1、細(xì)胞生物學(xué)中國藥科大學(xué)藥理教研室第四章 細(xì)胞膜與細(xì)胞表面 第一節(jié) 細(xì)胞膜與細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu) 一、概念 二、膜的化學(xué)組成 三、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型 四、膜的流動性和不對稱性 五、細(xì)胞膜的功能 六、骨架與細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu) 第二節(jié) 細(xì)胞連接 一、封閉連接 二、錨定連接 三、通訊連接 四、細(xì)胞表面的粘著因子第一節(jié) 細(xì)胞膜與細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)一、概念 細(xì)胞膜（cell membrane）：是細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的總稱，包括細(xì)胞外層的膜和存在于細(xì)胞質(zhì)中的膜，有時也特指細(xì)胞質(zhì)膜 細(xì)胞質(zhì)膜（plasma membrane）：是指包圍在細(xì)胞表面的一層及薄的膜，主要由膜脂和膜蛋白組成 內(nèi)膜（internal membrane）

2、：真核細(xì)胞除了具有細(xì)胞表面膜外，細(xì)胞質(zhì)中還有許多由膜分隔成的各種細(xì)胞器，這些細(xì)胞器的膜結(jié)構(gòu)和質(zhì)膜相似，但功能有所不同 生物膜（biomembrane）：習(xí)慣上把細(xì)胞所有膜結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為生物膜，實際上它是細(xì)胞內(nèi)膜和質(zhì)膜的總稱二、膜的化學(xué)組成生物化學(xué)分析表明,在各種不同類型的細(xì)胞中生物膜的化學(xué)組成幾乎全部是由脂類,蛋白質(zhì)和糖類組成膜中蛋白質(zhì)與脂的比例依據(jù)膜的類型(如質(zhì)膜,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,高爾基體膜),細(xì)胞類型,生物類型的不同而不同-3070 葉綠體-2278 內(nèi)膜痕量4555 外膜 線粒體102762 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)102664 高爾基體23266 核膜103654 肝細(xì)胞37918 神經(jīng)鞘84349 紅細(xì)胞 質(zhì)膜

3、糖類脂蛋白質(zhì) 膜 占干重的百分比 /%（一）膜脂 生物膜上的脂類統(tǒng)稱為膜脂（membrane lipid），其分子排列呈連續(xù)的雙層，構(gòu)成了生物膜的基本構(gòu)架 具有兩親性（amphipathic） 成分：磷脂、糖脂、膽固醇1、磷脂 占整個膜脂的50以上磷脂甘油磷脂鞘磷脂磷脂酰膽堿（卵磷脂 PC）磷脂酰絲氨酸（PS）磷脂酰乙醇胺（PE）磷脂酰肌醇（PI）含量較少，是鞘氨醇的衍生物磷脂分子的主要特征： 具有一個極性的頭部和兩個非極性的尾 脂肪酸碳鏈多為偶數(shù) 除飽和脂肪酸根外，還常有不飽和脂肪酸（如油酸），不飽和脂肪酸多為順式，順式雙鏈在烴鏈中產(chǎn)生約30的彎曲2、糖脂、糖脂 普遍存在于原核細(xì)胞和真核細(xì)胞

4、的細(xì)胞膜上 神經(jīng)細(xì)胞膜上糖脂含量較高3、膽固醇和中性脂質(zhì)、膽固醇和中性脂質(zhì) 存在于真核細(xì)胞膜上，其含量不超過膜脂的1/3 提高脂雙層的力學(xué)穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)脂雙層流動性，降低水溶性物質(zhì)的通透性4、脂質(zhì)體 是根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢而制備的人工膜5、膜脂的功能構(gòu)成膜的基本骨架是膜蛋白的溶劑：一些蛋白通過疏水端同膜脂作用，使蛋白鑲嵌在膜上得以執(zhí)行特殊功能脂雙層的伸縮性使得細(xì)胞在運動和分裂時膜得以形變、解體和重建脂的雙層性和可塑性有利于細(xì)胞的融合與生殖脂存在的膜功能主要磷脂磷脂酰膽堿大多數(shù)膜中形成脂雙層磷脂酰乙醇胺大多數(shù)膜中起界膜作用磷脂酰絲氨酸大多數(shù)膜中起界膜作用次要磷脂心磷脂線粒

