第三章細胞質膜與細胞外基質一、細胞質膜二、細胞外被與細胞外基質三、細胞連接現在是1頁\一共有79頁\編輯于星期四一、細胞質膜（一）細胞膜的化學組成（二）細胞膜的結構模型（三）細胞膜的基本特征與功能（四）紅細胞膜骨架現在是2頁\一共有79頁\編輯于星期四質膜（plasmamembrane）包在細胞外面所以又稱細胞膜。圍繞各種細胞器的膜，稱為細胞內膜。質膜和內膜在起源、結構和化學組成等方面具有相似性，故總稱為生物膜（biomembrane）生物膜是細胞進行生命活動的重要物質基礎?，F在是3頁\一共有79頁\編輯于星期四（一）細胞膜的化學組成細胞膜常常被脂類溶劑（如苯和四氯化碳）、蛋白酶（卵磷脂酶）以及蛋白質作用試劑（如多羥基苯酚）處理后破壞或溶解，推測細胞膜的化學組成主要是脂類和蛋白質。質膜除了主要含有膜脂和膜蛋白成分外，另外還有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。一般而言，脂類約占50％，蛋白質約占40％，糖類約占2％～10％。現在是4頁\一共有79頁\編輯于星期四1膜脂（1）組成細胞膜的膜脂主要包括磷脂和膽固醇二類。

①磷脂：構成了膜脂的基本成分，約占整個膜脂的50％以上。可分為甘油磷脂（包括磷脂酰膽堿－卵磷脂，磷脂酰絲氨酸，磷脂酰乙醇胺和磷脂酰肌醇等）和鞘磷脂。現在是5頁\一共有79頁\編輯于星期四

②膽固醇：整個分子分3部分：羥基團組成的親水的（hydrophilic）極性頭部、疏水的（hydrophobic）非極性的類固醇環結構和一個非極性的碳氫尾部。膽固醇的分子較其他膜脂要小，雙親性較低?，F在是6頁\一共有79頁\編輯于星期四（2）膜脂在細胞膜中的4種熱運動方式

①脂分子的側向運動；

②脂分子的自旋運動；

③脂分子的尾部擺動；

④脂分子的翻轉運動?，F在是7頁\一共有79頁\編輯于星期四（3）脂質體脂質體（liposome）是根據磷脂分子可在水相中形成穩定的脂雙膜的趨勢而制備的一種人工膜。單層脂分子鋪展在水面上時，其極性親水頭部插入水相而非極性尾部面向空氣界面，攪動后形成極性端向外而非極性端在內部的脂分子團或雙層脂分子的球形脂質體，直徑25~1000nm不等。脂質體不但是研究膜脂與膜蛋白及其生物學性質的好材料，而且可利用能與細胞膜融合的特點，將基因或藥物送入細胞內部進行轉基因或疾病治療。現在是8頁\一共有79頁\編輯于星期四(a)水溶液中的磷脂分子團；(b)平面脂質體膜；(c)球形脂質體；(d）用于靶向藥物治療的脂質體的示意圖。現在是9頁\一共有79頁\編輯于星期四2膜蛋白（1）類型是膜功能的主要體現者。據估計核基因組編碼的蛋白質中30%左右的為膜蛋白。根據膜蛋白與脂分子的結合方式，可分為：整合蛋白（integralprotein）外周蛋白（peripheralprotein）脂錨定蛋白（lipid-anchoredprotein）現在是10頁\一共有79頁\編輯于星期四整合蛋白可能全為跨膜蛋白（tansmembraneproteins），為兩性分子，疏水部分位于脂雙層內部，親水部分位于脂雙層外部。由于存在疏水結構域，整合蛋白與膜的結合非常緊密。現在是11頁\一共有79頁\編輯于星期四外周蛋白為水溶性，靠（非共價鍵）離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白質分子或脂分子的親水部分結合，因此只要改變溶液的離子強度甚至提高溫度就可以從膜上分離下來。現在是12頁\一共有79頁\編輯于星期四脂錨定蛋白又稱脂連接蛋白，通過共價鍵與脂分子或通過一個糖分子間接與脂分子結合。這類蛋白多為膜受體、酶及一些細胞粘著分子?，F在是13頁\一共有79頁\編輯于星期四（2）膜蛋白與膜脂的結合方式

