細(xì)胞膜與細(xì)胞表面

1、細(xì)胞膜與細(xì)胞表面細(xì)胞膜與細(xì)胞表面第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型一、生物膜的結(jié)構(gòu)模型一、生物膜的結(jié)構(gòu)模型二、二、膜脂膜脂三、三、膜蛋白膜蛋白細(xì)胞膜：又稱質(zhì)膜是指圍繞在細(xì)胞最外層的薄膜，細(xì)胞膜：又稱質(zhì)膜是指圍繞在細(xì)胞最外層的薄膜，由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成。由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成。細(xì)胞內(nèi)膜：除質(zhì)膜外，真核細(xì)胞內(nèi)圍繞細(xì)胞器的細(xì)胞內(nèi)膜：除質(zhì)膜外，真核細(xì)胞內(nèi)圍繞細(xì)胞器的膜稱為細(xì)胞內(nèi)膜。膜稱為細(xì)胞內(nèi)膜。細(xì)胞膜（外周膜）細(xì)胞膜（外周膜）細(xì)胞內(nèi)膜細(xì)胞內(nèi)膜生物膜生物膜一、生物膜的結(jié)構(gòu)一、生物膜的結(jié)構(gòu)（一）（一） 細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的研究歷史細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的研究歷史1.E. Gorter & F. Grend

2、el 1925 推測(cè)推測(cè)細(xì)胞膜由雙層脂分細(xì)胞膜由雙層脂分子組成子組成。2. J. Danielli & H. Davson 1935 推測(cè)膜中含有蛋白質(zhì)，推測(cè)膜中含有蛋白質(zhì)，提出了提出了”蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-脂類脂類-蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)”的的雙分子片層或三明治模雙分子片層或三明治模型。型。 3. J. D. Robertson 1959 提出提出“單位膜單位膜”模型。模型。 4. S. J. Singer & G.Nicolson1972提出提出”流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型”5. Simon 提出提出脂筏模型脂筏模型。圖圖3-1 雙層脂分子的膜結(jié)構(gòu)模型雙層脂分子的膜結(jié)構(gòu)模型 用有機(jī)溶劑提取了

3、人類紅細(xì)胞質(zhì)膜的脂類成分，將其鋪用有機(jī)溶劑提取了人類紅細(xì)胞質(zhì)膜的脂類成分，將其鋪展在水面，測(cè)出膜脂展開的面積二倍于細(xì)胞表面積，因而推展在水面，測(cè)出膜脂展開的面積二倍于細(xì)胞表面積，因而推測(cè)細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。測(cè)細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。圖圖3-2 質(zhì)膜的片層結(jié)構(gòu)模型質(zhì)膜的片層結(jié)構(gòu)模型 發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油水界面的張力低得多，推測(cè)發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油水界面的張力低得多，推測(cè)膜中含有蛋白質(zhì)，從而提出了膜中含有蛋白質(zhì)，從而提出了“蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)-脂類脂類-蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)”的三明的三明治模型。治模型。圖圖3-3 質(zhì)膜的單位膜結(jié)構(gòu)模型質(zhì)膜的單位膜結(jié)構(gòu)模型 用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗用超

4、薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗-明明-暗暗三層結(jié)構(gòu)，厚約三層結(jié)構(gòu)，厚約7.5nm。這就是所謂的。這就是所謂的“單位膜單位膜”模型。它由模型。它由厚約厚約3.5nm的雙層脂分子和內(nèi)外表面各厚約的雙層脂分子和內(nèi)外表面各厚約2nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成。的蛋白質(zhì)構(gòu)成。圖圖3-4 細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型細(xì)胞膜的流動(dòng)鑲嵌模型 根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，在根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，在“單單位膜位膜”模型的基礎(chǔ)上提出模型的基礎(chǔ)上提出“流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型”。強(qiáng)調(diào)膜的流動(dòng)。強(qiáng)調(diào)膜的流動(dòng)性和膜蛋白分布的不對(duì)稱性。性和膜蛋白分布的不對(duì)稱性。 流動(dòng)鑲嵌模型突出了生物膜的流動(dòng)性和膜蛋

5、白分布流動(dòng)鑲嵌模型突出了生物膜的流動(dòng)性和膜蛋白分布的不對(duì)稱性。的不對(duì)稱性。細(xì)胞膜由細(xì)胞膜由流動(dòng)的流動(dòng)的脂雙層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成。脂雙層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成。磷脂分子以疏水性尾部相對(duì)，極性頭部朝向水相組成生磷脂分子以疏水性尾部相對(duì)，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架。物膜骨架。蛋白質(zhì)或嵌在脂雙層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個(gè)蛋白質(zhì)或嵌在脂雙層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個(gè) 脂雙層，表現(xiàn)出分布的脂雙層，表現(xiàn)出分布的不對(duì)稱性不對(duì)稱性。膜脂與膜脂，膜蛋白與膜蛋白以及膜蛋白與膜脂之間的膜脂與膜脂，膜蛋白與膜蛋白以及膜蛋白與膜脂之間的復(fù)雜相互作用，在一定程度上限制了膜蛋白與膜脂的流復(fù)雜相互作用，在一定程

