第四章细胞膜和细胞表面.ppt

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1、第四章 细胞膜和细胞表面,徐 艳 岩,细胞膜（cell membrane）：又称细胞质膜（plasma membrane),是指将细胞质与外界环境分隔开,由脂类和蛋白质组成的一层薄膜。 生物膜（biological membrane）：细胞膜和细胞内膜相结构的膜。,单位膜:“两暗夹一明”,生物膜,细胞膜(质膜),细胞内膜,核膜 内质网膜 高尔基复合体膜 溶酶体膜 过氧化物酶体膜 线粒体膜,细胞表面,细胞外被(糖被) 膜下溶胶层 特化结构,第一节 质膜的化学成分 第二节 质膜的分子结构 第三节 质膜的特性 第四节 细胞表面及其特化结构 第五节 质膜与细胞的物质运输,第一节 质膜的化学成分,脂类（

2、L） 50% 细胞膜的主体 蛋白质（P） 40-50% 糖类 1%-10% 以糖脂、糖蛋白形式存在 水、无机盐、金属离子 少量 越高说明功能越复杂多样,一、膜脂 包括磷脂、胆固醇、糖脂三类，以磷脂含量最多，不同的生物膜中含量不同。 1、磷脂-含量最高的膜脂 甘油磷脂(甘油为骨架) PC、PS、PE、PI等 鞘磷脂(鞘氨醇为骨架) 具有亲水的极性头部和疏水的非极性尾部， 称为两极性分子。 功能：与膜的流动性有关,磷脂酰胆碱,磷脂酰丝氨酸,磷脂酰乙醇胺,磷脂酰肌醇,化学组成,头部 乙醇胺 （极性） 磷 酸 甘 油 尾部 脂 脂 （非极性） 肪 肪 酸 酸,磷脂酰乙醇胺,PE PS PC SM,2、

3、胆固醇 极性头部为羟基，非极性的尾部为烃链，甾环具有刚性结构的特点。 功能：防止磷脂碳氢链的聚集，调节膜的流动性。,胆固醇分子散布于磷脂分子之间,其极性头部紧靠磷脂极性头部,其余部分游离,化学组成,3、糖脂 含1个或几个糖基的类脂。 半乳糖脑苷脂（神经髓鞘膜）：最简单的 神经节苷脂（神经元细胞膜）：最复杂的 细胞膜的糖脂均位于膜的非胞质面，糖基暴露于细胞表面，与细胞识别及信号转导有关。 无论那一种膜脂，都是兼性分子,化学组成,脂质体：在水溶液中脂双层游离端自动闭合，形成封 闭的微囊。,化学组成,二、膜蛋白（占细胞总蛋白含量的25） 膜蛋白是膜功能的主要承担者。蛋白的含量、种类决定膜的功能。与膜

4、脂一样，也是兼性分子（亲水区：极性端；疏水区：非极性端）。 内在蛋白（整合蛋白） 膜蛋白 外在蛋白（周边蛋白）,化学组成,膜蛋白与脂双层结合的几种方式,化学组成,化学组成,三、膜糖类 主要与蛋白和脂分子结合存在，不单独存在，有：葡萄糖、葡萄糖胺、唾液酸、半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、岩藻糖7种。 功能：细胞识别、细胞免疫、信息传递 细胞（外）被：与膜相连的糖类物质。,化学组成,片层结构模型 单位膜模型 流动镶嵌模型 晶格镶嵌模型 脂筏模型,第二节 质膜的分子结构,“蛋白质-磷脂-蛋白质”三夹板式结构,单位膜模型,单位膜模型 细胞膜都呈现清晰的“两暗夹一明”的三层结构。,流动镶嵌模型,细胞膜是由流动

5、的脂质双分子层中镶嵌着球形蛋白按二维排列的液态体。流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体，既具有固体分子排列的有序性，又具有液体的流动性，呈液晶态；球形蛋白质分子则以各种形式与脂质双分子层相结合，有的附着在膜的表面，有的部分或全部嵌入膜中，有的贯穿于膜的全层；糖类附在膜的外表面，与表层脂质及蛋白质的亲水端结合。 特点：镶嵌性、流动性、不对称性、蛋白质的极性,液态镶嵌模型,1975年晶格镶嵌模型 脂类的流动性是局部的。 整合蛋白质和其周围的脂分子形成“晶格”，“流动性”的脂分子分布于晶格之间,脂筏模型(lipid rafts model),脂筏是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域，如同脂筏一样载着

6、各种蛋白。大小70100nm ，是一种动态结构。由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域结构致密，介于无序液体与液晶之间，称为有序液体。脂筏就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。脂筏最初可能在内质网上形成,转运到细胞膜上后,有些脂筏可在不同程度上与膜下细胞骨架蛋白交联.推测一个100nm大小的脂筏可能载有600个蛋白分子.,脂筏模型：信号转导、蛋白质转运有关。,第三节 质膜的特性,膜的流动性 细胞膜的特性 膜的不对称性,流动性,1、膜脂的流动性 侧向扩散 旋转 左右摆动 伸缩振荡 翻转 弯曲运动,液晶态,晶态,温度下降,温度上升,相变：

