醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)：02-細(xì)胞膜組成、結(jié)構(gòu)及功能

細(xì)胞膜

（cellmembrane）

P48基本概念細(xì)胞膜(或質(zhì)膜:plasmamembrane)單位膜(unitmembrane)生物膜(biologicalmembrane)細(xì)胞膜電鏡下人紅細(xì)胞膜（示單位膜）Contents

細(xì)胞膜的化學(xué)組成

細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)

膜的理化特征學(xué)習(xí)要點(diǎn)掌握：細(xì)胞膜的化學(xué)組成，液態(tài)鑲嵌模型和脂筏模型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及與膜的關(guān)系。熟悉：細(xì)胞膜的特性了解：細(xì)胞膜化學(xué)組分異常與腫瘤發(fā)生的關(guān)系，脂質(zhì)體在抗腫瘤藥物研究中的應(yīng)用。第一節(jié)細(xì)胞膜的化學(xué)組成膜的化學(xué)組成2%-10%糖類20%-70%蛋白質(zhì)水、無機(jī)鹽、金屬離子等其他30%-60%脂質(zhì)含量成分幾種生物膜化學(xué)組成的比較

一、膜脂1、磷脂磷酸甘油酯鞘磷脂2、膽固醇3、糖脂：腦苷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂磷脂酰膽堿（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）磷脂酰絲氨酸鞘氨醇磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸磷脂酰膽堿鞘磷脂

（電中性）（帶負(fù)電）（電中性）（電中性）1、磷脂（含有磷酸基團(tuán)的脂）1）主要類型2）磷脂分子的主要特征①均為雙親媒性分子；②一般都有兩條脂肪酸鏈構(gòu)成的尾巴（線粒體內(nèi)膜上的心磷脂除外，有4條）；③脂肪酸鏈的碳原子數(shù)一般為12~24個(gè)，都是偶數(shù)，其中以16碳、18碳為多；④脂肪酸可為飽和也可為不飽和，不飽和脂肪酸多為順式，雙鍵在烴鏈中產(chǎn)生30℃的彎曲。

2、膽固醇（含量一般不超過膜脂的1/3）與磷脂的碳?xì)滏溝嗷プ饔?，增加質(zhì)膜的強(qiáng)度，降低膜的流動(dòng)性

3、糖脂：如腦苷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂半乳糖腦苷脂GM1神經(jīng)節(jié)苷脂

（NANA為唾液酸，帶負(fù)電）鞘磷脂膜脂的共同特征：兼性分子（雙親媒性分子）非極性尾部疏水極性頭部親水膜脂的親水和疏水部分膜脂疏水部分親水部分磷酸甘油酯脂肪酸鏈磷酰醇基鞘磷脂脂肪酸鏈與神經(jīng)鞘氨醇磷酰膽堿的碳?xì)滏溙侵舅徭溑c神經(jīng)鞘氨醇糖殘基的碳?xì)滏溎懝檀汲u基外整個(gè)分子C3上的羥基膜脂分子的物理特性脂質(zhì)體分子團(tuán)磷脂雙層二、膜蛋白

細(xì)胞中30%的蛋白質(zhì)參與了膜結(jié)構(gòu)的組成。據(jù)估計(jì)人類基因中約1/3的基因編碼的蛋白質(zhì)為膜整合蛋白。（一）類型

1、鑲嵌蛋白質(zhì)（70%~80%）（mosaicprotein）

內(nèi)在蛋白質(zhì)

跨膜蛋白類型①單次跨膜②多次跨膜③多亞基跨膜2、周圍蛋白質(zhì)（20%~30%）（peripheralprotein）外在蛋白質(zhì)3、脂錨定蛋白（lipid-anchoredprotein）（二）分子結(jié)構(gòu)：膜蛋白主要是球狀蛋白質(zhì)，單體或多聚體。一般為α螺旋。線粒體有β片層折疊，可多次穿膜形成β筒結(jié)構(gòu)。三、膜糖類1、結(jié)構(gòu)：一般由1～10個(gè)單糖或單糖衍生物（葡萄糖、葡萄糖胺、半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、巖藻糖、唾液酸等）組成寡糖鏈（直鏈、分支鏈），分布在細(xì)胞膜的外表面，構(gòu)成糖萼或細(xì)胞外被。

