细胞膜的分子结构课件.ppt

1、第一节 细胞膜的化学组成 n细胞膜细胞膜（cell membrane）包围在细胞外周的一层薄膜，又称质膜质膜 （plasma membrane）。脂类 3080%蛋白质:脂类 蛋白质 2070%4:11:4 细胞膜成分 糖类 210%水 少量 无机盐 少量第一节 细胞膜的化学组成 膜脂（membrane lipid）磷脂磷脂 胆固醇胆固醇 糖脂糖脂 双型性分子双型性分子（amphipathic molecule）分子结构中含亲水和疏水两部分，也称 兼性分子兼性分子，或双亲媒性分子双亲媒性分子。第一节 细胞膜的化学组成 磷脂 磷酸甘油酯 神经鞘磷脂n结构特点：亲水头 疏水尾Figure 3-2

2、A phosphatidylcholine molecule.It is represented(A)schematically.(B)In formula,(C)as a space filling model,and(D)as a symbol.This particular phospholipid is built from five parts:the hydrophilic head,choline,is linked via a phosphate to glycerol,which in turn is linked to two hydrocarbon chains,form

3、ing the hydrophobic tail.The two hydrocarbon chains originate as fatty acids-that is,hydrocarbon chains with a COOH group at one end-which become attached to glycerol via their COOH groups.A link in one of the hydrocarbon chains occurs where there is a double bond between two carbon atoms;it is exag

4、gerated in these drawing for emphasis.The phosphatidyl-part of the name of phospholipids refers to the phosphate-glycerol-fatty acid portion of the molecule.第一节 细胞膜的化学组成 胆固醇只存在于真核细胞膜上 Figure 3-5 Cholesterol represented by a formula(A)and a schematic drawing(B),and depicted interacting with two phosp

5、holipid molecules in a monolayer(C).第一节 细胞膜的化学组成 糖脂_与鞘磷脂相似,也是鞘氨醇的衍生物,但糖脂中以一个或几个糖单位代替磷酰胆碱单位.脂质双分子层模式图亲水头疏水尾细胞外细胞外细胞内细胞内第一节 细胞膜的化学组成 膜蛋白膜蛋白（membrane protein）生物膜所含的蛋白质。根据其与膜脂结合方式的不同分为整合蛋白和外周蛋白两类。n 整合蛋白整合蛋白（integral protein）贯穿膜脂双层或插入膜脂双层的内外两侧面，以非极性氨基酸与脂质双层分子的非极性疏水区相互作用，结合在质膜上，不溶于水。也称镶嵌蛋镶嵌蛋白白，内在蛋白内在蛋白（in

6、trinsic protein），），或跨膜跨膜蛋白蛋白。第一节 细胞膜的化学组成 n 外周蛋白外周蛋白（peripheral protein）分布在质膜脂双层的内外两侧，与膜脂极性头部结合，或通过与内在蛋白相互作用，间接与膜结合，溶于水。也称外在蛋白外在蛋白（extrinsic protein）。暴露在膜外侧的膜蛋白常与寡糖链以共价键结合，形成糖蛋白糖蛋白。第一节 细胞膜的化学组成 膜糖类（膜碳水化合物 membrane carbohydrate）不单独存在，以糖脂糖脂（glycolipid）或 糖蛋白糖蛋白（glycoprotein）的形式存在。这些糖主要是多分枝的寡糖寡糖（oligosa

7、ccharide）。n与细胞识别、细胞黏附、信号接收、免疫应答等方面都有关系。第三章 细 胞 膜n细胞膜的化学组成n细胞膜的分子结构细胞膜的分子结构n细胞膜的特性n细胞膜的功能n细胞膜表面第二节 细胞膜的分子结构 一.单位膜模型单位膜模型（unit mebrane model）单位膜单位膜生物膜在电镜下均可呈现出三夹板式结构，上下两层为电子密度较高的暗层，而中间为电子密度较低的明层，这种具有暗-明-暗三层结构的膜即为单位膜。n单位膜模型的意义：指出了生物膜在形态结构上的一个共性 暗-明-暗三层结构。膜的厚度为7.5nm第二节 细胞膜的分子结构 n单位膜模型的缺点：把各种膜视为一种单一的静态结构