6、度上限制了膜蛋白與膜脂的流動(dòng)性。動(dòng)性。 脂筏模型：即在以甘油磷脂為主體的生物膜上，脂筏模型：即在以甘油磷脂為主體的生物膜上，膽固醇、鞘磷脂等形成相對(duì)有序的脂相，如同漂浮膽固醇、鞘磷脂等形成相對(duì)有序的脂相，如同漂浮在脂雙層上的在脂雙層上的“脂筏脂筏”一樣載著執(zhí)行特定生物學(xué)功一樣載著執(zhí)行特定生物學(xué)功能的各種膜蛋白。能的各種膜蛋白。v具有極性頭部和非極性尾部的磷脂分子形成具有極性頭部和非極性尾部的磷脂分子形成可運(yùn)動(dòng)的磷脂雙層。可運(yùn)動(dòng)的磷脂雙層。v可運(yùn)動(dòng)的蛋白質(zhì)以非對(duì)稱方式鑲嵌在磷脂雙可運(yùn)動(dòng)的蛋白質(zhì)以非對(duì)稱方式鑲嵌在磷脂雙層中或結(jié)合于表面。層中或結(jié)合于表面。v生物膜可以看做是在磷脂雙層中鑲嵌蛋白質(zhì)生物

7、膜可以看做是在磷脂雙層中鑲嵌蛋白質(zhì)的二維溶液。的二維溶液。二、膜二、膜 脂脂（一）成分（一）成分（二）（二）運(yùn)動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)方式（三）（三）脂質(zhì)體脂質(zhì)體（一）（一） 成成 分分 v磷脂磷脂（Phospholipid)Phospholipid)：是構(gòu)成膜脂的基本成分，：是構(gòu)成膜脂的基本成分，約占整個(gè)膜脂的約占整個(gè)膜脂的5050以上。分為二類以上。分為二類: : 甘油磷脂和甘油磷脂和鞘磷脂。鞘磷脂。v糖脂糖脂(Glycolipid)(Glycolipid)：存在于原核和真核細(xì)胞的細(xì)：存在于原核和真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜上，其含量占膜脂總量的胞質(zhì)膜上，其含量占膜脂總量的5 5以下，在神經(jīng)元以下，在神經(jīng)元質(zhì)膜上

8、糖脂含量較高，占質(zhì)膜上糖脂含量較高，占5%5%10%10%，是含糖而不含磷，是含糖而不含磷酸的脂類。酸的脂類。v膽固醇膽固醇(Cholesterol)(Cholesterol)：僅存在真核細(xì)胞膜上：僅存在真核細(xì)胞膜上( (動(dòng)動(dòng)物細(xì)胞和少數(shù)植物細(xì)胞脂膜），含量一般不超過膜物細(xì)胞和少數(shù)植物細(xì)胞脂膜），含量一般不超過膜脂脂1/31/3。圖圖3-5 不同類型的甘油磷脂不同類型的甘油磷脂甘油磷脂（甘油磷脂（phosphoglyceride)：以甘油為骨架的磷脂類，在以甘油為骨架的磷脂類，在骨架上結(jié)合兩個(gè)脂肪酸鏈和一個(gè)磷酸基團(tuán)，乙醇胺、絲氨酸、骨架上結(jié)合兩個(gè)脂肪酸鏈和一個(gè)磷酸基團(tuán)，乙醇胺、絲氨酸、膽堿、或

9、肌醇等分子籍磷酸基團(tuán)連接到脂分子上膽堿、或肌醇等分子籍磷酸基團(tuán)連接到脂分子上 。磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）phosphatidyl ethanolamine ，PE磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸phosphatidyl serine，PS磷脂酰膽堿（卵磷脂）磷脂酰膽堿（卵磷脂）phosphatidyl choline，PC磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇phosphatidyl inositol，PI磷脂的特點(diǎn)：磷脂的特點(diǎn)：具有一個(gè)極性頭和兩個(gè)非極性的尾具有一個(gè)極性頭和兩個(gè)非極性的尾(心磷脂除外）心磷脂除外）脂肪酸碳鏈為偶數(shù)；脂肪酸碳鏈為偶數(shù)；常含不飽和脂肪酸，多為順式常含不飽和脂肪酸，多為順

10、式 圖圖3-6 磷脂酰膽堿的分子結(jié)構(gòu)磷脂酰膽堿的分子結(jié)構(gòu)v鞘磷脂（鞘磷脂（SM）在腦和神經(jīng)細(xì)胞膜中特別豐富，它在腦和神經(jīng)細(xì)胞膜中特別豐富，它是以鞘胺醇為骨架，與一條脂肪酸鏈組成疏水尾部，是以鞘胺醇為骨架，與一條脂肪酸鏈組成疏水尾部，親水頭部也含膽堿與磷酸結(jié)合。親水頭部也含膽堿與磷酸結(jié)合。 圖圖3-7 鞘磷脂鞘磷脂糖脂糖脂v其結(jié)構(gòu)與其結(jié)構(gòu)與SM很相似，只是由一個(gè)或多個(gè)糖殘基代替了磷脂很相似，只是由一個(gè)或多個(gè)糖殘基代替了磷脂酰膽堿而與鞘氨醇的羥基結(jié)合。酰膽堿而與鞘氨醇的羥基結(jié)合。v最簡(jiǎn)單的糖脂是半乳糖腦苷脂，它只有一個(gè)半乳糖殘基作為最簡(jiǎn)單的糖脂是半乳糖腦苷脂，它只有一個(gè)半乳糖殘基作為極性頭部，在髓

