1、會計學1 細胞膜細胞膜(cell membrane)/質膜質膜(plasma membrane)：是細胞的重要組分，是細胞的重要組分，是包圍在細胞外周的一層界膜。它是一層極薄的膜是包圍在細胞外周的一層界膜。它是一層極薄的膜，將細胞與外界微環(huán)境分隔，從而形成一道特殊屏，將細胞與外界微環(huán)境分隔，從而形成一道特殊屏障。障。 細胞膜的細胞膜的厚度厚度約為約為7nm。 光鏡下：光鏡下：觀察到的所謂細胞膜，實際上是細胞與觀察到的所謂細胞膜，實際上是細胞與 周圍介質的界面。周圍介質的界面。 低倍率電鏡下：低倍率電鏡下：膜呈一致密的細線條。膜呈一致密的細線條。 高倍率電鏡下：高倍率電鏡下：顯示出顯示出“兩暗一

2、明兩暗一明” 的三層結構的三層結構 單位膜單位膜。第1頁/共73頁 第2頁/共73頁 細胞表面細胞表面(cell surface) : 以質膜為主體以質膜為主體,包括包括質膜質膜和質膜外表面的和質膜外表面的細胞被或細胞被或糖被糖被以及質膜內側的以及質膜內側的膜下胞質溶膠膜下胞質溶膠，它們共同組成了一，它們共同組成了一個多功能復合體系。個多功能復合體系。對于維持細胞內微環(huán)境的穩(wěn)定和與對于維持細胞內微環(huán)境的穩(wěn)定和與細胞外環(huán)境不斷進行物質交換、能量轉換、信息傳遞以細胞外環(huán)境不斷進行物質交換、能量轉換、信息傳遞以及細胞間相互識別都起著重要的作用，是細胞進行生命及細胞間相互識別都起著重要的作用，是細胞進

3、行生命活動的重要結構基礎。活動的重要結構基礎。 第3頁/共73頁一、細胞膜的化學組成一、細胞膜的化學組成 脂類脂類 蛋白質蛋白質 糖類：糖類：多多以復合糖形式存在以復合糖形式存在 水：水：結合態(tài)結合態(tài) 無機鹽無機鹽 金屬離子：金屬離子：與膜蛋白的功能與膜蛋白的功能 相關相關 CaCa離子離子第一節(jié)第一節(jié) 細胞膜的化學組成和分子結構細胞膜的化學組成和分子結構膜糖蛋白膜糖蛋白 主體主體膜糖脂膜糖脂第4頁/共73頁（一）膜脂（一）膜脂（membrane lipid ）定義：定義：生物膜上的脂類稱為生物膜上的脂類稱為膜脂。膜脂。類型：類型： 磷脂磷脂：最為豐富：最為豐富 膽固醇膽固醇 糖脂糖脂 結構：

4、結構：膜脂均為膜脂均為水、脂兼性分子水、脂兼性分子(amphipathic molecule)，即它們都是由一個即它們都是由一個親水的極性頭部親水的極性頭部和一個和一個疏水的非極性尾部疏水的非極性尾部組成。組成。第5頁/共73頁 第6頁/共73頁 由于膜脂的這一結構特點，它們由于膜脂的這一結構特點，它們在水溶液中能自在水溶液中能自動聚攏動聚攏，使，使親水的頭部暴露在外邊親水的頭部暴露在外邊，與水接觸，與水接觸，疏水疏水的尾部埋藏在里邊的尾部埋藏在里邊，并可形成兩種形式：，并可形成兩種形式： 球狀的膠態(tài)分子團球狀的膠態(tài)分子團 （lipid micell） 脂質雙分子層脂質雙分子層 （lipid

5、bilayer） 脂質體脂質體 （liposome）第7頁/共73頁第8頁/共73頁膽固醇散布在磷脂分子之間膽固醇散布在磷脂分子之間 第9頁/共73頁第10頁/共73頁第11頁/共73頁（二）膜蛋白（二）膜蛋白（membrane protein）定義定義：生物膜所含的蛋白質叫膜蛋白。：生物膜所含的蛋白質叫膜蛋白。 功能功能：是細胞膜功能的主要承擔者，是細胞膜最為重要的組分。：是細胞膜功能的主要承擔者，是細胞膜最為重要的組分。 類型類型：根據(jù)蛋白分離的難易及其在膜中的位置，將其分為兩類：根據(jù)蛋白分離的難易及其在膜中的位置，將其分為兩類：外在膜蛋白外在膜蛋白和和內在膜蛋白內在膜蛋白。第12頁/共7