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。

跨膜結構域兩端攜帶正電荷的氨基酸殘基與磷脂分子帶負電的極性頭形成離子鍵，或帶負電的氨基酸殘基通過Ca2+、Mg2+等陽離子與帶負電的磷脂極性頭相互作用。

某些膜蛋白在細胞質基質一側的半胱氨酸殘基共價結合脂肪酸分子,插入脂雙層之間,進一步加強膜蛋白與脂雙層的結合力,還有少數蛋白與糖脂共價結合?，F在是14頁\一共有79頁\編輯于星期四現在是15頁\一共有79頁\編輯于星期四（3）去垢劑整合蛋白為跨膜蛋白（tansmembraneproteins），是兩性分子。與膜的結合非常緊密，只有用去垢劑才能從膜上洗滌下來。離子型去垢劑SDS(十二烷基磺酸鈉)非離子型去垢劑（TritonX-100）現在是16頁\一共有79頁\編輯于星期四現在是17頁\一共有79頁\編輯于星期四脂肪柵的膜結構設想：1895年Overton發現溶于脂肪的物質易透過植物的細胞膜，不溶于脂肪的物質不易透過細胞膜，推測細胞膜由連續的脂類物質組成。脂雙層結構：1925年，Gorter&Grendel用有機溶劑提取了人的紅細胞質膜的脂類成分鋪展在水面，測出膜脂展開的面積二倍于細胞表面積，推測細胞膜由雙層脂分子組成。（二）細胞膜的結構模型現在是18頁\一共有79頁\編輯于星期四三明治模型：1935年，Danielli&Davson發現質膜的表面張力比油－水界面的張力低得多，推測膜中含有蛋白質。提出了“蛋白質-脂質-蛋白質”的三明治式的結構模型；1959年在上述基礎上提出了修正模型，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?，F在是19頁\一共有79頁\編輯于星期四單位膜模型：1959年，Robertson用超薄切片技術獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結構，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，總厚約7.5nm?，F在是20頁\一共有79頁\編輯于星期四流動鑲嵌模型：1972年，Singer&Nicolson根據免疫熒光技術、冰凍蝕刻技術的研究結果，提出了“流動鑲嵌模型”，認為膜是一種動態結構，強調膜的流動性和不對稱性。現在是21頁\一共有79頁\編輯于星期四脂筏模型(lipidraftsmodel)：即在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。脂筏是質膜上富含膽固醇和鞘磷脂的微結構域。脂筏就像一個蛋白質停泊的平臺，與膜的信號轉導、蛋白質分選均有密切的關系?，F在是22頁\一共有79頁\編輯于星期四公認生物膜結構應具有的特點細胞膜由流動雙脂層和嵌在其中蛋白質組成。具有極性頭部和非極性尾部的磷脂分子在水相中自發形成生物膜的性質。以疏水性尾部相對，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架。蛋白質或嵌在雙脂層表面，或嵌在其內部，或橫跨整個雙脂層，表現出分布的不對稱性?，F在是23頁\一共有79頁\編輯于星期四（三）細胞膜的基本特征與功能1細胞膜的基本特征（1）膜的流動性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,脂肪酸鏈越短,不飽和程度越高,膜脂的流動性越大。溫度對膜脂的運動有明顯的影響。在細菌和動物細胞中常通過增加不飽和脂肪酸的含量來調節膜脂的相變溫度以維持膜脂的流動性。在動物細胞中，膽固醇對膜的流動性起重要的雙向調節作用?，F在是24頁\一共有79頁\編輯于星期四

膜蛋白流動性主要有側向擴散和旋轉擴散兩種運動方式?？捎霉饷撋謴图夹g和細胞融合技術檢測側向擴散。膜蛋白的側向運動受細胞骨架的限制，破壞微絲的藥物如細胞松弛素B能促進膜蛋白的側向運動。現在是25頁\一共有79頁\編輯于星期四（2）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。膜脂的不對稱性：同一種脂分子在脂雙層中呈不均勻分布，如：PC和SM主要分布在外小葉，PE和PS分布在內小葉。用磷脂酶處理完整的人類紅細胞，80%的PC降解，PE和PS分別只有20%和10%的被降解。膜脂的不對稱性還表現在膜表面具有膽固醇和鞘磷脂等形成的微結構域。糖脂和糖蛋白只分布于細胞膜的外表面。