11、鞘的多層膜中含量豐富；較復(fù)雜的糖脂是神極性頭部，在髓鞘的多層膜中含量豐富；較復(fù)雜的糖脂是神經(jīng)節(jié)苷脂，其頭部包含一個(gè)或幾個(gè)唾液酸和糖的殘基。經(jīng)節(jié)苷脂，其頭部包含一個(gè)或幾個(gè)唾液酸和糖的殘基。圖圖3-8 糖脂的結(jié)構(gòu)糖脂的結(jié)構(gòu) 1. 半乳糖腦苷脂，半乳糖腦苷脂，2. GM1神經(jīng)節(jié)苷脂，神經(jīng)節(jié)苷脂，3. 唾液酸唾液酸v膽固醇：膽固醇：膽固醇分子分為膽固醇分子分為3部分：羥基團(tuán)組成的極性頭部、部分：羥基團(tuán)組成的極性頭部、非極性的類固醇環(huán)結(jié)構(gòu)和一個(gè)非極性的碳?xì)湮膊?。非極性的類固醇環(huán)結(jié)構(gòu)和一個(gè)非極性的碳?xì)湮膊?。v調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性，增加膜的穩(wěn)定性，降低水溶性物質(zhì)的通透調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性，增加膜的穩(wěn)定性，降低水溶性物質(zhì)

12、的通透性；是脂筏的基本結(jié)構(gòu)成分。性；是脂筏的基本結(jié)構(gòu)成分。圖圖3-9 膽固醇的結(jié)構(gòu)膽固醇的結(jié)構(gòu)圖圖3-12 膜脂的分子運(yùn)動(dòng)膜脂的分子運(yùn)動(dòng) 側(cè)向擴(kuò)散：同一平面上相鄰的脂分子交換位置，其交換頻側(cè)向擴(kuò)散：同一平面上相鄰的脂分子交換位置，其交換頻率在率在106次次/s以上。以上。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：膜脂分子圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行快速旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：膜脂分子圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行快速旋轉(zhuǎn)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)：膜脂分子圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行左右擺動(dòng)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)：膜脂分子圍繞與膜平面垂直的軸進(jìn)行左右擺動(dòng)伸縮震蕩：脂肪酸鏈沿著與縱軸進(jìn)行伸縮震蕩運(yùn)動(dòng)伸縮震蕩：脂肪酸鏈沿著與縱軸進(jìn)行伸縮震蕩運(yùn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：膜脂分子從脂雙層的一層翻轉(zhuǎn)到另

13、一層翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：膜脂分子從脂雙層的一層翻轉(zhuǎn)到另一層1 側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 2 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 3 擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)擺動(dòng)運(yùn)動(dòng) 4 伸縮震蕩運(yùn)動(dòng)伸縮震蕩運(yùn)動(dòng)5 翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（二）膜脂的運(yùn)動(dòng)方式（二）膜脂的運(yùn)動(dòng)方式（三）脂質(zhì)體（三）脂質(zhì)體v脂質(zhì)體（脂質(zhì)體（liposome）是根據(jù)磷脂分子在水相）是根據(jù)磷脂分子在水相中形成穩(wěn)定脂雙層膜的趨勢(shì)而制備的人工膜。中形成穩(wěn)定脂雙層膜的趨勢(shì)而制備的人工膜。v脂質(zhì)體可作為生物膜的研究模型，也可作為脂質(zhì)體可作為生物膜的研究模型，也可作為生物大分子和藥物的載體。（脂質(zhì)體可用于生物大分子和藥物的載體。（脂質(zhì)體可用于轉(zhuǎn)基因，或制備的藥物，利用脂質(zhì)體可以和轉(zhuǎn)基因，或制備的

14、藥物，利用脂質(zhì)體可以和細(xì)胞膜融合的特點(diǎn)，將藥物送入細(xì)胞內(nèi)部。）細(xì)胞膜融合的特點(diǎn)，將藥物送入細(xì)胞內(nèi)部。） 脂質(zhì)體脂質(zhì)體 在水中磷脂分子親水頭部插入水中，疏水尾部伸向空氣，在水中磷脂分子親水頭部插入水中，疏水尾部伸向空氣，攪動(dòng)后形成雙層脂分子的球形脂質(zhì)體，直徑攪動(dòng)后形成雙層脂分子的球形脂質(zhì)體，直徑251000nm不等。不等。球形脂質(zhì)體球形脂質(zhì)體 用于靶向藥物治療的脂質(zhì)體用于靶向藥物治療的脂質(zhì)體三三 、膜蛋白：、膜蛋白：膜功能的主要體現(xiàn)者膜功能的主要體現(xiàn)者（一）膜蛋白的類型（一）膜蛋白的類型（二）（二）內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式（三）（三）去垢劑去垢劑（一）（一） 膜蛋白的

