1、第四章 細胞膜的分子生物學概念細胞膜（Cell Membrane）：是細胞質與外界環境相隔開的一層界膜，又稱質膜（plasma membrane）內膜系統（endo membrane system） ：除質膜外，真核細胞內還有一些膜結構，稱為細胞內膜系統生物膜（biological membrane）：細胞質膜和細胞內膜系統的統稱生物膜的特性結構特點：兩明夾一暗（單位膜，unit membrane）細胞膜存在的意義從以下方面學習細胞膜細胞膜的化學組成細胞膜（生物膜）的特性細胞膜的模型第一節細胞膜的化學組成及結構脂類，蛋白質，糖類脂質雙層一 膜脂（membrane lipid）結構：脂質雙層（L

2、ipid bilayer）構成細胞膜的基本骨架，主要包括：磷脂（phospholipid）膽固醇（Sterols）糖脂（Glycolipids）磷脂分類磷脂酰肌醇Phosphatidylinositol, PI位于質膜內層，含量少，細胞信號轉導磷脂的結構丙三醇+磷酸+膽堿鞘磷脂鞘磷脂（sphingomyelin，SM）以鞘胺醇（sphingosine）為骨架。腦和神經細胞膜中特別豐富，原核和植物細胞膜中不含。磷脂分子特點Lipid micelle磷脂分子團Lipid bilayer脂雙分子層雙親性分子電鏡下磷脂雙分子層的結構膽固醇的結構極性頭部為羥基團非極性結構甾環和烴鏈膽固醇的作用增加膜的穩

3、定性。極性頭部與磷脂的極性頭部緊靠，甾環固定在磷脂分子臨近頭部的烴鏈上，使之不易活動，增加膜的穩定性。糖脂的結構脂類+寡糖半乳糖腦苷脂神經節苷脂N-乙酰神經氨酸NANA唾液酸殘基糖脂的分布二、膜蛋白A.功能：B.分類： C.含量：50% 膜內在蛋白（穿膜蛋白） 膜外在蛋白（周邊蛋白） 脂錨定蛋白 (脂連接蛋白)跨膜蛋白以單條-螺旋貫穿脂質雙層，稱單次穿膜跨膜蛋白以數條-螺旋多次折返穿越脂雙層，稱多次穿膜膜蛋白共價結合在膜的胞質單層內的羥鏈上膜的非胞質面單層中含有磷脂酰肌醇，膜蛋白通過一寡糖鏈與之共價結合膜蛋白非共價結合在其它膜蛋白上分布周圍膜蛋白（peripheral membrane pro

4、tein）此類蛋白與膜連接較松散（離子鍵，氫鍵），只需較輕柔方法（置于高、低滲或極端pH溶液中）即可破壞蛋白之間的連接而不損傷脂雙層整合膜蛋白（integral membrane protein）此類蛋白與膜共價連接，直接與質雙層的疏水區相互作用，與脂肪酸共價連接，只有用去垢劑如SDS、Triton才能破壞脂雙層把蛋白提取出來兩類去垢劑三、膜糖類真核細胞表面有糖類，占膜重110；它們以各種形式連接于膜蛋白、膜脂分子上，位于膜的非胞質膜上（一）膜糖類存在的形式1.以低聚糖鏈共價結合于膜脂分子上形成糖脂（7%）2.以低聚糖鏈共價結合于膜蛋白分子上形成糖蛋白（93%）（二）膜糖類的功能 可能涉及細胞

5、與其它細胞或細胞外物質的相互作用如識別、物質交換、接觸抑制等第二節細胞膜的性質流動性不對稱性一、生物膜的流動性（fluidity）1.脂雙層是液晶態二維流體熒光恢復實驗1.側向擴散（laternal deffusion）:同一單分子層內脂類分子與其相鄰分子交換位置2.翻轉運動（flip-flop）:膜脂分子從脂雙層一層翻轉至另一層的運動3.旋轉運動（rotation）:膜脂分子繞與膜平面垂直的縱軸進行快速的旋轉4.彎曲運動（flexion）:膜脂分子尾端發生擺動，一般尾端擺動幅度大，頭部區擺動幅度小四種運動方式概念：相變（phase transition）:由同一種類型磷脂合成的脂雙層，可在一

6、個凝固點上由液態轉變為凝膠狀態，這種物態的轉變叫相變相變溫度越低，膜從液態轉變為固態的速度越慢，膜的流動性越能保持影響脂雙層流動性的因素影響脂雙層流動性的因素因素一影響脂雙層流動性的因素因素二影響脂雙層流動性的因素因素三卵磷脂脂肪酸不飽和程度高,相變溫度低 影響脂雙層流動性的因素因素四影響脂雙層流動性的因素其他因素2.膜蛋白具有流動性由于耗能大，膜蛋白在細胞膜中不能發生翻轉運動，以旋轉運動和側向擴散運動為主膜蛋白的流動性細胞膜的流動也有限制膜蛋白被限制的四種可能性二、生物膜的不對稱性（asymmetry）1.膜脂分布的不對稱性膜的兩個單層所含磷脂種類有極大不同 糖脂全部分布于膜的非胞質單層中，

7、其糖基位于質膜的外側或內膜腔面2.膜蛋白分布的不對稱性跨膜膜蛋白跨越脂雙層有一定方向，如血型糖蛋白肽鏈的N端在細胞膜的非胞質面側，而帶蛋白的N端在細胞膜的胞質側酶作用于膜時，結合于膜的一側細胞骨架蛋白結合于胞質側糖蛋白不對稱性體現在糖基位于膜的非胞質側，在細胞質側無低聚糖細胞膜功能概述1. Define the boundaries of the cell and its organelles. 2. Serve as loci for specific functions. 3. provide for and regulate transport processes. 4. contain

8、 the receptors needed to detect external signals. 5. provide mechanisms for cell-to-cell contact, communication and adhesion第三節細胞膜的簡史級結構模型質膜結構研究簡史Overton(1890s): E.Overton 1895年發現凡是溶于脂肪的物質很容易透過植物的細胞膜，而不溶于脂肪的物質不易透過細胞膜，因此推測細胞膜由連續的脂類物質組成50010000E.Gorter & F. Grendel 1925用有機溶劑提取了人類紅細胞膜的脂類成分，將其鋪展在水面，測出膜脂

9、展開的面積二倍于細胞表面積，因而推測細胞膜由雙層脂分子組成。J.Danielli & H. Davson 19351959年在此基礎上進行了修改，認為膜上還具有貫穿脂雙層的蛋白質通道，供親水物質通過。J.D.Robertson 1959用超薄切片技術獲得了清晰的細胞照片，顯示暗-明-暗的三層結構，厚約7.5nm。這就是所謂的單位膜模型。它由厚約3.5nm的雙層脂分子和內外表面各厚約2nm的蛋白質構成。不足之處在于把膜的動態結構描寫成靜止不變的。單位膜模型（unit membrane model）S.J.Singer & G. Nicolson 1972根據免疫熒光技術、冰凍蝕刻技術的研究結果，在單位膜模型的基礎上提出“液態鑲嵌模型”（f