6、3頁 第13頁/共73頁l、外在蛋白（外在蛋白（external membrane protein）/ 外周蛋白（外周蛋白（peripheral protein）v 約占膜蛋白的約占膜蛋白的2030，分布在，分布在膜的內外表面膜的內外表面，主要在內表面，為主要在內表面，為水溶性水溶性的。的。v 通過通過靜電作用及氫鍵、離子鍵靜電作用及氫鍵、離子鍵與膜脂的與膜脂的極性頭部極性頭部相相結合，或通過結合，或通過與內在蛋白的相互作用與內在蛋白的相互作用，間接與膜結合，間接與膜結合。v 外在蛋白的外在蛋白的結合力較弱結合力較弱。一般用溫和的方法，如改。一般用溫和的方法，如改變溶液的離子強度或濃度，即可將

7、他們從膜上分離下變溶液的離子強度或濃度，即可將他們從膜上分離下來，而不破壞膜的其它結構。來，而不破壞膜的其它結構。 第14頁/共73頁膜外在蛋白膜外在蛋白第15頁/共73頁2、內在膜蛋白（、內在膜蛋白（ internal membrane protein）/ 鑲嵌蛋白（鑲嵌蛋白（mosaic protein）v約占膜蛋白的約占膜蛋白的70 80，它們以不同深度嵌入脂質，它們以不同深度嵌入脂質雙分子層內部。雙分子層內部。v有的貫穿全膜，兩端暴露于膜的內外表面，稱有的貫穿全膜，兩端暴露于膜的內外表面，稱跨膜蛋跨膜蛋白（白（transmembrane protein）。 單次穿膜（單次穿膜（sing

8、le pass）：）：以以單條單條螺旋螺旋穿過脂雙層穿過脂雙層； 多次穿膜（多次穿膜（multiple pass）：）：以以數(shù)條數(shù)條螺旋數(shù)次折返螺旋數(shù)次折返穿越脂雙層。穿越脂雙層。v內在蛋白主要以內在蛋白主要以疏水鍵疏水鍵或或疏水鍵和離子鍵兩種作用疏水鍵和離子鍵兩種作用與與膜膜較牢固地結合較牢固地結合，不容易分離和純化。，不容易分離和純化。 第16頁/共73頁第17頁/共73頁第18頁/共73頁, integral protein；, lipid-anchored protein ；, peripheral protein第19頁/共73頁（三）膜糖類（三）膜糖類 細胞膜中都含都有一定的糖類。

9、它們大多是與蛋白質細胞膜中都含都有一定的糖類。它們大多是與蛋白質或脂類分子以共價鍵相結合的低聚糖，以或脂類分子以共價鍵相結合的低聚糖，以糖蛋白或糖糖蛋白或糖脂脂的形式存在于膜的外表面，在細胞表面形成的形式存在于膜的外表面，在細胞表面形成細胞外細胞外衣或稱糖被衣或稱糖被 。 第20頁/共73頁Simplified diagram of the cell coat (glycocalyx) 第21頁/共73頁二、細胞膜的特性二、細胞膜的特性 細胞膜具有兩個明顯的特性：細胞膜具有兩個明顯的特性：膜的不對稱性膜的不對稱性和和膜的流動性膜的流動性。（一）細胞膜的不對稱性（一）細胞膜的不對稱性 細胞膜內外

10、兩層的細胞膜內外兩層的結構結構和和功能功能有很大的差異，我們稱這種差異為有很大的差異，我們稱這種差異為細胞膜的不對稱性細胞膜的不對稱性(asymmetry) 。第22頁/共73頁1、膜脂分布的不對稱性、膜脂分布的不對稱性 膜脂的不對稱性是相對的膜脂的不對稱性是相對的，表現(xiàn)在膜內外兩層分布的脂類分子的，表現(xiàn)在膜內外兩層分布的脂類分子的含量含量和和比例比例不同。不同。2、膜蛋白分布的不對稱性、膜蛋白分布的不對稱性 膜蛋白的不對稱性是絕對的膜蛋白的不對稱性是絕對的。 內、外兩層蛋白的數(shù)量不同內、外兩層蛋白的數(shù)量不同 內、外兩層蛋白的種類不同內、外兩層蛋白的種類不同 跨膜蛋白突出在膜內外表面的親水端的