膜蛋白的不對稱性：每種膜蛋白分子在細胞膜上都具有特定的方向性和分布的區域性。如各種激素的受體具有極性，細胞色素C位于線粒體內膜M側?，F在是26頁\一共有79頁\編輯于星期四現在是27頁\一共有79頁\編輯于星期四2細胞膜的基本功能為細胞的生命活動提供相對穩定的內環境；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；提供細胞識別位點，并完成細胞內外信息的跨膜傳遞；為多種酶提供結合位點，使酶促反應高效而有序地進行；介導細胞與細胞、細胞與基質之間的連接；參與形成具有不同功能的細胞表面特化結構。現在是28頁\一共有79頁\編輯于星期四（四）紅細胞膜骨架

膜骨架指細胞質膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網架結構,它參與維持細胞質膜的形狀并協助質膜完成多種生理功能。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?，F在是29頁\一共有79頁\編輯于星期四成熟的哺乳動物紅細胞沒有核和內膜系統，是研究膜骨架的理想材料。膜骨架賦予紅細胞質膜既有很好的彈性又具有較高強度。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）?，F在是30頁\一共有79頁\編輯于星期四現在是31頁\一共有79頁\編輯于星期四現在是32頁\一共有79頁\編輯于星期四經SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，血影成分（或紅細胞膜蛋白）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。肌動蛋白：肌動蛋白纖維上有多個血影蛋白結合位點，將血影蛋白連結成網絡，帶4.1蛋白加固它們的連接?，F在是33頁\一共有79頁\編輯于星期四血型糖蛋白：單次跨膜糖蛋白，約有131個氨基酸，N端在膜外側，結合16條寡糖鏈；C-端在胞質面，鏈較短，與帶4.1蛋白相連。血型糖蛋白與MN血型有關，其功能尚不明確。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14次?，F在是34頁\一共有79頁\編輯于星期四二、細胞外被與細胞外基質（一）細胞外被

指細胞膜外表面覆蓋的一層多糖物質，其中的糖與細胞膜中的蛋白分子或脂質分子是共價結合的，形成糖蛋白和糖脂，是細胞膜的正常結構組分，它不僅對膜蛋白起保護作用，而且在細胞識別中起重要作用?，F在是35頁\一共有79頁\編輯于星期四（二）細胞外基質（extracellularmatrix，ECM）指分布于細胞外空間，由細胞分泌的蛋白和多糖所構成的網絡結構。為細胞的生存及活動提供適宜的場所，并決定和維持器官和組織的形態，還通過信號轉導系統影響細胞的形狀、代謝、功能、遷移、增殖和分化。現在是36頁\一共有79頁\編輯于星期四動物細胞的細胞外基質1膠原—賦于組織強度2彈性蛋白－－賦于組織彈性3氨基聚糖與蛋白聚糖－－使組織耐壓4層粘連蛋白和纖粘連蛋白－－使細胞粘著現在是37頁\一共有79頁\編輯于星期四動物細胞的細胞外基質現在是38頁\一共有79頁\編輯于星期四1膠原膠原是動物體內含量最豐富的蛋白質。①

功能：膠原是細胞外基質中最主要的水不溶性纖維糖蛋白，含量也最高，剛性及抗張力強度最大，構成細胞外基質的骨架結構。②

類型：發現有20多種，目前了解最多的是Ⅰ～Ⅳ型膠原。③

結構：膠原纖維的基本結構單位是原膠原。原膠原由三條相同或不同的肽鏈形成三股螺旋，一級結構具有Gly-x-y重復序列。現在是39頁\一共有79頁\編輯于星期四現在是40頁\一共有79頁\編輯于星期四④

合成：在粗糙內質網上合成帶有信號肽的前原膠原，切除信號肽并化學修飾（包括糖基化）由高爾基體分泌到細胞外，在兩種專一性不同的蛋白水解酶作用下，分別切去N端前肽及C端前肽，成為原膠原。原膠原進而聚合成膠原纖維?，F在是41頁\一共有79頁\編輯于星期四（a）膠原纖維的分子結構與形成過程(Ⅰ～Ⅶ)；（b）膠原纖維的電鏡照片

現在是42頁\一共有79頁\編輯于星期四2

彈性蛋白彈性蛋白是彈性纖維的主要成分。彈性纖維主要存在于脈管壁及肺。彈性纖維與膠原纖維共同存在，分別賦于組織以彈性及抗張性。為高度疏水的非糖基化蛋白，沒有Gly-x-y序列，但富含甘氨酸和脯氨酸，很少含有羥脯氨酸，不含羥賴氨酸。構象呈無規則卷曲狀，通過Lys殘基相互交聯。現在是43頁\一共有79頁\編輯于星期四3

