《細(xì)胞生物學(xué)》教學(xué)課件-第4章-細(xì)胞質(zhì)膜

4.細(xì)胞質(zhì)膜1內(nèi)容提要細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)與基本成分細(xì)胞質(zhì)膜的基本特征與功能2細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜（PlasmaMembrane），曾稱細(xì)胞膜，是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)及糖類共同組成的生物膜。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)稱為細(xì)胞膜（Biomenbrane）。在細(xì)胞膜表面旅行:3一.質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)及主要成分質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型質(zhì)膜的主要化學(xué)成分4E.Overton1895推測(cè)細(xì)胞膜由連續(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-蛋白質(zhì)）。JD.Robertson1959根據(jù)電鏡觀察提出單位膜模型（Unitmembranemodel）1.結(jié)構(gòu)模型5S.J.Singer&G.L.Nicolson1972年根據(jù)免疫熒光、冰凍蝕刻的研究結(jié)果，提出生物膜的“流動(dòng)鑲嵌模型”

（Fluid-mosaicmodel）

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)合在膜表面，或嵌入其內(nèi)部，或橫跨整個(gè)雙脂層。流動(dòng)鑲嵌模型3D動(dòng)畫：6K.Simonsetal等1997年提出脂筏模型（lipidraftsmodel）甘油磷脂為生物膜的主體成分。膽固醇、鞘磷脂等富集區(qū)域形成相對(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。7質(zhì)膜結(jié)構(gòu)小結(jié)磷脂排布：磷脂雙分子層自發(fā)形成封閉膜系統(tǒng)，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表面或鑲嵌其中，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82.質(zhì)膜的化學(xué)組成質(zhì)膜膜脂甘油磷脂Glycerophosphatide鞘脂Sphingolipid(含糖脂Glycolipid)固醇Sterol膜蛋白Membraneprotein外在膜蛋白Extrinstic外周膜蛋白Peripheral內(nèi)在膜蛋白Intrinsic

整合膜蛋白Integral脂錨定蛋白lipidanchoredprotein92.1、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，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①,②

；B.脂錨定蛋白③,④

；C.外周蛋白⑤,⑥10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表面蛋白或脂分子結(jié)合，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)，但膜結(jié)構(gòu)不被破壞。如磷脂酶。脂錨定蛋白是通過(guò)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，水溶性的蛋白質(zhì)部分位于脂雙層外。11脂錨定蛋白可以分為三類：脂肪酸結(jié)合到膜蛋白N端的甘氨酸殘基上，位于細(xì)胞質(zhì)一側(cè)。由15或20個(gè)碳鏈長(zhǎng)的烴鏈結(jié)合到膜蛋白的C端的半胱氨酸殘基上。位于細(xì)胞質(zhì)一側(cè)。通過(guò)糖脂錨定到細(xì)胞質(zhì)膜上，稱為磷脂酰肌醇糖脂（GPI），這種方式簡(jiǎn)稱GPI錨定方式。位于質(zhì)膜外側(cè)。12整合蛋白均為跨膜蛋白（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)?？缒さ鞍自诮Y(jié)構(gòu)上可以分為胞質(zhì)外結(jié)構(gòu)域、跨膜結(jié)構(gòu)域和胞質(zhì)內(nèi)結(jié)構(gòu)域三部分?？缒さ鞍着c膜結(jié)合的主要方式：疏水作用：膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域與脂雙層分子的疏水核心相互作用靜電作用：跨膜結(jié)構(gòu)域兩端帶正電荷的氨基酸殘基與磷脂分子帶負(fù)電的極性頭形成離子鍵，或帶負(fù)電的氨基酸殘基通過(guò)Ca2+，Mg2+等陽(yáng)離子與帶負(fù)電的磷脂極性頭相互作用。共價(jià)連接：膜蛋白通過(guò)自身在細(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，后插入脂雙層之間進(jìn)一步加強(qiáng)膜蛋白與脂雙層的結(jié)合力。13內(nèi)在膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域形成親水通道有兩種形式：由多個(gè)α螺旋組成親水通道；由β折疊組成親水通道。

水孔蛋白(aquaporin):是一類具有6個(gè)α螺旋區(qū)的蛋白質(zhì)家族，通常形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。14去垢劑(Detergent):是一端親水、一端疏水的兩親性小分子，是分離與研究膜蛋白的常用試劑。去垢劑可以插入質(zhì)膜，與膜脂或膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域等疏水部位結(jié)合，形成可溶性的微粒。離子型去垢劑SDS非離子型去垢劑Triton-X10015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）甘油磷脂主要特征：主要在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成約占膜脂的50％以上。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)，多為16，18個(gè)碳原子（如軟脂酸，硬脂酸）。除飽和脂肪酸，常有含1-2個(gè)雙鍵的不飽和脂肪酸（如油酸）。2.2、膜脂162）鞘脂(均為鞘氨醇的衍生物，在高爾基體合成），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。173）固醇（膽固醇及其類似物，在胞質(zhì)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成）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。只能插入磷脂分子中，參與生物膜的形成，增加磷脂分子的有序性和脂雙層的厚度。缺乏膽固醇可能導(dǎo)致細(xì)胞分裂抑制。184）脂質(zhì)體（liposome）是根據(jù)磷脂分子在水相中形成穩(wěn)定脂雙層膜的現(xiàn)象而制備的一種人工膜。雙層或單層脂分子球體，直徑25~1000nm。人工脂質(zhì)體應(yīng)用：轉(zhuǎn)基因制備的藥物研究生物膜的特性19質(zhì)膜成分小結(jié)膜蛋白與脂的相互作用方式20二.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)膜的主要功能211）.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)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散兩種方式。①側(cè)向擴(kuò)散(lateraldiffusion)②旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(rotation)③伸縮運(yùn)動(dòng)（flexion）④翻轉(zhuǎn)擴(kuò)散(transversediffusion)，又稱翻轉(zhuǎn)(flip-flop)。22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。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)胞融合技術(shù)232）.膜的不對(duì)稱性膜內(nèi)外兩層組分和功能的差異，稱膜的不對(duì)稱性。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。

人的ABO血型抗原寡糖鏈結(jié)構(gòu)圖24細(xì)胞質(zhì)膜相關(guān)膜骨架細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)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)。膜骨架是指質(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。主要用來(lái)維持質(zhì)膜的形態(tài)。以血紅細(xì)胞為例：經(jīng)SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，血影(Ghost)成分主要有：血影蛋白(Spectrin)：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）：連接膜骨架網(wǎng)絡(luò)與細(xì)胞膜。帶3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)單體形成跨膜12-14次的α-螺旋。帶4.1蛋白,