15、類型膜蛋白的類型v外在外在( (外周外周) )膜蛋白膜蛋白 水溶性蛋白水溶性蛋白, ,靠離靠離子鍵或其它弱鍵與膜子鍵或其它弱鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子極性頭部非共脂分子極性頭部非共價(jià)結(jié)合，易分離價(jià)結(jié)合，易分離 根據(jù)膜蛋白與脂分子的結(jié)合方式分為外周膜蛋白、內(nèi)在膜根據(jù)膜蛋白與脂分子的結(jié)合方式分為外周膜蛋白、內(nèi)在膜蛋白、脂錨定蛋白蛋白、脂錨定蛋白v內(nèi)在（整合）膜蛋白：內(nèi)在（整合）膜蛋白： 水不溶性蛋白，水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，與形成跨膜螺旋，與膜結(jié)合緊密，需用膜結(jié)合緊密，需用去垢劑使膜崩解后去垢劑使膜崩解后才可分離才可分離v脂錨定蛋白脂錨定蛋白( (又稱脂連接又稱脂連接蛋白

16、蛋白) ) 通過共價(jià)鍵的方式同脂通過共價(jià)鍵的方式同脂分子結(jié)合，從而錨定在細(xì)胞分子結(jié)合，從而錨定在細(xì)胞質(zhì)膜上質(zhì)膜上 與脂肪酸結(jié)合的脂錨與脂肪酸結(jié)合的脂錨定蛋白多分布在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)；定蛋白多分布在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)； 與糖脂結(jié)合的脂錨定蛋與糖脂結(jié)合的脂錨定蛋白多分布在質(zhì)膜外側(cè)白多分布在質(zhì)膜外側(cè)圖圖3-11 蛋白與膜的結(jié)合方式蛋白與膜的結(jié)合方式 整合蛋白整合蛋白 脂錨定蛋白脂錨定蛋白 外周蛋白外周蛋白內(nèi)在膜蛋白多數(shù)為跨膜蛋白（內(nèi)在膜蛋白多數(shù)為跨膜蛋白（tansmembrane proteins），也），也有些插入脂雙層中，與膜結(jié)合方式有：有些插入脂雙層中，與膜結(jié)合方式有：1.膜蛋白的膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域跨膜結(jié)構(gòu)域與

17、脂雙層的與脂雙層的疏水中心疏水中心的相互作用。的相互作用。2.跨膜結(jié)構(gòu)域跨膜結(jié)構(gòu)域兩端攜帶兩端攜帶正電荷正電荷的氨基酸殘基，如精氨酸、賴氨酸的氨基酸殘基，如精氨酸、賴氨酸等，與等，與磷脂分子帶負(fù)電磷脂分子帶負(fù)電的極性頭形成離子鍵，或帶負(fù)電的氨的極性頭形成離子鍵，或帶負(fù)電的氨基酸殘基通過基酸殘基通過Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子與帶負(fù)電的磷脂極性頭相等陽(yáng)離子與帶負(fù)電的磷脂極性頭相互作用?；プ饔谩＃ǘ﹥?nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式（二）內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式 3.某些某些膜蛋白膜蛋白在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)的半胱氨酸在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)的半胱氨酸殘基上殘基上共價(jià)結(jié)合脂肪酸分子共價(jià)結(jié)合脂肪酸分子，插入脂雙層之，插

18、入脂雙層之間，進(jìn)一步加強(qiáng)膜蛋白與脂雙層的結(jié)合力，間，進(jìn)一步加強(qiáng)膜蛋白與脂雙層的結(jié)合力，還有還有少數(shù)蛋白少數(shù)蛋白與與糖脂糖脂共價(jià)結(jié)合。共價(jià)結(jié)合。膜內(nèi)在蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域是與膜脂結(jié)合的主要部位，具膜內(nèi)在蛋白跨膜結(jié)構(gòu)域是與膜脂結(jié)合的主要部位，具體作用方式有：體作用方式有：（1）跨膜結(jié)構(gòu)域含有）跨膜結(jié)構(gòu)域含有20個(gè)左右的疏水氨基酸殘基，個(gè)左右的疏水氨基酸殘基，形成形成螺旋螺旋，其外部疏水側(cè)鏈通過范德華力，其外部疏水側(cè)鏈通過范德華力與脂雙與脂雙層層分子脂肪酸鏈相互作用。分子脂肪酸鏈相互作用。（2）某些某些螺旋（雙性）螺旋（雙性）既具有極性側(cè)鏈又具有非極既具有極性側(cè)鏈又具有非極性側(cè)鏈，性側(cè)鏈，螺旋的外側(cè)是非極

19、性側(cè)鏈，內(nèi)側(cè)是極性螺旋的外側(cè)是非極性側(cè)鏈，內(nèi)側(cè)是極性側(cè)鏈，側(cè)鏈，形成特異性分子的跨膜通道與脂雙層形成特異性分子的跨膜通道與脂雙層相互作相互作用。用。 （3）某些跨膜蛋白（如大腸桿菌外膜上的孔蛋白和）某些跨膜蛋白（如大腸桿菌外膜上的孔蛋白和線粒體內(nèi)膜上的孔蛋白，其跨膜結(jié)構(gòu)域常常僅有線粒體內(nèi)膜上的孔蛋白，其跨膜結(jié)構(gòu)域常常僅有1012個(gè)氨基酸殘基）形成個(gè)氨基酸殘基）形成折疊片結(jié)構(gòu)，折疊片結(jié)構(gòu)，反向平反向平行的行的折疊形成非特異的跨膜通道與脂雙層折疊形成非特異的跨膜通道與脂雙層相互作相互作用。用。（三）去垢劑（三）去垢劑（detergent） 一端親水一端疏水的兩性小分子，是分離與研究一端親水一端疏水