2、存在方式：糖脂、糖蛋白細(xì)胞外被示意圖常見的糖脂或糖脂——ABO血型抗原（紅細(xì)胞膜上的主要血型抗原）第二節(jié)膜的分子結(jié)構(gòu)模型膜的分子結(jié)構(gòu)模型1902，Overton，細(xì)胞膜由脂類構(gòu)成1925，Gorter等，膜由雙層脂類構(gòu)成1935，Denielli等，片層結(jié)構(gòu)模型1972，S.J.Singer等，液態(tài)鑲嵌模型1975，Wallach，晶格鑲嵌模型1977，Jain等，板塊鑲嵌模型1959，Roberson，單位膜模型1997，KaiSimons和Elina

Ikonen

，脂筏模型一、片層結(jié)構(gòu)模型

lamellastructuremodel

二、單位膜模型

unitmembranemodel當(dāng)兩性分子如磷脂和鞘脂分散于水相時(shí)，分子的疏水尾部?jī)A向于聚集在一起，避開水相，而親水頭部暴露在水相，形成具有雙分子層結(jié)構(gòu)的的封閉囊泡三、液態(tài)鑲嵌模型

fluidmosaicmodel液態(tài)鑲嵌模型（fluidmosaicmodel）觀點(diǎn)：1、流動(dòng)的脂雙層構(gòu)成膜的連續(xù)主體；

流動(dòng)性,有序性2、球狀蛋白質(zhì)鑲嵌在脂雙層中；分布不對(duì)稱性缺陷：忽視蛋白質(zhì)對(duì)脂類流動(dòng)性的控制；忽視膜各部分流動(dòng)性的不均一性。1、液態(tài)與晶態(tài)、有序與無序之間變化；2、強(qiáng)調(diào)流動(dòng)的局部性。晶格鑲嵌模型1、有序結(jié)構(gòu)板塊被無序的流動(dòng)板塊分割；2、板塊流動(dòng)性不同。板塊鑲嵌模型四、脂筏模型（lipidraftsmodel）1、概念：脂筏(lipidraft)——是膜脂雙層內(nèi)含有特殊脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的微區(qū)（microdomain）；大小在70nm，是一種動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)。主要由鞘磷脂，膽固醇及蛋白質(zhì)組成。2、作用：主要是運(yùn)載蛋白質(zhì)，參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。推測(cè)：①一個(gè)直徑在100nm的脂筏可以承載600個(gè)蛋白質(zhì)分子；②脂筏可以根據(jù)胞內(nèi)外的刺激改變大小，它們可以彼此合并，導(dǎo)致信號(hào)放大。當(dāng)兩性分子如磷脂和鞘脂分散于水相時(shí)，分子的疏水尾部?jī)A向于聚集在一起，避開水相，而親水頭部暴露在水相，形成具有雙分子層結(jié)構(gòu)的的封閉囊泡液態(tài)有序相中的脂（紅色）液晶相中的脂（藍(lán)色）膽固醇（桔紅色）含有兩種蛋白質(zhì)的脂筏模型脂筏與阮病毒病——基于脂筏的PrPsc繁殖的可能機(jī)制外源的插入接合構(gòu)相轉(zhuǎn)換擴(kuò)增脂筏模型中膜蛋白的分類脂筏中的蛋白質(zhì)脂筏外的蛋白質(zhì)介于二者間的蛋白質(zhì)（沒結(jié)合配體時(shí)親和能力差，結(jié)合配體時(shí)轉(zhuǎn)移到脂筏。）

膜脂分布的不對(duì)稱性膜蛋白分布的不對(duì)稱性

膜糖分布的不對(duì)稱性第三節(jié)膜的理化特性一、膜的不對(duì)稱性功能的方向性1.膜脂分布的不對(duì)稱性外層磷脂層占磷脂總量的百分?jǐn)?shù)胞質(zhì)面磷脂層磷脂總量神經(jīng)磷脂磷脂酰膽堿磷脂酰絲氨酸磷脂酰乙醇胺2.膜蛋白的不對(duì)稱

