第三章細胞質膜第三章細胞質膜第一章細胞膜與細胞表面特化結構生物膜：細胞內的膜系統與細胞膜統稱為生物膜。細胞膜：指圍繞在細胞最外層，由脂質和蛋白質組成的生物膜。生物膜的出現是非細胞生命形態走向細胞生命形態的轉折點！第一章細胞膜與細胞表面特化結構生物膜：細胞內的膜系統與細一、細胞膜的分子結構模型一、細胞膜的分子結構模型3、1925年，根據質膜的表面張力比油—水界面的張力低，提出“蛋白質—脂質—蛋白質”的三明治模型；3、1925年，根據質膜的表面張力比油—水界面的張力低，提4、1959年J.DRobertson提出“單位膜模型”，指出所有生物膜都由蛋白質—脂質—蛋白質構成。“兩暗夾一明”(單位膜模型)4、1959年J.DRobertson提出“單位膜模型”，第三章細胞質膜課件第三章細胞質膜課件5、流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)

1972年S.J.Singer&G.Nicolson根據免疫熒光技術和冰凍蝕刻技術的研究成果提出。特點:流動性（膜蛋白和膜脂）、不對稱性（膜蛋白）5、流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)第三章細胞質膜課件第三章細胞質膜課件5、1975年，晶格鑲嵌模型；

指出生物膜處于無序（流動性）和有序性（晶態）之間動態轉變。6、1977年，板塊鑲嵌模型；

生物膜是由具有流動性程度不同的“板塊”鑲嵌而成。

7、脂筏模型（lipidraftsmodel）

指生物膜上膽固醇富集而形成有序脂相，如同“脂筏”一樣載著各種蛋白。

5、1975年，晶格鑲嵌模型；第三章細胞質膜課件目前對細胞膜的認識：1、具有極性頭部和非極性尾部的磷脂分子在水相中具有自發形成封閉的膜系統，以疏水性非極性尾部相對，極性頭部朝向水相。2、蛋白質以不同的方式鑲嵌在脂雙層分子中或結合在其表面。3、生物膜可看成是蛋白質在雙層脂分子中的二維結構。目前對細胞膜的認識：1、具有極性頭部和非極性尾部的磷脂分子在第三章細胞質膜課件二、膜脂的化學組成（一）成分均為雙親性分子（極性頭部和非極性尾部），包括磷脂、膽固醇和糖脂三種類型。二、膜脂的化學組成1、磷脂

是膜脂的主要成分，約占50%以上。磷脂又可分為：甘油磷脂：包括磷脂酰膽堿(卵磷脂，PC)、磷脂酰肌醇(PI)、磷脂酰絲氨酸(PS)、磷脂酰乙醇胺(PE)。鞘磷脂：神經組織的主要成分。磷脂分子的主要特征：（1）具有一個極性頭部和兩個非極性的尾部（心磷脂除外）；（2）脂肪酸碳鏈為偶數；（3）除飽和脂肪酸根外（如脂酸），還有不飽和脂肪酸（如油酸），不飽和脂肪酸多為順式。1、磷脂磷脂酰膽堿磷脂酰肌醇磷脂酰絲氨酸磷脂酰乙醇胺磷脂酰膽堿磷脂酰肌醇磷脂酰絲氨酸磷脂酰乙醇胺第三章細胞質膜課件磷脂分子磷脂分子第三章細胞質膜課件2、糖脂

普遍存在于原核和真核細胞膜上，其含量約占膜脂總量的5%以下，在神經細胞膜上糖脂含量較高，約5%-10%。2、糖脂普遍存在于原核和真核細胞膜上，其3、膽固醇和中性脂類存在于真核細胞膜中，動物細胞膜中的膽固醇比植物多。作用：調節膜的流動性，增加膜的穩定性及降低水溶性物質的通透性。相變溫度以上時，增加膜的穩定性；相變溫度以下時，提高膜的流動性。3、膽固醇和中性脂類第三章細胞質膜課件沿膜平面的側向運動（基本運動方式）脂分子圍繞軸心的自旋運動；脂分子尾部的擺動；