5、體內(nèi)膜激活染色體磷脂酰肌醇大多數(shù)膜中作為三磷酸肌醇的供體鞘脂大多數(shù)哺乳動物細(xì)胞，特別是神經(jīng)細(xì)胞屏障作用，激活某些酶糖脂葉綠體內(nèi)囊體膜屏障作用膽固醇大多數(shù)動物細(xì)胞膜降低膜的滲透性，調(diào)節(jié)膜的流動性（二）膜糖細(xì)胞膜中糖的7%與膜脂共價連接形成糖脂，其余的93%同膜蛋白共價連接形成糖蛋白細(xì)胞質(zhì)膜上所有的膜糖都位于質(zhì)膜的外表面，內(nèi)膜系統(tǒng)的膜糖則位于內(nèi)表面膜糖在細(xì)胞的生命活動中具有重要作用（三）膜蛋白 膜蛋白的種類整合蛋白：部分或全部鑲嵌在細(xì)胞膜中或內(nèi)外兩側(cè)外周蛋白:完全外露在脂雙層的內(nèi)側(cè)或外側(cè)脂錨定蛋白:位于脂雙層的外側(cè)-整合蛋白, -脂錨定蛋白, -外周蛋白膜蛋白的功能 某些膜蛋白及其功能功能蛋白示例

6、作用方式運輸?shù)鞍譔a+-K+泵主動將Na+泵出細(xì)胞，將K泵入細(xì)胞連接蛋白整聯(lián)蛋白將細(xì)胞內(nèi)肌動蛋白與細(xì)胞外基質(zhì)蛋白相連受體蛋白血小板生長因子受體同細(xì)胞外血小板生長因子結(jié)合，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生信號，引起細(xì)胞的生長和分裂酶腺苷酸環(huán)化酶在細(xì)胞外信號作用下，使細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生cAMP三、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型1895 E. Overton推測細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成1925 E.Gorter & F. Grendel用有機溶劑提取人紅細(xì)胞質(zhì)膜的脂類成分,推測細(xì)胞膜由雙層脂分子組成1935 J. Danielli & H. Davson提出”蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)”三明治模型1959 J.D.Robertxon 提出單位

7、膜模型流動鑲嵌模型脂筏模型（一）流動鑲嵌模型 細(xì)胞膜的膜骨架是脂雙層結(jié)構(gòu)，球形膜蛋白分子以各種鑲嵌形式與脂雙分子層結(jié)合，有的附著在內(nèi)外表面，有的全部或部分嵌入膜中，有的貫穿膜的全層 該模型突出了膜的流動性和不對稱性,認(rèn)為細(xì)胞膜由流動的脂雙層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成 質(zhì)膜的流動性由膜脂和蛋白質(zhì)的分子運動兩方面組成（二）脂筏模型 脂筏是質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域，大小約70nm左右，是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，位于質(zhì)膜的外小頁 脂筏的功能：1. 信號傳導(dǎo) 2. 跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運 3. 胞外毒素、細(xì)菌、及病毒的內(nèi)吞 4. 膽固醇的運送 5. 維持細(xì)胞內(nèi)Ca2+的穩(wěn)態(tài)平衡四、膜的流動性和不對稱性（一）膜的流動性

8、根據(jù)膜的流動鑲嵌模型，說明生物膜是一種動態(tài)的結(jié)構(gòu)，具有膜脂的流動性和膜蛋白的運動性 概念：是指膜內(nèi)部的脂和蛋白質(zhì)的流動性1、膜脂的運動方式1.側(cè)向擴散：同一平面上相鄰的脂分子交換位置2.旋轉(zhuǎn)運動：膜脂分子圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行快速旋轉(zhuǎn)3.擺動運動：膜脂分子圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行左右擺動4.伸縮震蕩：脂肪酸鏈沿著與縱軸進(jìn)行伸縮震蕩運動5.翻轉(zhuǎn)運動：膜脂翻轉(zhuǎn)從脂雙層的一層翻轉(zhuǎn)到另一層6.旋轉(zhuǎn)異構(gòu)：脂肪酸鏈圍繞C-C鍵旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致異構(gòu)化運動2、膜蛋白的運動3、影響膜流動性的因素 自身組成成分 環(huán)境等理化因素4、膜流動性的生理意義 參與細(xì)胞的物質(zhì)運輸 與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)密切相關(guān) 與細(xì)胞周期相關(guān) 參與能量