11、長度和氨基酸的種類與順序差異懸殊。跨膜蛋白突出在膜內外表面的親水端的長度和氨基酸的種類與順序差異懸殊。第23頁/共73頁n樣品經(jīng)冰凍斷裂處理樣品經(jīng)冰凍斷裂處理 第24頁/共73頁兔紅細胞的冰凍斷裂電鏡照片兔紅細胞的冰凍斷裂電鏡照片第25頁/共73頁（二）（二） 細胞膜的流動性細胞膜的流動性 定義：定義：生物膜是一種動態(tài)的結構，具有生物膜是一種動態(tài)的結構，具有膜脂的流動性膜脂的流動性（fluidity）和和膜蛋白的運動性膜蛋白的運動性（mobility）。）。膜的流動性膜的流動性是指膜內部的脂類和蛋白質兩類分子的運動性。是指膜內部的脂類和蛋白質兩類分子的運動性。 特點：特點：在生理狀態(tài)下，細胞膜

12、是在生理狀態(tài)下，細胞膜是液晶態(tài)液晶態(tài)（liquid-crystal），即介于晶態(tài)與液態(tài)之間的過渡狀態(tài)。，即介于晶態(tài)與液態(tài)之間的過渡狀態(tài)。第26頁/共73頁1膜脂分子的運動膜脂分子的運動 在相變溫度以上的條件下，膜脂分子在相變溫度以上的條件下，膜脂分子運動方式運動方式有：有： （1）橫向擴散運動）橫向擴散運動 （2）旋轉運動）旋轉運動 （3）擺動運動）擺動運動 （4）伸縮振蕩運動）伸縮振蕩運動 （5）翻轉運動）翻轉運動 （6）旋轉異構運動）旋轉異構運動 第27頁/共73頁第28頁/共73頁2、膜蛋白的運動性、膜蛋白的運動性 （1）橫向擴散）橫向擴散 （側向擴散）：（側向擴散）：指膜蛋白在膜平面上

13、做橫向運動，膜蛋白橫向擴散的速度比膜脂慢得多。如小鼠細胞和人細胞的融合實驗。指膜蛋白在膜平面上做橫向運動，膜蛋白橫向擴散的速度比膜脂慢得多。如小鼠細胞和人細胞的融合實驗。 （2）旋轉擴散：旋轉擴散：膜蛋白能圍繞與膜平面相垂直的軸進行旋轉運動，但旋轉運動速度比側向擴散更為緩慢。膜蛋白能圍繞與膜平面相垂直的軸進行旋轉運動，但旋轉運動速度比側向擴散更為緩慢。 第29頁/共73頁第30頁/共73頁利用細胞融合技術觀察蛋白質運動利用細胞融合技術觀察蛋白質運動 第31頁/共73頁 膜的流動性的生理意義膜的流動性的生理意義： 一切膜的基本活動均在膜的流動狀態(tài)下進行，適宜一切膜的基本活動均在膜的流動狀態(tài)下進行

14、，適宜的流動性是生物膜表現(xiàn)正常功能的必要條件。的流動性是生物膜表現(xiàn)正常功能的必要條件。如果如果細胞膜固化，粘度增大到一定程度，某些物質傳送細胞膜固化，粘度增大到一定程度，某些物質傳送中斷，膜內酶的活性將終止，最終導致細胞的死亡中斷，膜內酶的活性將終止，最終導致細胞的死亡。 生物膜結構不對稱性的生物學意義生物膜結構不對稱性的生物學意義： 生物膜結構上的不對稱性，保證了膜功能的方生物膜結構上的不對稱性，保證了膜功能的方向性。向性。如膜內、外兩層的流動性不同，物質及離子如膜內、外兩層的流動性不同，物質及離子的傳遞有一定的方向，信號的接受與傳遞也具有方的傳遞有一定的方向，信號的接受與傳遞也具有方向性，

