2_细胞膜的分子结构和特性

细胞的基本结构光镜下细胞膜（cellmembrance)细胞质(cytoplasm)细胞核(nucleus)电镜下（亚显微结构）膜相结构：细胞膜内质网高尔基复合体核膜线粒体溶酶体过氧化物酶体等非膜相结构：核糖体染色质染色体细胞质基质中心体微管微丝中间纤维等膜相结构组成：致密深色带（2nm）疏松的浅色带（3.5nm）－－单位膜致密深色带（2nm）作用：区域化作用把细胞分隔成若干区域，将某一功能有关的酶系统集中在一定的区域内，使其更有效发挥作用.特征原核细胞真核细胞细胞大小较小，1-10um较大，10-100um细胞核无核膜和核仁（拟核）有核膜和核仁染色体单个,DNA裸露若干，DNA与组蛋白结合细胞壁无纤维素、主要为肽聚糖无肽聚糖、主要为纤维素核糖体70S(50S+30S)80S(60S+40S)细胞器无（除核糖体外）有细胞分裂无丝分裂有丝分裂、减数分裂转录与翻译同时进行转录在核内，翻译在胞质细胞骨架无有原核细胞与真核细胞的区别第二篇细胞膜及其表面细胞膜的分子结构和特性molecularstructureandcharacteristicofcellmembrane思考题液态镶嵌模型细胞膜的基本特征膜流动性的实验证明内容提要一、细胞膜的化学组成二、细胞膜的分子结构三、细胞膜的特性细胞膜（plasmamembrane）：细胞外围的一层界膜，又称质膜。功能：屏障作用物质交换信息传递一、细胞膜的化学组成膜脂，占膜干重的30％～70％膜蛋白，占20％～70％膜糖，占10％，（以糖脂和糖蛋白的形式存在）膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要体现者（一）膜脂（membranelipid）类型：磷脂、胆固醇、糖脂1.磷脂（磷酸甘油脂、鞘磷脂），膜脂的基本成分，占膜脂的50％以上磷酸甘油脂：以甘油为骨架的磷脂类，在骨架上结合两个脂肪酸链一个磷酸基团，胆碱、乙醇胺、丝氨酸等分子借磷酸基团连接到脂分子上最简单的磷酸甘油脂——磷脂酸磷酸甘油脂肪酸具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪酸链）脂肪酸碳链为偶数，多数碳链由16或18个碳原子组成常含有不饱和脂肪酸磷脂分子的主要特征：Phospholipids具有一个极性头部和两个非极性的尾2.胆固醇存在于真核细胞膜上，一般不超过膜脂的1/3。功能：提高脂双层的稳定性调节脂双层流动性降低水溶性物质的通透性。在缺少胆固醇培养基中，不能合成胆固醇的突变细胞株会发生自溶Cholesterolinalipidbilayer.3.糖脂•是含糖而不含磷酸的脂类•占膜脂总量的5％以下(神经细胞膜上糖脂含量较高，约占5-10％)•两性分子膜脂的特性膜脂为双性分子，都具有亲水性头部和疏水性尾为兼性分子或双亲性分子（amphipathicmolecule）在水中会自发排列成脂双分子层脂质体（liposome）人工膜。在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球形。脂质体：由磷脂双层构成的具有水相内核的脂质微囊。直径25~1000nm不等。人工脂质体可用于：药物载体转基因研究生物膜的特性（二）膜蛋白(membraneprotein)膜功能的主要体现者。据估计，核基因组编码的蛋白质中30%左右的为膜蛋白根据在膜中分布的位置，分为膜周边蛋白（peripheralprotein）膜内在蛋白（integralprotein）膜周边蛋白以离子键或其它较弱的键与膜表面的蛋白质或脂分子的亲水部分结合，改变溶液的离子强度或提高温度就可以由膜上分离膜内在蛋白为跨膜蛋白（tansmembraneproteins），不同程度嵌入膜内，占膜蛋白总量的70％。与膜的结合非常紧密，用去垢剂才能从膜上解离膜内在蛋白有的是一次穿膜，有的是多次穿膜。形成亲水通道的膜内在蛋白跨膜区域：两性α螺旋组成亲水通道；或两性β折叠组成亲水通道。α螺旋穿膜β折叠穿膜脂锚定蛋白（lipid-anchoredprotein）可分为两类：1、糖磷脂酰肌醇（GPI）连接的蛋白。经寡糖通过较小的磷脂、磷脂酰肌醇连接到非细胞质面的脂单层中。2、通过共价连接脂类等分子，插入细胞质面的脂单层中。①,②膜内在蛋白；③,④膜周边蛋白（脂锚定蛋白）;⑤,⑥膜周边蛋白膜蛋白的功能（三）、膜糖类占膜重量的2％～10％以糖蛋白或糖脂的形式存在分布在膜的外表面形成细胞外被或糖萼与细胞识别、细胞免疫应答有关ABO血型抗原决定抗原性质的部分：红细胞膜上糖蛋白中寡糖链部分抗原寡糖链共同结构基础（4个单糖组成）：葡萄糖－半乳糖－乙酰氨基葡萄糖－半乳糖O型血：H抗原（末端接一个岩藻糖）A型血：H抗原糖链末端＋N-乙酰氨基半乳糖B型血：H抗原糖链末端＋半乳糖AB型血：在H糖蛋白末端兼有上述两种糖分子二、细胞膜的分子结构细胞膜的分子结构模型片层结构模型：1935年单位膜模型：1959年液态镶嵌模型：1972年晶格镶嵌模型：1975年板块镶嵌模型：1977年脂筏模型：1997年中央：双层脂质分子内外两侧：球形蛋白质意义：建立膜脂双层的排列模式片层结构模型Lamellastructuremodel1、电镜下，“两暗一明”2、内外为蛋白质，每层厚约2nm；中间为双层脂分子，厚约3.5nm；总厚度7.5nm（单位膜）3、蛋白质肽链β折叠意义：阐述了生物膜形态上共性－单位膜缺陷：把各种膜视为千篇一律，难以对不同功能的生物膜做出合理解释单位膜模型Unitmembranemodel液态镶嵌模型Fluid-mosaicmodel：1972，S.J.Singer&G.Nicolson根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“液态镶嵌模型”1.