雙層脂分子之間的翻轉運動，發生頻率較小，但在內質網膜上，新合成的磷脂分子翻轉運動發生頻率很高。(二)膜脂的運動方式

膜脂有4種運動方式：沿膜平面的側向運動（基本運動方式）(二)膜脂的運動方式

膜脂分子的運動膜脂分子的運動影響膜流動的因素主要來自膜本身的組分，遺傳因子及環境因子等。包括：1.膽固醇：膽固醇的含量增加會降低膜的流動性。2.脂肪酸鏈的飽和度：脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，使膜流動性增加。3.脂肪酸鏈的鏈長：長鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動性降低。4.卵磷脂/鞘磷脂：該比例高則膜流動性增加，是因為鞘磷脂粘度高于卵磷脂。5.其他因素：膜蛋白和膜脂的結合方式、溫度、酸堿度、離子強度等。影響膜流動的因素主要來自膜本身的組分，遺傳因子及環境因子等。第三章細胞質膜課件（三）脂質體脂質體是根據磷脂分子可在水相中形成穩定的雙層膜的趨勢而制備的人工膜。(a)水溶液中的磷脂分子團；(b)球形脂質體； (c)平面脂質體膜；(d）用于疾病治療的脂質體的示意圖 （三）脂質體脂質體是根據磷脂分子可在水相三、膜蛋白

（一）類型膜蛋白約占膜的40%-50%，分為：1）外周蛋白：又稱周邊蛋白，為水溶性，分布在脂雙層的內外側，通過靜電作用及離子健、氫鍵與膜脂分子極性頭部結合，或通過與內在蛋白相互作用，間接與膜結合。2）內在蛋白：以非極性氨基酸與脂雙分子層的非極性疏水區相互作用而結合在膜上，親水部分暴露在膜的一側或兩側表面。3）脂錨定蛋白：又稱脂連接蛋白，通過共價鍵的方式同脂分子結合，位于脂雙層的外側，同脂的結合方式一種是直接結合于脂雙分子層，另一種是通過糖分子間接同脂結合。三、膜蛋白１、以單一a-螺旋橫過脂雙層，細胞質側的氨基酸殘基共價結合脂肪酸鏈插入細胞質面的脂單層中２、多個a-螺旋橫過脂雙層，３、膜蛋白通過共價連接到脂類或是脂肪酸鏈或是異戊烯基團插入脂雙層，４、經寡聚糖連到較小的磷脂、磷脂酰肌醇，在非細胞質的單層，５、６蛋白質通過非共價鍵與其他膜蛋白相互連到膜上。（１２、內在蛋白，3、4脂錨定蛋白，5、6外周蛋白）１、以單一a-螺旋橫過脂雙層，細胞質側的氨基酸殘基共價結合脂膜蛋白的跨膜結構域與脂雙層分子的疏水核心的相互作用膜蛋白的跨膜結構域與脂雙層分子的疏水核心的相互

內在膜蛋白與膜脂的結合方式：

1、膜蛋白含約20個疏水氨基酸，以α螺旋單次或多次跨膜，其外部疏水側鏈通過范德華力與脂雙層分子相互作用。２、α螺旋外側是非極性鏈，內側是極性鍵，形成特異性分子的跨膜通道。３、形成β折疊片結構。內在膜蛋白與膜脂的結合方式：（三）去垢劑(detergent)

去垢劑是一端親水、另一端疏水的兩性小分子，是分離與研究膜蛋白的常用試劑。離子型去垢劑(SDS)和非離子型去垢劑（TritonX-100）（三）去垢劑(detergent)第三章細胞質膜課件四、膜的流動性（一）膜脂的流動性

膜脂的流動性主要由脂分子本身的性質決定的.影響側向運動的因素：脂分子本身的性質（脂肪酸鏈越短，不飽和程度越高，流動性越大）；溫度（各種膜脂具有不同的相變溫度）：相變溫度以上時，增加膜的穩定性；相變溫度以下時，提高膜的流動性。膽固醇（多數情況下動物細胞中的膽固醇的作用是防止膜脂由液相變為固相以保證膜脂處于流動狀態)。

