1、第四章 細胞膜質膜又稱細胞膜質膜又稱細胞膜cell membranecell membrane 圍繞在細胞最外層，由脂類和蛋白質構成圍繞在細胞最外層，由脂類和蛋白質構成的生物膜。的生物膜。根本概念生物膜生物膜biomembranebiomembrane；biological membranebiological membrane 質膜和細胞內各種膜的統稱。質膜和細胞內各種膜的統稱。生物膜是細胞進展生命活動的重要構造根底生物膜是細胞進展生命活動的重要構造根底, ,物質運物質運輸、能量轉換、信息傳送、蛋白質合成、細胞運動輸、能量轉換、信息傳送、蛋白質合成、細胞運動等活動都與膜的作用有關等活動都與膜

2、的作用有關第一節質膜的構造模型第一節質膜的構造模型v質膜的化學組成：膜脂 、膜蛋白質膜構造的研討歷史質膜的流動鑲嵌模型細胞膜的功能v質膜的構造3質膜的構造v質膜構造的研討歷史質膜構造的研討歷史1.E.Overton1895發現凡是溶于脂肪的物質很容易透過細胞膜，而不溶于脂肪的物質不易透過細胞膜，因此推測細胞膜由延續的脂類物質組成。紅細胞的根本性質紅細胞的根本性質 成熟的紅細胞呈雙面凹或單面凹陷的成熟的紅細胞呈雙面凹或單面凹陷的盤狀，直徑約為盤狀，直徑約為7m,7m,厚度厚度1.7m,1.7m,外表積外表積為為145m2145m2； 紅細胞的主要功能是攜帶紅細胞的主要功能是攜帶O2O2和運輸和運

3、輸CO2CO2，紅細胞的壽命約為紅細胞的壽命約為120120天，終身中要行走天，終身中要行走500500，000000質膜構造的研討歷史質膜構造的研討歷史2.E.Gorter&F.Grendel1925用有機溶劑提取了人類紅細胞質膜的脂類成分，將其鋪展在水面，測出膜脂展開的面積二倍于細胞外表積，因此推測細胞膜由雙層脂分子組成。3.J.Danielli&H.Davson1935發現質膜的外表張力比油水界面的張力低得多，推測膜中含有蛋白質，從而提出了蛋白質-脂類-蛋白質的三明治模型。6球球形形蛋蛋白白質質層層J.F.Danielli & H.davson提提出出的的第第一一個個質質膜膜模模型型.雙

4、雙分分子子片片層層模模型型/ Danielli davson模模型型流動鑲嵌模型其他模型其他模型液晶態模型：膜脂處于無序流動性液晶態模型：膜脂處于無序流動性和有序晶態之間的動態轉變之中。和有序晶態之間的動態轉變之中。板塊鑲嵌模型：強調生物膜是由具有流板塊鑲嵌模型：強調生物膜是由具有流動性程度不同的動性程度不同的“板塊鑲嵌而成。板塊鑲嵌而成。脂伐模型：該模型以為在生物膜上膽固脂伐模型：該模型以為在生物膜上膽固醇富集而構成有序脂相，好像醇富集而構成有序脂相，好像“脂伐脂伐一樣載著各種蛋白質。推測一個一樣載著各種蛋白質。推測一個100nm大小的脂伐可載有大小的脂伐可載有600個蛋白質分子。個蛋白質分

5、子。此模型可以解釋生物膜的某些性質與功此模型可以解釋生物膜的某些性質與功能，但仍需求更多的證據能，但仍需求更多的證據磷脂雙分子層是組成生物膜的根本構呵斥分磷脂雙分子層是組成生物膜的根本構呵斥分,尚未尚未發現膜構造中起組織作用的蛋白；發現膜構造中起組織作用的蛋白； 蛋白分子以不同方式鑲嵌在脂雙層分子中或結合蛋白分子以不同方式鑲嵌在脂雙層分子中或結合在其外表在其外表,膜蛋白是賦予生物膜功能的主要決議者；膜蛋白是賦予生物膜功能的主要決議者； 膜的流動性：生物膜可看成蛋白質在雙層脂分子膜的流動性：生物膜可看成蛋白質在雙層脂分子中的二維溶液中，其相互作用復雜并與膜蛋白和膜中的二維溶液中，其相互作用復雜并