7、相变温度：,流动性,2、膜蛋白的流动性 侧向扩散 旋转运动,流动性,、影响膜流动性的因素 1、脂肪酸链的长短与不饱和度 长短：长流动性下降，短则增强 饱和性：饱和流动性下降，不饱和则增强 2、胆固醇-调节膜的流动性 相变温度以上：增加脂质分子的有序性而限制膜的流动 相变温度以下：阻止磷脂分子互相聚集成晶态结构而出现有序性,流动性,3、膜蛋白的含量 蛋白质嵌入，流动性下降 4、卵磷脂和鞘磷脂的比值 比值升高，流动性增强，反之，则减弱,常见的限制膜蛋白运动的因素有： 细胞质膜下的骨架结构与膜整合蛋白结合限制膜蛋白移动 细胞外基质中的某些分子与膜整合蛋白结合限制列膜蛋白的移动 膜蛋白与另一细胞的膜蛋

8、白作用限制了自身的移动 膜中其他不动蛋白限制了膜蛋白的移动。,膜骨架对膜流动性的影响,流动性,补充：环境温度 一定限度内 ，温度升高，流动性增强，反之下降，过高液晶态遭破坏，过低变为晶态。,不对称性,1、膜脂不对称 （）组成膜两个单层的膜脂种类不同 （）糖脂全部分布在细胞膜的外侧单层,不对称性,不对称性,2、膜蛋白不对称 （）外周蛋白的不对称分布 （）内在蛋白的不对称分布 、膜糖的不对称分布,第四节 细胞表面及其特化结构,细胞表面（cell surface）是指包围在细胞质外，由细胞外被、细胞膜和膜下溶胶层构成的一个多功能复合结构体系，还包括细胞连接和细胞表面的特化结构。 细胞外被 细胞表面

9、膜下溶胶层 细胞表面的特化结构,细胞表面,一、细胞外被（糖萼）组成：细胞膜糖蛋白和糖脂的寡糖链向外伸展、交织而成。,细胞表面,细胞外被的功能： 1、保护作用 2、细胞识别和黏着 指细胞与细胞之间或细胞与大分子之间，通过受体与配体、抗原与抗体的相互作用所产生的相互辨认和鉴别，具有组织特异性。 3、细胞免疫 细胞免疫：细胞表面抗原与抗体相互识别并产生免疫应答的过程。 常见的细胞表面抗原：红细胞表面血型抗原、白细胞表面组织相容性抗原,细胞表面,人红细胞表面ABO血型抗原,细胞表面,4、抑制增殖 接触抑制：当体外培养的正常细胞贴壁生长到一定密度时，就会相互接触沿培养瓶底铺展成单层细胞，并不再增殖的现象

10、。 肿瘤细胞的三个基本特征：不死性、迁移性、失去接触抑制。,细胞表面,二、膜下溶胶层： 在细胞膜内侧有厚度为0.10.2um的较黏滞而透明的溶胶层，内含微丝、微管与膜上的蛋白质直接或间接相连，具维持细胞形态、参与调控膜蛋白移动的作用。,细胞表面,红细胞膜骨架蛋白： 血影蛋白 肌动蛋白 原肌球蛋白 带4.1蛋白 锚蛋白 内收蛋白,细胞表面,三、细胞表面的特化结构 微绒毛：指细胞膜与部分细胞质向细胞表面伸出的细长指状突起。内含肌动蛋白丝束，起固定作用。 功能：扩大了细胞的表面积，有利于细胞同外环境的物质交换。,细胞表面,纤毛和鞭毛 细胞表面伸出的指状突起，直径比微绒毛粗，少而长为鞭毛；多而短为纤毛

11、。 纤毛和鞭毛为细胞运动装置。,第五节 质膜与细胞的物质运输,细胞膜的选择通透性：指细胞膜在选择性地允许一些物质通过的同时，阻止另一些物质通过，又称为膜的半透性。 细胞膜的物质运输方式： （）小分子物质和离子的跨膜运输 （被动运输、主动运输、协同转运） （）大分子和颗粒物质的小泡运输 （胞吞作用、胞吐作用）,功能,（一）被动运输：物质由高浓度一侧通过膜到低浓度一侧而不消耗代谢能的一种运输方式。 1、简单扩散：物质顺浓度梯度从膜的一侧运送到另一侧，既不需要消耗能量，也无需专一性蛋白做载体（疏水（脂溶性）非极性小分子、不带电的极性小分子）,功能,2、协助扩散：又称易化扩散，是物质由高浓度到低浓度的