四、膜的流動性（二）膜蛋白的流動

用抗鼠細胞膜蛋白的熒光抗體（顯綠色熒光）和抗人細胞膜蛋白的熒光抗體（顯紅色熒光）分別標記小鼠和人的細胞表面，然后用滅活的仙臺病毒處理使兩種細胞融合，10分鐘后，不同顏色的熒光在融合細胞表面開始擴散，40分鐘后，已分辨不出融合細胞表面綠色熒光或紅色熒光區域。注：膜蛋白在脂雙層二維溶液中的運動是自發的熱運動；有些細胞90%的膜蛋白是運動的，但只有30%的膜蛋白處于流動狀態。

成斑現象：標記熒光聚集在細胞表面的某些部位。

成帽現象：標記熒光聚集在細胞的一端。（二）膜蛋白的流動用抗鼠細胞膜蛋白的熒光抗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膜流動性的生理意義質膜的流動性是保證其正常功能的必要條件。當膜的流動性低于一定的閾值時，許多酶的活動和跨膜運輸將停止，反之如果流動性過高，又會造成膜的溶解。膜流動性的生理意義

（三）光脫色恢復技術它是研究膜流動性的方法之一，用熒光素標記膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射細胞表面某一區域，使被照射區的熒光淬滅變暗，由于膜的流動性，過一段時間后，被照的區域會和周圍的熒光強度相等。 （三）光脫色恢復技術它是研究膜流動性的方法之第三章細胞質膜課件五、膜的不對稱性質膜內外兩層的組分和功能的差異，稱為膜的不對稱性。（一）膜脂的不對稱性同一種脂分子在膜的脂雙層中呈不均勻分布，如：紅細胞膜：PC和SM主要分布在外小頁，PE和PS主要分布在內小頁。糖脂為完全不對稱分布，糖脂和糖蛋白只分布于細胞膜的外表面。

（二）膜蛋白的不對稱性所有的膜蛋白，不論是膜周邊蛋白，還是膜內蛋白質都是不對稱分布的。具有特定的方向性和分布的區域性五、膜的不對稱性ES——細胞外表面PS——原生質表面EF——細胞外小頁斷裂面PF——原生質小頁斷裂面ES——細胞外表面PS——原生質表面EF——細胞外小頁斷磷脂在紅細胞膜上的分布SM----鞘磷脂PC----卵磷脂PS----磷脂酰絲氨酸PE----磷脂酰乙醇胺PI----磷脂酰肌醇CI—膽固醇質膜外小葉質膜內小葉磷脂在紅細胞膜上的分布SM----鞘磷脂質膜外小葉質膜內小葉六、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遞；４、為多種酶提供結合位點，使酶促反應高效而有序地進行；５、介導細胞與細胞、細胞與基質之間的連接；６、參與形成具有不同功能的細胞表面特化結構。六、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；第三章細胞質膜課件第三節膜骨架膜骨架是質膜下纖維蛋白組成的網架結構；位于細胞質膜下約0.2μm厚的溶膠層。作用：維持質膜的形狀并協助質膜完成多種生理功能。成熟的哺乳動物血紅細胞沒有核和內膜系統，是研究膜骨架的理想材料。紅細胞經低滲處理，細胞破裂釋放出內容物，留下一個保持原形的空殼，稱為血影（ghost）。第三節膜骨架膜骨架是質膜下纖維蛋白組成的網架結構；位于細胞經SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，血影成分主要有：血影蛋白：由結構相似的α鏈、β鏈組成異二聚體，兩個二聚體頭與頭相接連形成四聚體。錨蛋白（ankyrin）：與血影蛋白和帶3蛋白的胞質部相連，將血影蛋白網絡連接到質膜上。帶3蛋白：是陰離子載體，通過交換Cl－，使HCO3－進入紅細胞。為二聚體，每個單體含929個氨基酸，跨膜12～１４次。帶4.1蛋白和肌動蛋白血型糖蛋白：單次跨膜糖蛋白，約有131個氨基酸，N端在膜外側，結合16條