冰凍蝕刻技術(shù)示意圖糖鏈外層內(nèi)層蛋白質(zhì)磷脂蛋白顆粒在內(nèi)外兩層磷脂中的分布不同跨膜蛋白兩親水端的不對(duì)稱分布3.膜糖的不對(duì)稱

膜外表面有糖鏈的存在，胞質(zhì)側(cè)無。結(jié)論：

膜脂、膜蛋白、膜糖分布均不對(duì)稱性二、膜的流動(dòng)性（一）膜脂的流動(dòng)性

1.膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式（1）側(cè)向擴(kuò)散（2）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（3）

擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)（4）伸縮震蕩（5）翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（6）旋轉(zhuǎn)異構(gòu)

2、影響膜脂流動(dòng)性的因素（1）脂肪酸鏈的長度和不飽和程度（2）膽固醇與磷脂的比例（3）卵磷脂（不飽和）與鞘磷脂（飽和）的比例（4）膜蛋白的影響（據(jù)估算：蛋白質(zhì)占非極性區(qū)1/2的膜中，脂類-蛋白質(zhì)將連成一片，而沒有流動(dòng)的脂質(zhì)存在。）（5）其他因素（環(huán)境溫度、pH等）脂肪酸鏈的長度和不飽和程度的影響膽固醇的影響晶態(tài)液晶態(tài)液態(tài)溫度對(duì)膜流動(dòng)性的影響（二）膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性

1.側(cè)向擴(kuò)散人-鼠細(xì)胞融合過程中膜蛋白的相互擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)成帽反應(yīng)

熒光素標(biāo)記蛋白激光漂白某一區(qū)域熒光恢復(fù)熒光漂白恢復(fù)法2.旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散膜蛋白能圍繞與膜平面相垂直的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。但速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。第四節(jié)細(xì)胞膜與腫瘤一、細(xì)胞膜組分異常與細(xì)胞腫瘤1.膜蛋白的改變細(xì)胞表面纖連蛋白明顯減少，導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞容易脫落轉(zhuǎn)移。腫瘤細(xì)胞膜中含唾液酸和巖藻糖的多肽或糖蛋白明顯增多，使唾液酸經(jīng)常處于一種暴露狀態(tài)，致使負(fù)電荷增高，致使細(xì)胞的增殖加快，腫瘤黏著性降低，細(xì)胞易于脫落、擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移。2.糖脂減少鞘糖脂組分改變。3.黏著作用改變二、脂質(zhì)體在抗腫瘤藥物研究中的應(yīng)用1.脂質(zhì)體特性◎優(yōu)點(diǎn)：①脂質(zhì)體作為抗腫瘤藥物的載體，更易進(jìn)入實(shí)體瘤。②脂質(zhì)體具有脂溶性，能使包裹的一些水溶性藥物更易進(jìn)入細(xì)胞。（如：阿霉素）③脂質(zhì)體包裹具毒性的抗腫瘤制劑時(shí)，能保護(hù)敏感組織免遭藥物毒性損傷。導(dǎo)向肽脂溶性藥物水溶性藥物聚合物保護(hù)層脂雙層包裹藥物的脂質(zhì)體◎缺點(diǎn)：①靶向分布特性不理想②貯存中穩(wěn)定性不夠2.脂質(zhì)體的類型①pH敏感脂質(zhì)體

pH低時(shí)可導(dǎo)致脂肪酸羧基的質(zhì)子化而引起六角晶相形成，這是膜融合的機(jī)制。而腫瘤細(xì)胞附近的pH低于周圍正常組織。故可用此脂質(zhì)體載藥，靶向釋放到特定的腫瘤部位。②溫度敏感性脂質(zhì)體載藥，在高溫條件下釋放的脂質(zhì)體。升溫，膜的流動(dòng)性增加，包裹的藥物釋放速度增大，結(jié)合腫瘤局部加熱可大大提高遞送到腫瘤的藥量，縮小腫瘤的體積。③受體介導(dǎo)的靶向脂質(zhì)體借助受體與配體的特異性相互作用?？蓪⑴潴w標(biāo)記的脂質(zhì)體靶向到含有特異性配體的受體的器官、組織或細(xì)胞；同時(shí)配受體結(jié)合可促進(jìn)脂質(zhì)體進(jìn)入細(xì)胞。例如：葉酸脂質(zhì)體