15、使膜兩側具不同功能。向性，使膜兩側具不同功能。第32頁/共73頁三、細胞膜的結構模型三、細胞膜的結構模型 第33頁/共73頁第34頁/共73頁第35頁/共73頁第36頁/共73頁論點論點：流動的脂類雙分子層構成了細胞膜的連續(xù)主體，蛋流動的脂類雙分子層構成了細胞膜的連續(xù)主體，蛋白質分子無規(guī)則地分散在脂類的海洋中。依據(jù)蛋白質在白質分子無規(guī)則地分散在脂類的海洋中。依據(jù)蛋白質在脂雙層中的位置，將其分為外在蛋白和內在蛋白。脂雙層中的位置，將其分為外在蛋白和內在蛋白。 構成膜的脂雙層具有液晶態(tài)的特性，它既有晶體分子排構成膜的脂雙層具有液晶態(tài)的特性，它既有晶體分子排列的有序性，又有液體的流動性。列的有序性，

16、又有液體的流動性。模型特點模型特點：強調了膜的流動性及不對稱性。：強調了膜的流動性及不對稱性。不足之處不足之處：忽視了蛋白質分子對脂類分子流動性的控制作用，：忽視了蛋白質分子對脂類分子流動性的控制作用，忽視了膜的各個部分流動性的不均一性等等。忽視了膜的各個部分流動性的不均一性等等。來源：來源：1972年年 Singer和和Nicolson提出提出 第37頁/共73頁第38頁/共73頁 第39頁/共73頁第40頁/共73頁 第二節(jié)第二節(jié) 細胞膜與細胞內外物質轉運細胞膜與細胞內外物質轉運活細胞和周圍環(huán)境之間有選擇地進行著物質交換活細胞和周圍環(huán)境之間有選擇地進行著物質交換，這種交換是通過，這種交換是

17、通過細胞膜細胞膜進行的。進行的。細胞膜特性細胞膜特性：選擇通透性選擇通透性有選擇地允許或阻止有選擇地允許或阻止一些物質通過細胞膜。一些物質通過細胞膜。選擇性通透的作用選擇性通透的作用：對于物質進出細胞起著調節(jié)對于物質進出細胞起著調節(jié)和控制作用和控制作用, 維持了膜內外離子濃度差及膜電位，維持了膜內外離子濃度差及膜電位，保持了膜內外滲透壓平衡，從而保證了生物體的細保持了膜內外滲透壓平衡，從而保證了生物體的細胞進行正常的生命活動。胞進行正常的生命活動。第41頁/共73頁 單純擴散單純擴散 被動運輸被動運輸 通道擴散通道擴散 （小分子和離子小分子和離子） 跨膜運輸跨膜運輸 載體擴散載體擴散 主動運輸

18、主動運輸 離子泵離子泵 離子梯度驅動的主動離子梯度驅動的主動運輸運輸 細胞膜的物質運輸方式細胞膜的物質運輸方式 內吞作用內吞作用 吞噬作用吞噬作用 胞飲作用胞飲作用 膜泡運輸膜泡運輸 （大分子和顆粒物質）（大分子和顆粒物質） 受體介導的內吞受體介導的內吞作用作用 胞吐作用胞吐作用第42頁/共73頁跨膜運輸跨膜運輸 第43頁/共73頁一、被動運輸（一、被動運輸（passive transport）v 概念：概念：又稱易化擴散（又稱易化擴散（facilitated diffusion），是指物質），是指物質順濃度梯度順濃度梯度，由濃度高的一側通過膜運輸?shù)綕舛鹊偷囊粋鹊拇┠U散，由濃度高的一側通過膜

