容原理，細(xì)胞膜是由脂質(zhì)組成的?！瘛穹侵苄晕镔|(zhì)脂溶性物質(zhì)細(xì)胞膜第4頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月資料2：哺乳動(dòng)物紅細(xì)胞膜化學(xué)成分分析（1）Danielli和Harvey分別于1931年和1935年發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜的表面張力顯著低于油—水界面的表面張力，已知油脂表面如吸附有蛋白質(zhì)成分時(shí)，表面張力則降低。（2）20世紀(jì)初科學(xué)家將細(xì)胞膜從哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞中分離出來，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜不但會(huì)被溶解脂質(zhì)的物質(zhì)溶解，也會(huì)被蛋白酶（能專一地分解蛋白質(zhì)的物質(zhì)）分解。得出結(jié)論：構(gòu)成細(xì)胞膜的成分有脂質(zhì)，還有蛋白質(zhì)。細(xì)胞膜化學(xué)組成脂質(zhì)：50%，磷脂、糖脂和膽固醇，膜脂是膜的基本骨架蛋白質(zhì)：40%糖類：2%-10%外周膜蛋白和內(nèi)在膜蛋白，膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者糖萼又糖被與細(xì)胞識別有關(guān)第5頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月成分作用脂質(zhì)50%以上磷脂基本支架膽固醇降低膜脂分子運(yùn)動(dòng)性，增加動(dòng)物細(xì)胞膜的堅(jiān)韌性蛋白質(zhì)約40%膜功能主要由蛋白質(zhì)來承擔(dān)，支持、運(yùn)輸、細(xì)胞識別等作用糖類約2—10%主要以糖脂和糖蛋白的形式存在，是膜抗原的重要成分，與細(xì)胞的識別以及激素作用有關(guān)細(xì)胞膜的主要成分是脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，組成細(xì)胞膜的脂質(zhì)中，磷脂含量最豐富，此外還有少量的糖脂和膽固醇。膜的功能主要由蛋白質(zhì)承擔(dān)，因此，功能越復(fù)雜的膜，膜蛋白的種類和含量越高。第6頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月磷脂分子的結(jié)構(gòu)頭部：極性，親水性，磷脂酰堿基。尾部：非極性，疏水性，兩條脂肪酸鏈。第7頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月磷脂分子的結(jié)構(gòu):磷脂是一種由甘油、脂肪酸、磷酸和含氮堿基所組成的分子，磷酸“頭”部是親水的，脂肪酸“尾”部是疏水的。親水頭部疏水尾部第8頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第9頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月糖脂：所有動(dòng)物的細(xì)胞膜都含有糖脂，由脂類和寡糖構(gòu)成，分布于膜的非胞質(zhì)面。受體結(jié)構(gòu)細(xì)胞識別信號轉(zhuǎn)導(dǎo)頭部：糖基尾部：兩條烴鏈第10頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月1917年，科學(xué)家成功將磷脂分子在水表面（空氣-水界面）上鋪展成單分子層。第11頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月資料4：荷蘭科學(xué)家的實(shí)驗(yàn)1925年兩位荷蘭科學(xué)家E.Gorter和F.Grendel用丙酮（一種有機(jī)溶劑，可以溶解脂質(zhì)）從人的紅細(xì)胞膜中提取脂質(zhì)，在空氣－水界面上鋪展成單分子層，測得單分子層的面積恰好為紅細(xì)胞表面積的2倍。結(jié)論：細(xì)胞膜中的脂質(zhì)分子必然排列為連續(xù)的兩層，即磷脂雙分子層（脂雙層）。膜內(nèi)水環(huán)境膜外水環(huán)境第12頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月磷脂雙分子層（脂雙層）是細(xì)胞膜的基本骨架。第13頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月資料5：羅伯特森的“蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)”三明治結(jié)構(gòu)模型磷脂和蛋白質(zhì)是怎樣有機(jī)結(jié)合構(gòu)成細(xì)胞膜的呢？蛋白質(zhì)位于磷脂雙分子層的什么位置呢？問題21959年，羅伯特森（J.D.Robertsen）用超薄切片技術(shù)在電子顯微鏡下觀察到細(xì)胞膜由“暗-亮-暗”的三層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，于是認(rèn)為所有的生物膜是由“蛋白質(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)”構(gòu)成的三層靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)。透射電鏡下“兩暗夾一明”因蛋白質(zhì)電子密度高，故顯暗帶，磷脂分子電子密度低則呈亮帶。第15頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月這種模型的特點(diǎn)：靜態(tài)的剛性結(jié)構(gòu)