氨基聚糖與蛋白聚糖①

氨基聚糖：由重復二糖單位構成的無分枝長鏈多糖。其二糖單位通常是氨基已糖（氨基葡萄糖或氨基半乳糖）和糖醛酸。如透明質酸、硫酸軟骨素、硫酸角質素以及肝素等。②

蛋白聚糖：蛋白聚糖是氨基聚糖（除透明質酸外）與核心蛋白質的絲氨酸殘基共價連結形成的巨分子?，F在是44頁\一共有79頁\編輯于星期四現在是45頁\一共有79頁\編輯于星期四現在是46頁\一共有79頁\編輯于星期四

透明質酸（hyaluronicacid,HA）①

是唯一不發生硫酸化的氨基聚糖，是增殖細胞和遷移細胞胞外基質的主要成分，尤其在胚胎組織中。在結締組織中它起強化、彈性和潤滑作用，同時也是蛋白聚糖的主要結構組分。②

HA整個分子全部由葡萄糖醛酸及乙酰氨基葡萄糖二糖單位重復排列構成。由于鏈內氫鍵及HA分子表面有大量帶負電荷的親水性基團（如COO-），可結合大量水分子和陽離子，增加了離子濃度和滲透壓，大量水分子被攝入基質，占據很大的空間，傾向于向外膨脹，產生壓力，使結締組織具有抗壓的能力。現在是47頁\一共有79頁\編輯于星期四4層粘連蛋白和纖粘連蛋白層粘連蛋白和纖粘連蛋白起著將細胞外基質與細胞聯系起來的橋梁作用。①層粘連蛋白（laminin，LN）是一種大型的糖蛋白，與Ⅳ型膠原一起參與構成基膜（基膜是上皮細胞下方一層柔軟的特化的細胞外基質，也存在于肌肉、脂肪和許旺細胞的周圍。它不僅起保護和過濾作用，還決定細胞的極性）。②纖粘連蛋白（fibronectin，FN）也是一種大型的糖蛋白。血漿纖粘連蛋白是二聚體，細胞纖粘連蛋白是多聚體。纖粘連蛋白的主要功能是介導細胞粘著?，F在是48頁\一共有79頁\編輯于星期四現在是49頁\一共有79頁\編輯于星期四三、細胞連接細胞與細胞間或細胞與細胞外基質的聯結結構稱為細胞連接（celljunction）。是細胞質膜局部特化形成的。細胞連接的體積很小，只有在電鏡下才能觀察到。可分為三大類，即：封閉連接、錨定連接和通訊連接?，F在是50頁\一共有79頁\編輯于星期四（一）封閉連接（occludingjunction）

緊密連接(tightjunction)

間壁連接（二）錨定連接（anchoringjunction）（三）通訊連接（communicatingjunction）

間隙連接(gapjunction)；

神經細胞間的化學突觸(chemicalsynapse)；

植物細胞中的胞間連絲(plasmodesmata)。現在是51頁\一共有79頁\編輯于星期四（一）封閉連接1緊密連接緊密連接是封閉連接的主要形式，一般存在于上皮細胞之間。特點：電鏡下，緊密連接處的相鄰細胞質膜緊緊地靠在一起，沒有縫隙。

現在是52頁\一共有79頁\編輯于星期四緊密連接的結構

連接區域具有跨膜蛋白形成的“焊接線”網絡，焊接線也稱嵴線。緊密連接嵴線中的兩類蛋白：

封閉蛋白（occludin），跨膜四次的膜蛋白（60KD）；

密封蛋白（claudin），蛋白家族（現已鑒定20種以上）。

現在是53頁\一共有79頁\編輯于星期四分布：消化道上皮、膀胱上皮、腦毛細血管內皮以及睪丸支持細胞之間都存在緊密連接。緊密連接的功能形成滲漏屏障，起重要的封閉作用；維持上皮細胞極性，隔離作用，使游離端與基底面質膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能?，F在是54頁\一共有79頁\編輯于星期四2間壁連接

存在于無脊椎動物上皮細胞之間的緊密連接，連接的細胞內骨架成分為肌動蛋白纖維?，F在是55頁\一共有79頁\編輯于星期四（二）錨定連接通過細胞膜蛋白及細胞骨架系統將相鄰細胞，或細胞與細胞外基質相連的細胞連接方式。