6、與膜蛋白和膜脂的流動性相關。是生物膜的根本特征之一脂的流動性相關。是生物膜的根本特征之一, 是細胞是細胞進展生命活動的必要條件。進展生命活動的必要條件。 膜的不對稱性膜的不對稱性生物膜構造的特征生物膜構造的特征膜的化學組成膜的化學組成 膜主要由脂類、蛋白質組成，另外膜主要由脂類、蛋白質組成，另外還有少量糖，主要以糖脂或糖蛋白還有少量糖，主要以糖脂或糖蛋白的方式存在。膜的根本骨架主要有的方式存在。膜的根本骨架主要有膜脂構成。膜的功能主要由蛋白質膜脂構成。膜的功能主要由蛋白質來承當。來承當。膜脂主要為：磷脂、糖脂和膽固醇。膜脂主要為：磷脂、糖脂和膽固醇。磷脂主要包括甘磷脂主要包括甘油磷脂和鞘磷脂。

7、油磷脂和鞘磷脂。約占膜脂的約占膜脂的50%以上以上膽固醇細菌質膜膽固醇細菌質膜無，有降低質膜無，有降低質膜通透性和脂分子流通透性和脂分子流動性，加強動物細動性，加強動物細胞質膜的堅性。胞質膜的堅性。糖脂普遍存在于糖脂普遍存在于原核細胞和真核原核細胞和真核細胞中。主要存細胞中。主要存在于神經細胞中，在于神經細胞中， 如腦苷脂和神如腦苷脂和神經節苷脂，約經節苷脂，約為為5%-10%。具有一個極性頭部和兩個非極性尾部。具有一個極性頭部和兩個非極性尾部。脂肪酸碳鏈為偶數脂肪酸碳鏈為偶數16，18或或20個碳個碳原子組成原子組成)除飽和脂肪酸外，還有不飽和除飽和脂肪酸外，還有不飽和 脂肪酸脂肪酸15Ty

8、pical Cholesterol膜脂分子的運動方式：膜脂分子的運動方式：磷脂分子在膜內沿膜平面側向分散運動磷脂分子在膜內沿膜平面側向分散運動磷脂分子圍繞軸心的自旋運動；磷脂分子圍繞軸心的自旋運動； 磷脂分子尾部的擺動；磷脂分子尾部的擺動； 磷磷脂分子在兩層脂分子中做翻轉運動脂分子在兩層脂分子中做翻轉運動膜脂的運動脂質體脂質體liposome脂質體是根據磷脂分子可在水相中構成穩定的脂雙層膜的趨勢而制備的人工膜。脂質體的類型。脂質體的運用 B) B)水溶液中的磷脂分子團；水溶液中的磷脂分子團；(C)(C)球形脂質體；球形脂質體；(D(D用于疾病治療的脂質體的表示圖用于疾病治療的脂質體的表示圖AB

9、CD膜蛋白膜蛋白是膜功能的表達者。估計核基因組編碼的蛋白質中30%為膜蛋白。根據膜蛋白與脂分子的結合方式分為： 整合蛋白 外周蛋白 脂錨定膜蛋白外周蛋白外周蛋白(peripheral protein)又稱附著蛋白又稱附著蛋白(protein-attached)。這種蛋。這種蛋白完全外露在脂雙層的內外兩側，為水溶性蛋白，靠離子鍵或其他較白完全外露在脂雙層的內外兩側，為水溶性蛋白，靠離子鍵或其他較弱的鍵與膜外表的蛋白質或脂分子結合。只需提高溫度或者改動溶液弱的鍵與膜外表的蛋白質或脂分子結合。只需提高溫度或者改動溶液的離子強度就可以將外周蛋白分別下來。的離子強度就可以將外周蛋白分別下來。外周蛋白 (