8、，不能圆满解释膜的动态变化和各种重要功能。膜的厚度不都是7.5nm，而是510 nm。它认为蛋白质与膜脂的结合就一种方式，无法解释为什麽有些蛋白质容易分离，而另一些则不易分离。第二节 细胞膜的分子结构 二.液态镶嵌模型液态镶嵌模型（fluid mosaic model）1972年，Singer等人提出 主要论点：强调膜中脂双层脂双层既有固态分子排列的有序性有序性，又有液态分子的流动性流动性。所有脂类分子亲水端向着膜表面，疏水端朝向膜中央，流动的脂质分子构成了细胞膜的连续主体。第二节 细胞膜的分子结构 蛋白质分子像岛屿一样镶嵌在脂质分子中，有的嵌附于内表面，有的贯穿于脂质分子全层（双层），还有的

9、嵌于膜中，表现出蛋白质分蛋白质分布的不对称性布的不对称性。糖类附着于膜的外表面，与蛋白质和脂类的亲水端相结合，构成糖蛋白糖蛋白和糖脂糖脂。第二节第二节 细胞膜的分子结构细胞膜的分子结构液态镶嵌模型液态镶嵌模型第二节 细胞膜的分子结构 n液态镶嵌模型的优点：保留了单位膜的脂双层的正确概念。膜脂兼具有序性和流动性。蛋白质分布具有不对称性。n液态镶嵌模型的缺点：忽视了蛋白质分子对脂质分子的控制作用。不能说明具有流动性的细胞膜在变化中如何维持其相对完整和稳定性。第三章 细 胞 膜n细胞膜的化学组成n细胞膜的分子结构n细胞膜的特性细胞膜的特性n细胞膜的功能n细胞膜表面第三节 细胞膜的特性 一.流动性流动

10、性（mobility）膜蛋白和膜脂处于不断的运动状态。液晶态 晶态 相变温度相变温度 膜脂的流动性膜脂的流动性流动性 膜蛋白的流动性第三节 细胞膜的特性 膜脂的流动性 运动方式：侧向扩散 旋转 摆动 翻转膜脂的分子运动膜脂的分子运动1 侧向扩散运动侧向扩散运动 2 旋转运动旋转运动 3 摆动运动摆动运动 4 伸缩震荡运动伸缩震荡运动 5 翻转运动翻转运动 6 旋转异构化运动旋转异构化运动第三节 细胞膜的特性 影响因素：脂肪酸链的长度 脂肪酸链的饱和度 环境温度 胆固醇胆固醇 卵磷脂和鞘磷脂的比值 其它（PH，金属离子）第三节 细胞膜的特性 膜蛋白的流动性 运动方式:侧向扩散 旋转 影响因素:膜

11、蛋白本身的聚集。内在蛋白与细胞骨架相互作用。膜外物质与内在蛋白相互作用。第三节 细胞膜的特性 二.不对称性不对称性（asymmetry）细胞膜内外两层的组分组分和功能功能有明显的差异。膜蛋白的不对称性分布的不对称性是绝对的，并由此引起功能的不对称性。跨膜蛋白血型糖蛋白，N端在外侧 酶蛋白 内侧腺苷酸环化酶 外侧磷酸二酯酶 糖蛋白 外侧第三节 细胞膜的特性 膜脂的不对称性分布的不对称性 磷脂 外侧磷脂酰胆碱，鞘磷脂 内侧磷脂酰乙醇胺，磷脂酰丝胺酸 胆固醇 主要在外侧 糖脂 外侧 膜分子结构的不对称性决定了膜内外表面功能膜分子结构的不对称性决定了膜内外表面功能的不对称性，并具方向性。的不对称性，并

12、具方向性。第三章 细 胞 膜n细胞膜的化学组成n细胞膜的分子结构n细胞膜的特性n细胞膜的功能细胞膜的功能n细胞膜表面第四节 细胞膜的功能 n细胞膜与物质运输细胞膜与物质运输n膜受体n膜抗原第四节 细胞膜的功能 一.细胞膜与物质运输n 通透性通透性（permeability）细胞膜允许一定物质穿过的性能。n 选择性选择性（selectivity）细胞膜只允许特定分子以特定方式 通过。第四节 细胞膜的功能 n运输方式 简单扩散 被动运输被动运输小分子物质穿膜运输 易化扩散 主动运输 胞饮 内吞大分子物质膜泡运输膜泡运输 吞噬 胞吐 受体介导的内吞作用第四节 细胞膜的功能 n被动运输被动运输（pas