12、一种穿膜运输方式，它不消耗细胞的代谢能，但需要专一性的跨膜蛋白的帮助 a.闸门通道蛋白介导的协助扩散 电压闸门通道：只有当膜电位发生变化时，闸门才开启的离子通道（例：Na+通道、Ca2+通道） 配体闸门通道：配体与通道蛋白上的受体结合，引起通道蛋白构象发生变化，使闸门开放。 压力激活通道：受压力调控，如听觉毛细胞离子通道。,功能,功能,离子通道运输离子的特点： (1)、速度快； (2)、具有高度选择性； (3)、开放的间断性。,功能,b.载体蛋白介导的协助扩散 在膜的一侧，溶质分子与载体蛋白上专一的结合位点结合，载体蛋白构象发生变化，将溶质分子运至膜的另一侧，载体蛋白与溶质分离后，又恢复到原来

13、的构象（例：葡萄糖、氨基酸、核苷酸） 通道蛋白只进行被动运输，而载体蛋白既可被动运输，又可主动运输。,功能,功能,C.特点 （1）饱和性 （2）高度选择性 （3）蛋白质变性剂对膜转运蛋白 有抑制作用,功能,（二）主动运输：物质由低浓度的一侧通过膜到高浓度的一侧，同时消耗代谢能的一种物质运输方式。在运输过程中，需要载体蛋白的参与。 1、Na+-K+-ATP酶（ Na+-K+泵） a、 Na+、K+的转运与ATP水解偶联 b、 Na+与ATP在膜内侧， K+的在膜外侧 c、 一个ATP酶分子水解1000个ATP/秒，水解1个ATP能同时转运3个Na+出胞和2个K+入胞 作用：维持细胞膜两侧正常的离

14、子梯度、膜的正常兴奋性、渗透压的平衡和细胞体积的恒定。,功能,功能,2、 Ca2-ATP酶（钙泵） 特点：每个Ca2 ATP酶每秒水解10个ATP,每个ATP转运两个Ca2出胞或进入肌质网 作用：维持细胞内低外高的浓度差、跨膜信息传递、肌肉收缩。,功能,(三)协同转运 由膜两侧离子梯度贮存的能量提供动力，间接消耗ATP，同时也需要膜上的特异性载体参与。 同向协同运输：Na+与葡萄糖 反向协同运输：Na+与H+,小肠上皮细胞转运葡萄糖入血,功能,单纯扩散 被动运输 通道蛋白介导的协助扩散 易化扩散 载体蛋白介导的协助扩散 钠钾泵 主动运输 钙泵 协同转运,功能,功能,小泡运输：细胞在转运大分子和

15、颗粒物质的过程中，物质被包裹在膜脂双分子层围成的囊泡中，通过囊泡与细胞膜的融合进行转运，这种运输方式称为小泡运输。 特点：不与细胞质内其他结构直接接触和混合 囊泡只与特定膜融合，直接转运 消耗代谢能。 基本形式：胞吞作用、胞吐作用,功能,（一）胞吞作用 又称入胞作用，指通过细胞膜的变形运动，将细胞分外大分子或颗粒物质包裹成膜泡运进细胞的过程。胞吞作用主要分为三类： 1.吞噬作用：摄入大的颗粒，如细菌和细胞碎片。原生动物摄食方式，哺乳动物只有少数特化的细胞，如巨噬细胞等才有摄入和消化大颗粒的吞噬作用。 2.胞饮作用：摄入液体和溶质分子进入细胞的过程。大多数细胞都具有胞饮作用。,功能,3.受体介导

16、的胞吞作用：有一些物质的内吞，首先与细胞膜上的受体结合，然后细胞膜内陷形成有被小窝，继而形成有被小泡，这种内吞方式称为受体介导的胞吞作用。 例：LDL摄取过程,功能,功能,有被小泡：网格蛋白有被小泡、非网格蛋白有被小泡 a.网格蛋白有被小泡与细胞摄取特异的膜结合配体、高尔基体到溶酶体及分泌泡之间的物质转运有关。 b.非网格蛋白有被小泡与内质网到高尔基体或返回、高尔基体各扁平囊之间的物质转运有关。 网格蛋白又称笼形蛋白，由基本骨架为三臂蛋白。,功能,功能,（二）胞吐作用 又称出胞作用，指将细胞内的分泌物质、未分解物质等，通过膜泡转运至细胞膜与之融合，将膜泡内物质排出细胞外的过程。 过程：RER上合成分泌蛋白高尔基复合体上加工分泌囊泡与膜结合，释放到膜外 胞吐作用分为两种途径：结构分泌途径（几乎存在于所有细胞中）、调节分泌途径（只存在于某些特化的分泌细胞）,功能,功能,（三）质膜的循环 胞吞作用和胞吐作用是两个相反的过程。胞吞作用使部分细胞膜成为转运小泡的膜而进入细胞内，经胞吐作用分泌囊泡膜又回到细胞膜，两者相辅相成，保持了细胞膜的相对稳定和动态平衡。,思考题,名词解释: Biological membrane，脂质体，单位膜， 流动镶嵌模型，相变温度，细胞表面， 被动运输，主动运输，小泡运输， 胞吞，胞吐 课后简答题,变形虫吞噬草履虫,