10、Lipid-anchored proteins)脂錨定蛋白整合蛋白整合蛋白(integral protein)又稱內在蛋白(intrinsic protein)， 跨膜蛋白(transmembrane protein)， 為兩性分子，部分或全部鑲嵌在細胞膜中或內外兩側。整合蛋白與膜的結合非常嚴密，必需經過去垢劑才干將其從膜上去除下來。去垢劑去垢劑detergent)去垢劑是一端親水一端疏水的兩性小分子去垢劑是一端親水一端疏水的兩性小分子,是分別與研討膜蛋是分別與研討膜蛋白的常用試劑。白的常用試劑。離子型去垢劑離子型去垢劑(SDS)和非離子型去垢劑和非離子型去垢劑Triton X-100離子型離

11、子型 十二烷基磺酸鈉十二烷基磺酸鈉SDS) 作用猛烈，引起蛋白量變性作用猛烈，引起蛋白量變性非離子型非離子型 Triton X-100 作用較溫暖作用較溫暖第二節 生物膜根本特征和功能膜的流動性膜脂的流動性膜蛋白的流動性二 膜的不對稱性膜脂的不對稱膜蛋白的不對稱膜脂的流動膜脂的流動脂分子的側向運動脂分子的側向運動 1. 脂肪酸鏈長短脂肪酸鏈長短 越短，流動性越大越短，流動性越大2. 脂肪酸不飽和度脂肪酸不飽和度 越高，流動性越大越高，流動性越大3. 溫度溫度 相變溫度。在細菌和動物細胞中常經過添相變溫度。在細菌和動物細胞中常經過添加不飽和脂肪酸的含量來調理膜脂的相變溫度以維加不飽和脂肪酸的含量

12、來調理膜脂的相變溫度以維持膜脂的流動性。持膜脂的流動性。4. 膽固醇膽固醇 防止防止 膜脂由液相膜脂由液相 固相。在動物細胞中，固相。在動物細胞中，膽固醇對膜的流動性起重要的雙向調理作用。膽固醇對膜的流動性起重要的雙向調理作用。25膜蛋白的運動性膜蛋白的運動性在各種情況下，膜蛋白均可發生位置上的變動。在各種情況下，膜蛋白均可發生位置上的變動。各種膜蛋白的運動速度不同。膜蛋白的運動性要各種膜蛋白的運動速度不同。膜蛋白的運動性要受其所處的微環境的影響。即膜蛋白的運動性要受其所處的微環境的影響。即膜蛋白的運動性要受其周圍膜脂的限制，也要受細胞骨架的制約，受其周圍膜脂的限制，也要受細胞骨架的制約，還有

13、其它膜蛋白的影響。還有其它膜蛋白的影響。膜蛋白的運動方式主要有：側向分散和圍膜蛋白的運動方式主要有：側向分散和圍繞與膜平面相垂直的軸線旋轉。此外，還繞與膜平面相垂直的軸線旋轉。此外，還有翻轉。有翻轉。鼠鼠人人細細胞胞交交融融實實驗驗淋巴細胞的成帽效應淋巴細胞的成帽效應 經過抗體交聯膜蛋白經過抗體交聯膜蛋白分子聚集成斑分子聚集成斑(patching)、成帽、成帽(capping)的景象也是的景象也是膜蛋白在膜平面側向膜蛋白在膜平面側向分散的例子。分散的例子。28成成帽帽反反響響 用熒光染料標志膜脂或膜蛋白用激光束照射使外表構成漂白斑經過分散，標志分子進入漂白斑，反差減小標志分子進一步分散，斑點消