根據直接參與細胞連接的細胞骨架纖維類型的不同，錨定連接可分為兩種不同的形式：1與中間纖維相連的錨定連接------橋粒和半橋粒；2與肌動蛋白纖維相連的錨定連接-----粘著帶和粘著斑?，F在是56頁\一共有79頁\編輯于星期四1橋粒和半橋粒（1）橋粒(desmosome)—連接相鄰細胞的錨定連接方式。形態特征：細胞內錨蛋白形成獨特的盤狀致密斑，一側與細胞內的中間絲相連，另一側與跨膜黏附性蛋白相連，在兩個細胞之間形成紐扣樣結構，從而將相鄰細胞鉚接在一起。錨蛋白---橋粒斑珠蛋白和橋粒斑蛋白跨膜黏附性蛋白---鈣黏蛋白家族（cadherinfamily)現在是57頁\一共有79頁\編輯于星期四

（2）半橋粒

與橋粒類似，在形態上相當于半個橋粒，但功能和化學組成不同。半橋粒是細胞與胞外基質間的連接方式，參與的細胞骨架仍然是中間絲，但其細胞膜上的跨膜黏附性蛋白質是整聯蛋白，與整聯蛋白相連的胞外基質是層粘連蛋白。通過半橋粒，上皮細胞可以黏著在基膜上?，F在是58頁\一共有79頁\編輯于星期四2粘著帶和粘著斑（1）粘著帶（adhesionbelt）（2）粘著斑（adhesionplaque）現在是59頁\一共有79頁\編輯于星期四（三）通訊連接

1間隙連接

—動物細胞之間的通訊連接2胞間連絲

—植物細胞特有的通訊連接3化學突觸

—神經細胞之間的通訊連接現在是60頁\一共有79頁\編輯于星期四1間隙連接分布廣泛分布于動物各種組織細胞之間。除骨骼肌細胞和血細胞外，幾乎所有的動物組織細胞都利用間隙連接來進行通訊聯系。現在是61頁\一共有79頁\編輯于星期四結構構成間隙連接的基本單位稱連接子，由6個相同或相似的跨膜蛋白亞單位環繞而成，直徑8nm，中心形成一個直徑約1.5nm的親水性孔道，相鄰細胞膜上的兩個連接子對接便形成一個間隙連接結構。亦稱縫隙連接現在是62頁\一共有79頁\編輯于星期四間隙連接的功能及其調節機制（1）間隙連接在代謝偶聯中的作用間隙連接能夠允許小分子物質如無機鹽離子、糖、氨基酸、核苷酸和維生素以及信號分子如cAMP和Ca2+通過，是細胞間代謝偶聯的基礎。而代謝偶聯作用在協調細胞群體的生物學功能方面可能起到重要的作用。

現在是63頁\一共有79頁\編輯于星期四

（2）間隙連接在神經沖動信息傳遞過程中的作用間隙連接能在細胞間形成電偶聯，如在神經元之間或神經元與效應細胞（如肌細胞）之間的電突觸可以直接通過間隙連接從突觸前向突觸后傳導。與化學突觸不同，可興奮細胞間的間隙連接有利于細胞間的快速通訊。另外，間隙連接形成的這種電突觸在協調心肌細胞的收縮，保證心臟正常跳動，協調小腸平滑肌的收縮，控制小腸蠕動等過程中也都起著重要作用?，F在是64頁\一共有79頁\編輯于星期四現在是65頁\一共有79頁\編輯于星期四（3）間隙連接在早期胚胎發育和細胞分化過程中的作用間隙出現在脊索動物及大多數無脊椎動物胚胎發育的早期，細胞間通過間隙連接相互協調發育和分化。小分子物質即可在一定細胞群范圍內，以分泌源為中心，通過間隙連接提供的通道建立起遞變的擴散濃度梯度，從而為某一特定細胞提供它的“位置信息”，并根據其位置影響其分化?，F在是66頁\一共有79頁\編輯于星期四

間隙連接通透性的調節間隙連接對小分子物質的通透能力具有底物選擇性間隙連接通透性受細胞質Ca2+濃度和pH調節現在是67頁\一共有79頁\編輯于星期四2

胞間連絲胞間連絲是植物細胞特有的通訊連接。相鄰植物細胞之間由胞間連絲穿越細胞壁相通，直徑為20－40nm管狀，中央有內質網分支聯通。是植物細胞間傳遞電刺激、分泌調控因子（生長素、激動素等）化學信號、代謝產物及營養物質的重要渠道。注意：胞間連絲中的物質運輸是有選擇性的?，F在是68頁\一共有79頁\編輯于星期四現在是69頁\一共有79頁\編輯于星期四

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化學突觸

化學突觸是存在于可興奮細胞之間的細胞連接方式，它通過釋放神經遞質來傳