13、sive transport）物质顺浓度梯度顺浓度梯度，即由浓度高的一侧通过膜运输到浓度低的一侧的穿膜扩散，不需要消不需要消耗代谢能量耗代谢能量。简单扩散简单扩散（simple diffusion）不需能量，不需专一的膜蛋白分子，顺浓度梯度的穿膜扩散，也称单纯扩散或自由扩散。如H2O、CO2、乙醇、尿素等。疏水分子疏水分子小的不带电荷的极性分子小的不带电荷的极性分子大的不带电荷的极性分子大的不带电荷的极性分子离子离子人工脂双层对不同种类分子的相对通透性人工脂双层对不同种类分子的相对通透性第四节 细胞膜的功能 易化扩散易化扩散（facilitated diffusion）不需能量，但需借助细胞膜

14、上的一类特异蛋白（运输蛋白包括通道蛋白和载体蛋白），顺浓度梯度的穿膜扩散，也称协助扩散。如氨基酸、葡萄糖葡萄糖、核苷酸、金属离子等。载体具有特异性载体具有特异性第四节 细胞膜的功能 n主动运输主动运输（active transport）通过消耗能量消耗能量，将物质逆浓度梯度逆浓度梯度（低高）运输。如葡萄糖、金属离子等。例：Na+-K+泵泵 镶嵌于细胞膜脂质双分子层中的一种运输蛋白，它是一种内在蛋白，其实质是Na+-K+-ATP酶。它能通过自身构象的改变，将Na+和K+逆浓度梯度运输。它兼具酶和载体的双重功能，它在把Na+泵出细胞外的同时，将K+摄入细胞内。第四节 细胞膜的功能 ATP ADP+

15、Pi Na+ATP酶 Na+-ATP酶 Na+-ATP酶-P K+Mg2+磷酸化磷酸化 Na+入胞入胞 出胞出胞 K+-ATP酶 K+-ATP酶-P ATP酶-P 去磷酸化去磷酸化 K+构象改变构象改变构象改变构象改变Pi能量载体浓度梯度简单扩散不需要不需要顺易化扩散不需要需要 顺主动运输需要需要反第四节 细胞膜的功能 n膜泡运输以膜泡形式转移运输物质。内吞内吞（endocytosis）通过质膜运动将所要摄取的物质运输入胞的过程。质膜运动质膜运动质膜凹陷将所要摄取的液体或颗粒物质包围于小的膜区内，逐渐成泡，然后脂双层融合并箍断，形成胞内的独立小泡。第四节 细胞膜的功能 胞饮胞饮（pinocyt

16、osis）小溶质分子或液体物质与质膜形成较小的内吞小泡，这种入胞作用叫胞饮，所形成的囊泡叫胞饮体胞饮体。吞噬吞噬（phagocytosis）细胞摄入较大的固体颗粒和分子组合物的过程。这种内吞方式为各种变形的、具有吞噬能力的细胞所特有。所形成的囊泡叫吞噬体吞噬体。第四节 细胞膜的功能 胞吐胞吐（exocytosis）细胞内的分泌物质、未消耗的残渣、病毒等包裹在脂双层小泡中，小泡膜与质膜接近后融合，将胞内物质释放出胞。第四节 细胞膜的功能 受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用 （receptor mediated endocytosis）有些大分子物质（如LDL）要进入细胞必须先与细胞膜上的特异性

17、受体特异性受体识别并结合，然后通过膜的内陷形成囊泡，囊泡脱离膜而进入细胞内，这种特别的内吞方式就是受体介导的内吞作用。LDL全称是低密度脂蛋白。它是一种大的圆形颗粒，直径22nm，每个颗粒的核心是由1500个胆固醇分子与长链脂肪酸形成的酯。(a)(b)Figure 3-21 The structure of a clathrin coat a.A schematic drawing of the probable arrangement of trisklions on the cytosolic surface of a clathrin-coated vesicle.Two triskel

18、ions are shown,with the heavy chains of one in red and of the other in gray;the light chains are shown in yellow.The overlapping arrangement of the flexible trisklion arms provides both mechanical strength and flexibility.b.Extracellular macromolecules(ligands)bind to cell surface receptors that are

19、 concentrated in clathrin-coated pits.These pits bud from the plasma membrane to form intracellular clathrin-coated vesicles.可用于细胞膜构成含1500个胆固醇分子包被小泡无被小泡PH改变一些特定的大分子首先同细胞膜上的受体结合，形成有被小窝，有被小窝凹陷，从膜上脱落下来，形成有被小泡。形成后几秒钟内即失去外衣，并与细胞内其他囊泡融合，最后将内容物转运到溶酶体内。第四节 细胞膜的功能 受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用流程图流程图 大分子（LDL）结合结合 包被小泡 无