14、逝。根據熒光恢復的速度根據熒光恢復的速度, 可推算膜脂或膜蛋白的分散速度可推算膜脂或膜蛋白的分散速度 熒光漂白恢復技術(fluorescence recovery after photobleaching FRAP)膜的不對稱性膜的不對稱性(membrane asymmetry)細胞質膜的不對稱性是指細胞質膜脂雙層中各種成分不是均勻分布 的，包括膜脂、膜蛋白和膜糖的不均勻分布。膜脂的不對稱性 膜脂的不對稱性表如今脂雙層中分布的各類脂的比例不同， 各種細胞的膜脂不對稱性差別很大原生質外表原生質外表細胞外小頁斷裂面細胞外小頁斷裂面原生質小頁斷裂面原生質小頁斷裂面30原生質小葉斷原生質小葉斷裂面裂面

15、細胞外小葉斷裂面膜脂的不對稱性膜脂的不對稱性(membrane asymmetry)膜蛋白的不對稱： 每種膜蛋白在膜中都有特定的排布方向，與其功能相順應，這是膜蛋白不對稱性的主要要素。膜蛋白的不對稱性包括外周蛋白分布的不對稱以及整合蛋白內外兩側氨基酸殘基數目的不對稱。膜蛋白的不對稱膜蛋白的不對稱膜糖的不對稱膜糖的不對稱膜糖以糖蛋白或糖脂的方式存在，無論是糖蛋白還是糖脂的糖基都是位于膜的外外表。細胞膜的功能細胞膜的功能1. 為細胞的生命活動提供相對穩定的內環境；2. 選擇性的物質運輸，包括代謝底物的輸入與代謝產物的排出；3. 提供細胞識別位點，并完成細胞內外信息的跨膜傳送；4. 為多種酶提供結合

16、位點，使酶促反響高效而有序地進展；5. 介導細胞與細胞、細胞與基質之間的銜接；6. 參與構成具有不同功能的細胞外表特化構造。膜骨架與細胞外表的特化構造膜骨架與細胞外表的特化構造膜骨架 指細胞膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網絡構造，它參與維持細胞膜的外形并協助質膜完成多種生理功能。紅細胞紅細胞生物學意義：膜骨架賦予細胞質膜既有很好的彈性又生物學意義：膜骨架賦予細胞質膜既有很好的彈性又具有較高強度。維持質膜的外形并協助質膜完成多種具有較高強度。維持質膜的外形并協助質膜完成多種生理功能。生理功能。成熟的紅細胞沒有細胞器，質膜是它的獨一構造，并且易于提純和分別，是研討膜和膜骨架的最好資料。膜骨架賦

17、予紅細胞質膜既有很好的彈性又具有較高強度將紅細胞分別后放入低滲溶液中，水很快滲入到細胞內部，使紅細胞將紅細胞分別后放入低滲溶液中，水很快滲入到細胞內部，使紅細胞膨脹、破裂，從而釋放出血紅蛋白和其他胞內可溶性的蛋白質，此時膨脹、破裂，從而釋放出血紅蛋白和其他胞內可溶性的蛋白質，此時的紅細胞就變成了沒有內容物的空殼，由于紅細胞膜具有很大的變形的紅細胞就變成了沒有內容物的空殼，由于紅細胞膜具有很大的變形性、柔韌性和可塑性，當紅細胞的內容物滲漏之后，紅細胞依然堅持性、柔韌性和可塑性，當紅細胞的內容物滲漏之后，紅細胞依然堅持原來的外形和大小，這種構造被稱為血影原來的外形和大小，這種構造被稱為血影(ghost)紅細胞質膜蛋白及膜骨架紅細胞質膜蛋白及膜骨架紅細胞膜骨架的構成紅細胞膜骨架的構成紅細胞質膜蛋白的紅細胞質膜蛋白的SDS-PAGE SDS-PAGE 紅細胞膜骨架的構造紅細胞膜骨架的構造分別紅細胞膜后可用陰離子去垢劑溶解膜蛋白