20、的兩性小分子，是分離與研究膜蛋白的常用試劑，可分為膜蛋白的常用試劑，可分為離子型去垢劑離子型去垢劑與與非離子型非離子型去垢劑去垢劑。 常用的離子型去垢劑如十二烷基磺酸鈉（常用的離子型去垢劑如十二烷基磺酸鈉（SDS），），可以使細(xì)胞膜崩解，與膜蛋白結(jié)合使其分離，破壞蛋可以使細(xì)胞膜崩解，與膜蛋白結(jié)合使其分離，破壞蛋白質(zhì)內(nèi)部的非共價(jià)結(jié)構(gòu)。（作用劇烈，引起蛋白質(zhì)變白質(zhì)內(nèi)部的非共價(jià)結(jié)構(gòu)。（作用劇烈，引起蛋白質(zhì)變性）性） 非離子型去垢劑非離子型去垢劑Triton-X100，也可使細(xì)胞膜崩解，也可使細(xì)胞膜崩解，但對(duì)蛋白質(zhì)的作用溫和，用于研究細(xì)胞骨架蛋白。但對(duì)蛋白質(zhì)的作用溫和，用于研究細(xì)胞骨架蛋白。第二節(jié) 生

21、物膜基本特征與功能v一、膜的流動(dòng)性一、膜的流動(dòng)性v二、二、膜的不對(duì)稱性膜的不對(duì)稱性v三、三、細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能一、膜的流動(dòng)性一、膜的流動(dòng)性 膜的流動(dòng)性是生物膜的基本特征之一，膜的流動(dòng)性是生物膜的基本特征之一，也是細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)的必要條件。也是細(xì)胞進(jìn)行生命活動(dòng)的必要條件。 （一）膜脂的流動(dòng)性（一）膜脂的流動(dòng)性 （二）（二）膜蛋白的流動(dòng)性膜蛋白的流動(dòng)性 （三）（三）熒光漂白修復(fù)技術(shù)熒光漂白修復(fù)技術(shù) 膜脂的流動(dòng)性主要指脂分子的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，它在很大程度膜脂的流動(dòng)性主要指脂分子的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，它在很大程度上由脂分子本身的性質(zhì)決定，是生長(zhǎng)細(xì)胞完成多種生理功能上由脂分子本身的性質(zhì)決定，是生長(zhǎng)細(xì)

22、胞完成多種生理功能所必需的。所必需的。 膜脂既可以是晶態(tài)膜脂既可以是晶態(tài),又可以液態(tài)存在。在不同溫度下發(fā)生又可以液態(tài)存在。在不同溫度下發(fā)生的膜脂狀態(tài)的改變稱為的膜脂狀態(tài)的改變稱為相變相變。 影響膜脂流動(dòng)性的因素主要有以下幾個(gè)方面影響膜脂流動(dòng)性的因素主要有以下幾個(gè)方面 （1）脂肪酸鏈的長(zhǎng)度。長(zhǎng)鏈脂肪酸相變溫度高，膜的流）脂肪酸鏈的長(zhǎng)度。長(zhǎng)鏈脂肪酸相變溫度高，膜的流動(dòng)性降低。動(dòng)性降低。 （2）脂肪酸鏈的飽和度。脂肪酸鏈所含雙鍵越多，膜的）脂肪酸鏈的飽和度。脂肪酸鏈所含雙鍵越多，膜的流動(dòng)性越大。流動(dòng)性越大。 （3）溫度。各種膜脂具有不同的相變溫度。）溫度。各種膜脂具有不同的相變溫度。 （4）膽固醇含

23、量。在動(dòng)物細(xì)胞中，膽固醇對(duì)膜的流動(dòng)性）膽固醇含量。在動(dòng)物細(xì)胞中，膽固醇對(duì)膜的流動(dòng)性發(fā)揮雙重調(diào)節(jié)作用。發(fā)揮雙重調(diào)節(jié)作用。（一）膜脂的流動(dòng)性（一）膜脂的流動(dòng)性 一系列實(shí)驗(yàn)證明膜蛋白有流動(dòng)性：一系列實(shí)驗(yàn)證明膜蛋白有流動(dòng)性：細(xì)胞融合技術(shù)細(xì)胞融合技術(shù)、成斑和成斑和成帽反應(yīng)成帽反應(yīng)。影響膜蛋白流動(dòng)性的因素：影響膜蛋白流動(dòng)性的因素：1、抑制細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)合成代謝途徑，對(duì)膜蛋白運(yùn)動(dòng)沒、抑制細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)合成代謝途徑，對(duì)膜蛋白運(yùn)動(dòng)沒有影響；降低溫度，膜蛋白的擴(kuò)散效率降低至原來的有影響；降低溫度，膜蛋白的擴(kuò)散效率降低至原來的1/20-1/10。說明膜蛋白在脂雙層二維溶液中的運(yùn)動(dòng)是自發(fā)的熱運(yùn)。說明膜蛋白