①蛋白質(zhì)分子都覆蓋在磷脂雙分子層的兩側(cè)。②構(gòu)成細(xì)胞膜的蛋白質(zhì)分子和磷脂分子都是靜止不動(dòng)的?！暗鞍踪|(zhì)-脂質(zhì)-蛋白質(zhì)”三層靜態(tài)統(tǒng)一結(jié)構(gòu)模型第16頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月資料6：冰凍蝕刻電子顯微法結(jié)論：蛋白質(zhì)在膜中的分布是不對稱的。蛋白質(zhì)鑲在（覆蓋）、嵌入、橫跨（貫穿）在磷脂雙分子層中。第17頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月標(biāo)本用干冰冷凍后，用冷刀斷開，升溫后暴露斷裂面。第18頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月膜蛋白外在膜蛋白內(nèi)在膜蛋白第19頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月資料7：人-鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)（免疫熒光標(biāo)記法）誘導(dǎo)融合人細(xì)胞鼠細(xì)胞熒光標(biāo)記的膜蛋白40分鐘370C實(shí)驗(yàn)結(jié)論：膜蛋白可以運(yùn)動(dòng)。細(xì)胞膜具有一定的流動(dòng)性，即組成細(xì)胞膜的磷脂分子和蛋白質(zhì)分子都是可以運(yùn)動(dòng)的。1970年，F(xiàn)rye和Edidin1970年弗雷和埃迪登將人和鼠的細(xì)胞分別用綠色和紅色熒光染料標(biāo)記兩種細(xì)胞的膜蛋白，并將兩細(xì)胞融合，放置一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。第20頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：具有一定的流動(dòng)性第21頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月擺動(dòng)側(cè)向擴(kuò)散翻轉(zhuǎn)擴(kuò)散第22頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月膜脂分子的運(yùn)動(dòng)第23頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月膽固醇：分散于磷脂分子之間，調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性，并增加膜脂雙層的穩(wěn)定性。膽固醇在脂雙層中的位置膽固醇只存在于動(dòng)物細(xì)胞中第24頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月資料8：桑格和尼克森在新的觀察和實(shí)驗(yàn)證據(jù)的基礎(chǔ)上提出流動(dòng)鑲嵌模型（1）磷脂雙分子層構(gòu)成膜的基本支架，其中磷脂分子的親水性頭部朝向兩側(cè)，疏水性的尾部朝向內(nèi)側(cè)。（2）蛋白質(zhì)分子有的鑲在磷脂雙分子層表面，有的部分或全部嵌入磷脂雙分子層中，有的橫跨整個(gè)磷脂雙分子層（體現(xiàn)了膜結(jié)構(gòu)內(nèi)外的不對稱性）。1972年，Singer和Nicolson，細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型第26頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）磷脂是可以運(yùn)動(dòng)的，具有流動(dòng)性。大多數(shù)蛋白質(zhì)分子也是可以運(yùn)動(dòng)的（體現(xiàn)了膜的流動(dòng)性）。第27頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月糖脂第28頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）在細(xì)胞膜的外側(cè)，有多糖和蛋白質(zhì)或磷脂相連，構(gòu)成糖蛋白或糖脂。糖蛋白也叫糖萼，其與細(xì)胞識別、免疫、信息傳遞和血型決定有密切關(guān)系。（2）膜蛋白有的是載體蛋白與物質(zhì)跨膜運(yùn)輸有關(guān)，有的是代謝酶與催化反應(yīng)有關(guān)，有的是信號分子的受體與信息傳遞有關(guān)。第29頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞膜的不對稱性膜脂分子不對稱性膜蛋白不對稱性糖類分布不對稱性膜糖分布的不對稱性

膜蛋白分布的不對稱性

膜蛋白膜糖物質(zhì)傳遞有一定方向，信號的接受和傳遞也有一定方向等。第30頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月三、細(xì)胞膜的功能（1）屏障作用：將細(xì)胞與外界環(huán)境分隔開，使細(xì)胞有一個(gè)相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。原始地球環(huán)境膜的出現(xiàn)是生命起源過程中至關(guān)重要的階段。第31頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月載體蛋白（2）物質(zhì)運(yùn)輸：控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞（質(zhì)膜的功能特點(diǎn)是具有選擇透過性）。細(xì)胞外細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞膜第32頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）細(xì)胞識別：進(jìn)行細(xì)胞間的信息交流（和細(xì)胞膜上的糖蛋白緊密相關(guān)）。通過分泌化學(xué)物質(zhì)如激素細(xì)胞直接接觸，如精子與卵細(xì)胞結(jié)合細(xì)胞間連接成通道如胞間連絲細(xì)胞外被（糖被，糖萼）：由多糖與質(zhì)膜中的蛋白質(zhì)結(jié)合而成，具有保護(hù)和識別作用。第33頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共36頁，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞連接內(nèi)外信息跨膜傳遞物質(zhì)運(yùn)輸邊界和屏障，提供相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境