19、運輸?shù)綕舛鹊偷囊粋鹊拇┠U散，不消耗代謝能不消耗代謝能的運輸方式。的運輸方式。 v 種類：種類： 單純擴散單純擴散 通道擴散通道擴散 載體擴散載體擴散第44頁/共73頁（一）單純擴散（一）單純擴散（simple diffusion）v概念概念：一些物質一些物質不需要膜蛋白不需要膜蛋白的幫助，能的幫助，能順濃度梯順濃度梯度自由擴散度自由擴散，通過膜的脂雙層，這種跨膜運輸?shù)男危ㄟ^膜的脂雙層，這種跨膜運輸?shù)男问剑Q單純擴散，又稱式，稱單純擴散，又稱被動擴散（被動擴散（passive diffusion），它，它不需要消耗能量不需要消耗能量，是物質跨膜運輸，是物質跨膜運輸中最簡單的一種形式。中最簡單

20、的一種形式。 v運輸物質運輸物質：脂溶性物質如苯、醇、類固醇類激素以脂溶性物質如苯、醇、類固醇類激素以及及 O2 、N2等就是通過單純擴散的方式運輸?shù)摹５染褪峭ㄟ^單純擴散的方式運輸?shù)摹能量來源能量來源：擴散時，擴散時，所需要的能量是所需要的能量是來自高濃度本來自高濃度本身所包含的勢能身所包含的勢能。第45頁/共73頁第46頁/共73頁第47頁/共73頁人工膜對各類物質的通透率：人工膜對各類物質的通透率：n脂溶性越高通透性越大；脂溶性越高通透性越大；n小分子比大分子易透過；小分子比大分子易透過；n非極性分子比極性容易透過；非極性分子比極性容易透過；n極性不帶電荷的小分子可透過人工脂雙層極性不帶

21、電荷的小分子可透過人工脂雙層;n人工膜對帶電荷的物質，如離子是高度不通透的。人工膜對帶電荷的物質，如離子是高度不通透的。第48頁/共73頁第49頁/共73頁 細胞膜不僅能透過水和非極性分子，而且也能讓各種細胞膜不僅能透過水和非極性分子，而且也能讓各種極性分子，如離子、糖、氨基酸、核苷酸極性分子，如離子、糖、氨基酸、核苷酸以及許多細胞代謝物等快速地通過細胞膜，這些物質的運輸均需要有以及許多細胞代謝物等快速地通過細胞膜，這些物質的運輸均需要有膜蛋白膜蛋白的介導。細胞膜中負責介導轉運這類溶質分子的蛋白質稱為的介導。細胞膜中負責介導轉運這類溶質分子的蛋白質稱為轉運蛋白轉運蛋白（transport pr

22、otein）。）。 根據(jù)轉運蛋白介導物質運輸?shù)男问剑煞譃閮纱箢愋停焊鶕?jù)轉運蛋白介導物質運輸?shù)男问剑煞譃閮纱箢愋停?通道蛋白（通道蛋白（channel protein） 載體蛋白（載體蛋白（carrier protein）（二）通道擴散（二）通道擴散（channel-mediated diffusion）第50頁/共73頁 通道蛋白通道蛋白能形成貫穿膜脂雙層的充水孔道，使一些特異的物質經(jīng)過它從膜的一側進入另一側，稱為能形成貫穿膜脂雙層的充水孔道，使一些特異的物質經(jīng)過它從膜的一側進入另一側，稱為通道擴散通道擴散。 由通道蛋白形成的通道又分為兩類由通道蛋白形成的通道又分為兩類：蛋白通道（蛋白通道

23、（protein channel）閘門通道（閘門通道（gated channel）第51頁/共73頁 1、蛋白通道、蛋白通道 （protein channel） 它是橫跨細胞膜形成的水通道，能使適當大小的分子它是橫跨細胞膜形成的水通道，能使適當大小的分子和帶電荷的溶質通過單純擴散運動從膜的一側到另一和帶電荷的溶質通過單純擴散運動從膜的一側到另一側。側。 通道蛋白不直接與被轉運物質相互作用，這些小的通道蛋白不直接與被轉運物質相互作用，這些小的帶電荷的分子可以自由的擴散，通過由脂質雙層中脂帶電荷的分子可以自由的擴散，通過由脂質雙層中脂蛋白帶電荷的親水區(qū)所形成的水通道。蛋白帶電荷的親水區(qū)所形成的水通