24、在脂雙層二維溶液中的運(yùn)動(dòng)是自發(fā)的熱運(yùn)動(dòng)（主要為側(cè)向運(yùn)動(dòng)），不需要代謝產(chǎn)物的參加，也不需要?jiǎng)樱ㄖ饕獮閭?cè)向運(yùn)動(dòng)），不需要代謝產(chǎn)物的參加，也不需要提供能量。提供能量。2、細(xì)胞骨架與某些膜蛋白結(jié)構(gòu)相結(jié)合，限制了某些蛋白的流動(dòng)。、細(xì)胞骨架與某些膜蛋白結(jié)構(gòu)相結(jié)合，限制了某些蛋白的流動(dòng)。（二）（二） 膜蛋白的流動(dòng)性膜蛋白的流動(dòng)性圖圖3-13 利用細(xì)胞融合技術(shù)觀察蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)利用細(xì)胞融合技術(shù)觀察蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng) 將抗鼠細(xì)胞膜的將抗鼠細(xì)胞膜的熒光抗體（顯綠色熒熒光抗體（顯綠色熒光）標(biāo)記小鼠細(xì)胞表光）標(biāo)記小鼠細(xì)胞表面，將抗人細(xì)胞膜熒面，將抗人細(xì)胞膜熒光抗體（顯紅色熒光）光抗體（顯紅色熒光）標(biāo)記人細(xì)胞表面，用標(biāo)記人細(xì)胞表面

25、，用滅活的仙臺(tái)病毒處理滅活的仙臺(tái)病毒處理使兩種細(xì)胞融合。融使兩種細(xì)胞融合。融合細(xì)胞表面綠色與紅合細(xì)胞表面綠色與紅色熒光蛋白均勻分布，色熒光蛋白均勻分布，顯示了與抗體結(jié)合的顯示了與抗體結(jié)合的膜蛋白在質(zhì)膜上的運(yùn)膜蛋白在質(zhì)膜上的運(yùn)動(dòng)動(dòng) 。圖圖3-14 淋巴細(xì)胞的成斑和成帽反應(yīng)淋巴細(xì)胞的成斑和成帽反應(yīng) 在某些細(xì)胞如血液在某些細(xì)胞如血液白細(xì)胞中熒光抗體標(biāo)白細(xì)胞中熒光抗體標(biāo)記時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，已記時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，已均勻分布在細(xì)胞表面均勻分布在細(xì)胞表面的熒光會(huì)重新排布，的熒光會(huì)重新排布，聚集在細(xì)胞表面的某聚集在細(xì)胞表面的某些部位，稱成斑現(xiàn)象些部位，稱成斑現(xiàn)象（patching）；聚集）；聚集在細(xì)胞的一端稱成帽在細(xì)

26、胞的一端稱成帽現(xiàn)象（現(xiàn)象（capping），），均說明均說明膜蛋白的流動(dòng)膜蛋白的流動(dòng)性性。圖圖3-15 熒光脫色恢復(fù)技術(shù)熒光脫色恢復(fù)技術(shù)（三）熒光漂白恢復(fù)技術(shù)（三）熒光漂白恢復(fù)技術(shù) 熒光漂白恢復(fù)技術(shù)是研究膜蛋白或膜脂流動(dòng)性的基本實(shí)驗(yàn)熒光漂白恢復(fù)技術(shù)是研究膜蛋白或膜脂流動(dòng)性的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)之一。技術(shù)之一。 用熒光素標(biāo)記膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射細(xì)胞表面用熒光素標(biāo)記膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射細(xì)胞表面某一區(qū)域，使被照射區(qū)的熒光淬滅變暗，由于膜的流動(dòng)性，淬某一區(qū)域，使被照射區(qū)的熒光淬滅變暗，由于膜的流動(dòng)性，淬滅區(qū)域亮度逐漸增加，最后恢復(fù)到與周圍熒光強(qiáng)度熄燈。滅區(qū)域亮度逐漸增加，最后恢復(fù)到與周圍熒

27、光強(qiáng)度熄燈。 熒光恢復(fù)的速率間接反映出膜蛋白或膜脂擴(kuò)散的速率。熒光恢復(fù)的速率間接反映出膜蛋白或膜脂擴(kuò)散的速率。 質(zhì)膜的內(nèi)外兩層的組分和功能有明顯的差異，稱質(zhì)膜的內(nèi)外兩層的組分和功能有明顯的差異，稱為膜的不對(duì)稱性。為膜的不對(duì)稱性。 膜脂、膜蛋白在膜上均呈不對(duì)稱膜脂、膜蛋白在膜上均呈不對(duì)稱分布，導(dǎo)致膜功能的不對(duì)稱性和方向性，即膜內(nèi)外兩分布，導(dǎo)致膜功能的不對(duì)稱性和方向性，即膜內(nèi)外兩層的流動(dòng)性不同，使物質(zhì)傳遞有一定方向，信號(hào)的接層的流動(dòng)性不同，使物質(zhì)傳遞有一定方向，信號(hào)的接受和傳遞也有一定方向等。受和傳遞也有一定方向等。（一）細(xì)胞質(zhì)膜各部分的名稱（一）細(xì)胞質(zhì)膜各部分的名稱（二）膜脂的（二）膜脂的不對(duì)稱