葉酸受體在惡性腫瘤細(xì)胞膜表面的活性和數(shù)量顯著高于正常細(xì)胞。當(dāng)兩性分子如磷脂和鞘脂分散于水相時(shí)，分子的疏水尾部?jī)A向于聚集在一起，避開水相，而親水頭部暴露在水相，形成具有雙分子層結(jié)構(gòu)的的封閉囊泡各種類型的脂質(zhì)體細(xì)胞膜的功能膜蛋白的功能轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白連接蛋白受體酶XY④

信號(hào)傳導(dǎo)細(xì)胞膜與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)P63Contents穿膜運(yùn)輸膜泡運(yùn)輸膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)異常與疾病學(xué)習(xí)要點(diǎn)掌握：穿膜運(yùn)輸?shù)念愋?、鈉泵的工作過程和受體介導(dǎo)的胞吞過程及類型。熟悉：簡(jiǎn)單擴(kuò)散、離子通道擴(kuò)散、易化擴(kuò)散和協(xié)同運(yùn)輸。了解：吞噬和胞飲的異同以及胞吐作用穿膜運(yùn)輸（氣體、離子、小分子）溶質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)膬煞N方式膜泡運(yùn)輸（大分子、顆粒物質(zhì)）第一節(jié)小分子與離子的穿膜運(yùn)輸（transmembranetransport）氣體、離子、小分子的運(yùn)輸方式大部分需借助于膜上的鑲嵌蛋白質(zhì)耗能或不耗能穿膜運(yùn)輸?shù)奶匦运梢钥焖俅┠ぃ后w積小，膜上有水通道。分子量小、脂溶性強(qiáng)則容易通過膜：O2，苯；不帶電荷極性分子，可以通過。但小分子比大分子容易穿膜：

CO2>乙醇>尿素>甘油

脂雙層膜對(duì)所有帶電荷的分子或離子高度不通透；

水孔蛋白（aquaporin,AQP）結(jié)構(gòu)示意圖注：水通道具有高度特異性。一般認(rèn)為水通道持續(xù)開放，每秒鐘轉(zhuǎn)運(yùn)大約109個(gè)水分子。1988年由美國學(xué)者PeterAgre在紅細(xì)胞膜上偶然發(fā)現(xiàn)，并因此獲得2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。不帶電荷的極性小分子離子疏水分子不帶電荷極性大分子

苯、醇、甾類激素O2，H2O，CO2，N2葡萄糖、氨基酸

H＋

Na+人工脂雙層葡萄糖、帶電荷的離子（H＋、

Na+、K+Ca2+等）怎樣穿膜？？？轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與！??！某些溶質(zhì)的穿膜工具：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白

通道蛋白（channelprotein）水通道、離子通道載體蛋白(carrierprotein)葡萄糖載體控制溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方向的因素順濃度梯度順電化學(xué)梯度被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）“下坡”逆濃度梯度逆電化學(xué)梯度“上坡”主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）耗能穿膜運(yùn)輸?shù)姆绞揭?、?jiǎn)單擴(kuò)散

simplediffusion二、離子通道擴(kuò)散

ionchanneldiffusion三、易化擴(kuò)散

facilitateddiffusion四、ATP驅(qū)動(dòng)泵

ionpump五、伴隨運(yùn)輸

cotransport

一、簡(jiǎn)單擴(kuò)散（simplediffusion）[舉例]

脂溶性物質(zhì)、氣體物質(zhì)、水[特點(diǎn)]

不耗能、不需膜蛋白、依靠物質(zhì)濃度差。二、離子通道擴(kuò)散

ionchanneldiffusion[分類]

A電壓門通道：靠膜電位，Na+、K+、Ca2＋等離子通道；

B配體門通道：依靠化學(xué)物質(zhì)（配體）與受體結(jié)合，如乙酰膽堿通道。

C機(jī)械門通道：內(nèi)耳聽覺毛細(xì)胞[特點(diǎn)]

A“通道蛋白”