20、被小泡含受体的有被小窝 融合融合 PH 受体 细胞膜（受体再循环）内吞泡 大分子 小分子 细胞质 溶酶体溶酶体（LDL）（胆固醇）改变改变第四节 细胞膜的功能 二.膜受体膜受体（membrane receptor）细胞膜上的一类镶嵌蛋白质，是特异性蛋白质分子，它们能够识别周围环境中的活性物质（配体配体）并与之结合，进而产生一系列生物学效应，这些特异性蛋白质分子就是膜受体。配体配体（ligand）能与受体结合的细胞外的活性物质，也称化学信号化学信号或第一信使第一信使。如激素，神经递质等。第四节 细胞膜的功能 结构、分类及特点n结构 调节单位 催化单位 转换单位 膜受体的三个部分可以是不同的蛋白质

21、组合在一起，也可以是同一蛋白质的不同亚单位。第四节 细胞膜的功能 n 分类 按结构 单体型 一个镶嵌蛋白 复合型多个镶嵌蛋白聚合在一起 受体被激活后激活腺苷酸环化酶 cAMP 按功能 细胞分化 受体被激活后激活鸟苷酸环化酶cGMP 细胞分裂 第四节 细胞膜的功能 n特点 特异性 高亲和性 可饱和性 可逆性 强大的生物效应第四节 细胞膜的功能 膜受体与信息传递信息传递信息传递外界化学信号作为第一信使与受体结合，经信息转换机构，在细胞内产生第二信使第二信使，第二信使很快改变靶细胞中已存在的酶的活性，引起细胞对外界信号的反应，从而产生一系列生物学效应，此过程即为信息传递，也称信号传递信号传递。第二信

22、使学说第二信使学说（1965年Sutherland)肾上腺素 受体 有活性的腺苷酸环化酶 ATP cAMP（第二信使）无活性蛋白质激酶 有活性蛋白质激酶 无活性磷酸化激酶 有活性磷酸化激酶 无活性磷酸化酶 有活性磷酸化酶糖原（n+1）+Pi 糖原（n）+G-1-P无活性的腺苷酸环化酶构象改变第四节 细胞膜的功能 第二信使学说第二信使学说：配体作为第一信使，可被靶细胞膜上的专一 受体识别并结合。受体配体复合物能激活腺苷酸环化酶。被激活的腺苷酸环化酶使ATPcAMP。cAMP作为第二信使通过激活依赖于它的蛋白质激酶，启动细胞内各种反应，并产生最终的生物学效应。第四节 细胞膜的功能 膜受体与细胞识别

23、 细胞识别细胞识别（cell recognition）细胞能认识同种和异种细胞，以及自己和异己物质的一种现象。举例：海绵（1907年，Wilson）巨噬细胞吞噬衰老的红细胞 精子与卵的受精过程 第四节 细胞膜的功能 三.膜抗原膜抗原（membrane antigen）细胞表面具有抗原性质的大分子。也称细胞表面抗原。人红细胞膜上的血型抗原血型抗原糖脂（寡糖链的单糖组成和连接顺序决定抗原特异性。）ABO血型A抗原、B抗原、H抗原 H抗原O型 A抗原A型 B抗原B型 A和B抗原AB型 组织相容性抗原组织相容性抗原糖蛋白 HLA，移植抗原第三章 细 胞 膜n细胞膜的化学组成n细胞膜的分子结构n细胞膜的

24、特性n细胞膜的功能n细胞膜表面细胞膜表面第五节第五节 细胞表面细胞表面n细胞表面（cell surface）是以质膜为主体，包括质膜和质膜外表面的细胞被以及质膜内侧的膜下溶胶层共同组成一个多功能复合体系。n一细胞被（cell coat）细胞膜外表面包围一层寡多糖链分子层。1、形态2、化学成分3、功能n二膜下溶胶层（cytosol）1、形态2、功能n 糖被糖被在有些细胞膜的外表面，由膜中糖蛋白、糖脂的寡糖链向外伸展，并与细胞内分泌出来的糖蛋白交织成的一层绒毛状外被。也称糖萼糖萼（glycocalyx），细胞衣细胞衣（cell coat），细胞被细胞被。厚约200 nm，对细胞有保护作用。The cell coat,or glycocalyx.Electron micrograph of the surface of a lymphocyte stained with ruthenium red to show the cell coat.n“细胞外被”或“糖萼”：指真核细胞表面富含糖类的外围区域，大部分是由质膜中的糖蛋白和糖脂向外伸出的寡糖链部分组成。