28、性不對(duì)稱性（三）膜蛋白的（三）膜蛋白的不對(duì)稱性不對(duì)稱性指每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確指每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的方向性和分布的區(qū)域性的方向性和分布的區(qū)域性 二、膜的不對(duì)稱性二、膜的不對(duì)稱性圖圖3-17 膜各個(gè)斷面的名稱膜各個(gè)斷面的名稱質(zhì)膜的細(xì)胞外表面質(zhì)膜的細(xì)胞外表面質(zhì)膜的原生質(zhì)表面質(zhì)膜的原生質(zhì)表面質(zhì)膜的細(xì)胞外小葉斷裂面質(zhì)膜的細(xì)胞外小葉斷裂面原生質(zhì)小葉斷裂面原生質(zhì)小葉斷裂面ES（extrocytopasmic surface）：與細(xì)胞外環(huán)境接觸的膜面；）：與細(xì)胞外環(huán)境接觸的膜面；PS（protoplasmic surface）：與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)接觸的膜面；）：與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)接觸的膜面；

29、 冷凍蝕刻技術(shù)制樣過程中，膜結(jié)構(gòu)常常從雙層脂分子疏水端斷裂冷凍蝕刻技術(shù)制樣過程中，膜結(jié)構(gòu)常常從雙層脂分子疏水端斷裂EF（extrocytopasmic face）：質(zhì)膜的細(xì)胞外小頁(yè)斷裂面；）：質(zhì)膜的細(xì)胞外小頁(yè)斷裂面；PF（protoplasmic face）：原生質(zhì)小頁(yè)斷裂面。）：原生質(zhì)小頁(yè)斷裂面。圖圖3-18 膜脂的不對(duì)稱分布膜脂的不對(duì)稱分布 膜脂的不對(duì)稱性是指同一種膜脂分子在膜的脂雙層中膜脂的不對(duì)稱性是指同一種膜脂分子在膜的脂雙層中呈不均勻分布。表現(xiàn)在脂雙層中分布的各類脂的比例不同。呈不均勻分布。表現(xiàn)在脂雙層中分布的各類脂的比例不同。圖圖3-12 糖脂的不對(duì)稱分布糖脂的不對(duì)稱分布 糖脂的分

30、布表現(xiàn)出完全不對(duì)稱性，其糖側(cè)鏈都在糖脂的分布表現(xiàn)出完全不對(duì)稱性，其糖側(cè)鏈都在質(zhì)膜或其它內(nèi)膜的質(zhì)膜或其它內(nèi)膜的ES面上。面上。糖脂只分布于細(xì)胞膜的外表面。糖脂只分布于細(xì)胞膜的外表面。（三）（三） 膜蛋白的不對(duì)稱性膜蛋白的不對(duì)稱性 所有的膜蛋白，無論是外在膜蛋白還是內(nèi)在膜蛋白，在質(zhì)所有的膜蛋白，無論是外在膜蛋白還是內(nèi)在膜蛋白，在質(zhì)膜上都呈不對(duì)稱分布。膜上都呈不對(duì)稱分布。 每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有特定的方向性和區(qū)域性。每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有特定的方向性和區(qū)域性。 各種生物膜的特征及其生物學(xué)功能主要是由膜蛋白來決定各種生物膜的特征及其生物學(xué)功能主要是由膜蛋白來決定的。的。 膜蛋白的不對(duì)稱

31、性是生物膜執(zhí)行復(fù)雜的、時(shí)空調(diào)控有序膜蛋白的不對(duì)稱性是生物膜執(zhí)行復(fù)雜的、時(shí)空調(diào)控有序的各種生理活動(dòng)的保證。的各種生理活動(dòng)的保證。三、細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能三、細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能v為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境v選擇性物質(zhì)運(yùn)輸選擇性物質(zhì)運(yùn)輸v提供細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)，并完提供細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn)，并完成細(xì)胞內(nèi)外跨膜信息傳遞成細(xì)胞內(nèi)外跨膜信息傳遞v為多種酶提供結(jié)合位點(diǎn)，為多種酶提供結(jié)合位點(diǎn)，使酶促反應(yīng)高效有序使酶促反應(yīng)高效有序v介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接基質(zhì)之間的連接v參與形成具有不同功能的參與形成具有不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)v

32、某些膜蛋白的異常與疾病某些膜蛋白的異常與疾病直接相關(guān)，可以作為疾病直接相關(guān)，可以作為疾病治療的藥物靶點(diǎn)治療的藥物靶點(diǎn)圖圖3-20 細(xì)胞膜的功能細(xì)胞膜的功能第三節(jié)第三節(jié) 膜骨架膜骨架一、膜骨架一、膜骨架二、二、紅細(xì)胞的生物學(xué)特性紅細(xì)胞的生物學(xué)特性三、三、紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架一、膜骨架一、膜骨架 指質(zhì)膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)指質(zhì)膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)架結(jié)構(gòu)，位于質(zhì)膜下約位于質(zhì)膜下約0.2m厚的溶膠層。厚的溶膠層。 它參與維持質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理它參與維持質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。功能。 至今為止，對(duì)膜骨架研究最多的還是