9、轉(zhuǎn)換 與酶活性相關(guān) 發(fā)育和衰老（二）膜的不對稱性ES：細(xì)胞外表面PS：原生質(zhì)表面EF：細(xì)胞外小頁斷裂面PF：原生質(zhì)小頁斷裂面 是指細(xì)胞質(zhì)膜中各種成分的分布不均勻，包括種類和數(shù)量的不均勻 膜脂分布的不對稱性 膜蛋白分布的不對稱性 膜糖的不對稱性不對稱性的意義 膜脂、膜糖、膜蛋白分布的不對稱性導(dǎo)致了膜的不對稱性和方向性，保證了生命活動的高度有序性 膜脂、膜糖、膜蛋白分布的不對稱性使膜不僅內(nèi)外兩側(cè)的功能不同，而且不同區(qū)域的功能也不同 細(xì)胞間的識別、運動、物質(zhì)運輸、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等都具有方向性，這些方向性的維持依賴于膜脂、膜糖、膜蛋白分布的不對稱性五、細(xì)胞膜功能 界膜和區(qū)室化:勾畫了細(xì)胞的邊界,并在細(xì)胞質(zhì)中

10、劃分了許多以膜包被的區(qū)室 調(diào)節(jié)運輸:膜為兩側(cè)的分子交換提供了一個屏障,一方面可以讓某些物質(zhì)”自由通透”,另一方面又作為某些物質(zhì)出入細(xì)胞的障礙 功能定位與組織化:通過形成膜結(jié)合細(xì)胞器使細(xì)胞的功能定位在一定的細(xì)胞結(jié)構(gòu)并組成相互協(xié)作的系統(tǒng) 信號檢測與傳遞:細(xì)胞通常用質(zhì)膜中的受體蛋白從環(huán)境中接收化學(xué)和電信號 參與細(xì)胞間的相互作用:包括細(xì)胞識別,細(xì)胞黏著,細(xì)胞連接等 能量轉(zhuǎn)換:線粒體,葉綠體六、骨架與細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu) 細(xì)胞膜常與膜下結(jié)構(gòu)相互聯(lián)系,協(xié)同作用,并形成細(xì)胞表面的某些特化結(jié)構(gòu)以完成特定功能 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)胞的變形足等等，分別與細(xì)胞形態(tài)的維持、細(xì)胞運動、細(xì)胞

11、的物質(zhì)交換等功能有關(guān) (一) 膜骨架膜骨架指質(zhì)膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)( meshwork)成熟的動物血紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核、細(xì)胞器和內(nèi)膜系統(tǒng)，是研究膜骨架的理想材料 紅 細(xì) 胞 膜 蛋 白 主 要 成 分 包 括 ： 血 影 蛋 白（spectrin）、錨蛋白（ankyrin）、帶4.2蛋白（band 4.2）、帶4.1蛋白（band 4.1）、短肌動蛋白（short actin）和血型糖蛋白（glycophorin） （二）紅細(xì)胞膜骨架血影蛋白（spectrin）：有稱收縮蛋白，是紅細(xì)胞膜骨架的主要成分。由結(jié)構(gòu)相似的鏈、鏈組成一個異二聚體，兩個二聚體頭與頭相接連形成一四聚體。

12、錨蛋白（ankyrin）：與血影蛋白和帶3蛋白的胞質(zhì)部相連，將血影蛋白網(wǎng)絡(luò)連接到質(zhì)膜上帶3蛋白（band 3 protein）：是陰離子載體，通過交換Cl，使HCO3進(jìn)入紅細(xì)胞。為二聚體。每個單體含929個氨基酸，穿膜12次血型糖蛋白（glycophorin）：與帶4.1蛋白相連第二節(jié) 細(xì)胞連接一、封閉連接 緊密連接是封閉連接的主要形式，一般存在于上皮細(xì)胞之間，在光鏡下小腸上皮細(xì)胞之間的閉鎖堤區(qū)域是緊密連接的部位 阻止可溶性物質(zhì)從上皮細(xì)胞層一側(cè)擴散到另一側(cè)；同時將上皮細(xì)胞的游離端與基底面細(xì)胞膜上的膜蛋白相互隔離二、錨定連接 錨定連接通過細(xì)胞骨架系統(tǒng)將細(xì)胞與相鄰細(xì)胞或細(xì)胞與基質(zhì)之間連接起來 根據(jù)直接參與細(xì)胞連接的骨架纖維的性質(zhì)不同，錨定連接分為橋粒和半橋粒；粘著帶和粘著斑三、通訊連接 包括間隙