细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成。2.磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物膜骨架；3.蛋白质镶嵌在脂双层中，并表现出分布的不对称性。液态镶嵌模型意义：强调了蛋白质和脂类的镶嵌关系，并认为膜总是在流动的，并是不对称的，对膜功能的复杂性提供了物质基础。缺陷：没有说明具有流动性的细胞膜在变化过程中怎样保持膜的相对完整和稳定性。1.镶嵌蛋白可以影响其周围的脂类分子使其不能运动形成界面脂，界面脂与蛋白质形成有序晶格，脂类只在晶格四周流动。2.生物膜中脂质在可逆地进行无序（液相）和有序（晶相）的相变。晶格镶嵌模型Crystalmodel板块镶嵌模型blockmosaicmodel流动的类脂双分子层中存在着大小不同、彼此独立的类脂板块（有序结构板块），被流动的类脂区（无序结构板块）所分割，二者处于连续动态平衡中，可随条件变化而相互转化。1.脂双分子层外层，富含胆固醇和鞘磷脂，结构致密，形成“脂筏”2.脂筏上载着蛋白质3.功能：参与膜的信号转导、蛋白质分选等脂筏模型Lipidraftsmodel生物膜的分子结构模型三、细胞膜的特性不对称性流动性（一）、细胞膜的不对称性细胞膜内外两层的组分和功能的差异，称为膜的不对称性。1、膜脂的不对称性：同一种脂分子在脂双层中呈不均匀分布。膜外表面具有胆固醇和鞘磷脂等形成的微结构域。2．复合糖的不对称性：糖脂和糖蛋白主要分布于细胞膜的外表面。3、膜蛋白的不对称性：每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。内表面多于外表面，周边蛋白多附在膜内表面，糖蛋白都分布于膜的外表面。膜不对称性的生理意义保证了膜功能的方向性，使膜两侧具有不同的功能。膜的流动性——膜内部的分子运动性，由膜脂和膜蛋白的分子运动两个方面组成。（二）、细胞膜的流动性原因：由于脂双分子层具有液晶态结构，它的排列既是有序性的，又是可以流动的。相变：液晶态与晶态之间状态的相互转化。相变温度：引起相变的温度。1、膜脂分子的运动侧向扩散运动旋转运动伸缩震荡运动翻转运动旋转异构化运动膜脂分子的运动1侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分子快速交换位置。膜脂分子的运动2旋转运动：围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。膜脂分子的运动摆动运动：围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。膜脂分子的运动3伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。膜脂分子的运动5翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。膜脂分子的运动6旋转异构化运动：脂肪酸链围绕C-C键旋转。影响膜脂流动性的因素1胆固醇：高于相变温度，胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。2脂肪酸链的饱和度：脂肪酸链所含双键越多越不饱和，使膜流动性增加。3脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。4卵磷脂/鞘磷脂：比例高则膜流动性增加，是因为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。5其他因素：温度、酸碱度、离子强度等。2、膜蛋白的分子运动被动扩散：侧向扩散和旋转扩散。细胞代谢驱使的运动：膜蛋白与膜下方微管微丝结合形成复合体运动。利用细胞融合技术观察蛋白质运动人鼠细胞杂交实验－蛋白质的侧向位移膜流动性的生理意义细胞膜的流动性是保证其正常功能的必要条件当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止流动性过高，会造成膜的溶解细胞膜的功能1.为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；2.选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出；3.提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；4.为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；5.介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；6.参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。小结膜的化学组成：膜脂、膜蛋白、膜糖类膜的分子结构：液态镶嵌模型膜的特性：流动性、不对称性THEEND