33、哺乳動(dòng)物至今為止，對(duì)膜骨架研究最多的還是哺乳動(dòng)物的紅細(xì)胞。的紅細(xì)胞。 二、紅細(xì)胞的生物學(xué)特性二、紅細(xì)胞的生物學(xué)特性特性及研究原因：特性及研究原因：v成熟的動(dòng)物血紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核、細(xì)胞器和內(nèi)膜系統(tǒng)，是最成熟的動(dòng)物血紅細(xì)胞沒有細(xì)胞核、細(xì)胞器和內(nèi)膜系統(tǒng)，是最簡(jiǎn)單、最易研究的生物膜。簡(jiǎn)單、最易研究的生物膜。v紅細(xì)胞質(zhì)膜既有很好的彈性又有較高的強(qiáng)度，這些特性在很紅細(xì)胞質(zhì)膜既有很好的彈性又有較高的強(qiáng)度，這些特性在很大程度上是由膜骨架賦予的。大程度上是由膜骨架賦予的。v其質(zhì)膜與膜骨架比較容易純化、分析，是研究膜骨架的理想其質(zhì)膜與膜骨架比較容易純化、分析，是研究膜骨架的理想材料。材料。 紅細(xì)胞血影：紅細(xì)胞血影

34、：紅細(xì)胞經(jīng)低滲處理，細(xì)胞破裂釋放血紅蛋白紅細(xì)胞經(jīng)低滲處理，細(xì)胞破裂釋放血紅蛋白及其內(nèi)容物，留下一個(gè)保持原形的空殼，稱為血影。及其內(nèi)容物，留下一個(gè)保持原形的空殼，稱為血影。三、紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架三、紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架經(jīng)經(jīng)SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，血影成分主要有：血影成分主要有：血影蛋白（血影蛋白（spectrin）：又稱收縮：又稱收縮蛋白，是紅細(xì)胞膜骨架的主要成分。蛋白，是紅細(xì)胞膜骨架的主要成分。由由亞基和亞基和亞基構(gòu)成二聚體，在維亞基構(gòu)成二聚體，在維持膜的形態(tài)以及固定其它膜蛋白位持膜的形態(tài)以及固定其它膜蛋白位置方面發(fā)揮作用。置方面發(fā)揮作用。錨蛋白（錨蛋白（

35、ankyrin）：與血影蛋白：與血影蛋白和帶和帶3蛋白的胞質(zhì)部相連，將血影蛋白的胞質(zhì)部相連，將血影蛋白網(wǎng)絡(luò)連接到質(zhì)膜上。蛋白網(wǎng)絡(luò)連接到質(zhì)膜上。帶帶3蛋白蛋白：是整合膜蛋白，陰離子：是整合膜蛋白，陰離子載體，通過交換載體，通過交換Cl，使，使HCO 3進(jìn)進(jìn)入紅細(xì)胞。為二聚體，每個(gè)單體跨入紅細(xì)胞。為二聚體，每個(gè)單體跨膜膜12次。次。血型糖蛋白（血型糖蛋白（Glycophorin)：?jiǎn)未慰缒ぬ堑鞍?，不參與單次跨膜糖蛋白，不參與維持紅細(xì)胞形態(tài)，與帶維持紅細(xì)胞形態(tài)，與帶4.1蛋白結(jié)合，促使膜骨架與蛋白結(jié)合，促使膜骨架與膜蛋白相連。膜蛋白相連。肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白(actin)：是膜骨架的：是膜骨架的主要成分

36、，肌動(dòng)蛋白纖維主要成分，肌動(dòng)蛋白纖維上有多個(gè)與血影蛋白結(jié)合上有多個(gè)與血影蛋白結(jié)合的位點(diǎn)。的位點(diǎn)。膜膜4.1蛋白蛋白:是膜骨架的主要成是膜骨架的主要成分，促使血影蛋白和肌動(dòng)分，促使血影蛋白和肌動(dòng)蛋白結(jié)合。蛋白結(jié)合。膜骨架模式圖膜骨架模式圖第三章第三章 細(xì)胞質(zhì)膜細(xì)胞質(zhì)膜名詞解釋：脂質(zhì)體（名詞解釋：脂質(zhì)體（liposomeliposome）、血影（）、血影（blood ghostblood ghost）、）、膜骨架（膜骨架（membrane cytoskeletonmembrane cytoskeleton）、去垢劑（）、去垢劑（detergentdetergent）、）、成斑現(xiàn)象（成斑現(xiàn)象（patchingpatching） 1. 1. 生物膜的基本結(jié)構(gòu)特征是什么生物膜的基本結(jié)構(gòu)特征是什么? ? 2. 2. 何謂內(nèi)在膜蛋白何謂內(nèi)在膜蛋白? ? 內(nèi)在膜蛋白以什么方式與膜脂相結(jié)合內(nèi)在膜蛋白以什么方式與膜脂相結(jié)合? ? 3. 3. 紅細(xì)胞膜骨架的基本結(jié)構(gòu)與功能是什么？紅細(xì)胞膜骨架的基本結(jié)構(gòu)與功能是什么？一、生物膜的結(jié)構(gòu)一、生物膜的結(jié)構(gòu)圖圖3-2 質(zhì)膜的片層結(jié)構(gòu)模型質(zhì)膜的片層