24、道。第52頁/共73頁2、閘門通道（、閘門通道（gated channel） 這類轉運蛋白所形成的孔道具有這類轉運蛋白所形成的孔道具有“閘門閘門”的作用。閘門不是連續(xù)開放，只是在的作用。閘門不是連續(xù)開放，只是在對特定的刺激對特定的刺激發(fā)生反應的發(fā)生反應的瞬時打開瞬時打開，其他時間是關閉的。，其他時間是關閉的。 根據(jù)其閘門開啟的機制主要分為以下幾種根據(jù)其閘門開啟的機制主要分為以下幾種： 電壓電壓閘門通道閘門通道 配體配體閘門通道閘門通道 第53頁/共73頁（1）電壓閘門通道）電壓閘門通道 閘門的開閉受閘門的開閉受膜電位變化膜電位變化所控制所控制，常以選擇性通過的離子，常以選擇性通過的離子而命名，

25、如：而命名，如：Na+、K+、Ca2+通道等。通道等。 正常情況下，膜處于極化狀態(tài)，電壓閘門關閉；接受正常情況下，膜處于極化狀態(tài)，電壓閘門關閉；接受刺激后，膜去極化，電壓閘門開放。刺激后，膜去極化，電壓閘門開放。第54頁/共73頁第55頁/共73頁（2）配體閘門通道）配體閘門通道 閘門的開閉受閘門的開閉受化學物質化學物質調節(jié)調節(jié)，如細胞外的神經(jīng)遞質等化如細胞外的神經(jīng)遞質等化學物質（配體，學物質（配體，ligand）與通道蛋白上的特異部位結合）與通道蛋白上的特異部位結合，引起蛋白質構象改變，閘門開放，離子迅速從高濃度，引起蛋白質構象改變，閘門開放，離子迅速從高濃度到低濃度，閘門也隨即關閉。到低濃

26、度，閘門也隨即關閉。第56頁/共73頁第57頁/共73頁第58頁/共73頁Three conformation of the acetylcholine receptor第59頁/共73頁 閘門通道的開放和關閉常常是連續(xù)相繼進行的過程閘門通道的開放和關閉常常是連續(xù)相繼進行的過程。例如：在神經(jīng)。例如：在神經(jīng)-肌肉接頭，沿神經(jīng)傳來的沖動刺激肌肉肌肉接頭，沿神經(jīng)傳來的沖動刺激肌肉收縮，整個反應至少包括收縮，整個反應至少包括4種不同閘門通道的順次開放種不同閘門通道的順次開放與關閉：與關閉：電壓閘門電壓閘門Ca2+通道通道 配體閘門配體閘門Na+通道通道 電壓閘門電壓閘門Na+通道通道 電壓閘門電壓閘門

27、Ca2+通道通道第60頁/共73頁Ion-channel linked receptors in neurotransmission神經(jīng)肌肉接點由神經(jīng)肌肉接點由Ach門控通道開放而出現(xiàn)終板電位時，可使肌細胞膜中的電門控通道開放而出現(xiàn)終板電位時，可使肌細胞膜中的電位門位門Na+通道和通道和K+通道相繼激活，出現(xiàn)動作電位；引起肌質網(wǎng)通道相繼激活，出現(xiàn)動作電位；引起肌質網(wǎng) Ca2+通道打通道打開，開，Ca2+進入細胞質，引發(fā)肌肉收縮。進入細胞質，引發(fā)肌肉收縮。第61頁/共73頁2003年，美國科學家彼得年，美國科學家彼得阿格雷和羅德里克阿格雷和羅德里克麥金農，麥金農，分別因對細胞膜水通道，離子通道結構和機理研究而獲分別因對細胞膜水通道，離子通道結構和機理研究而獲諾貝爾化學獎。諾貝爾化學獎。 Peter AgreRoderick MacKinnon 第62頁/共73頁（三）載體擴散（三）載體擴散（carrier-mediated diffusion）概 念 ：概 念 ：借助于借助于與與載體蛋白載體蛋白的特異性結合，通過的特異性結合，通過載體蛋白載體蛋白自自身構象的改變身構象的改變，允許該物質，允許該物質順濃度梯度順濃度梯度穿過膜而進穿過膜而進入膜的另一側入膜的另一側的物質運輸方式的物質運輸方式。通 過 物 質 ：通 過 物 質 ：一些非脂溶性或親水性的物質，如一些非脂溶性或