細(xì)胞膜2015-1

1、周葉方周葉方中南大學(xué)中南大學(xué) 細(xì)胞膜細(xì)胞膜 (Cell Membrane) (Cell Membrane) 又稱又稱質(zhì)膜質(zhì)膜 (plasma membrane)(plasma membrane) 細(xì)胞膜的重要性細(xì)胞膜的重要性v 細(xì)胞的細(xì)胞的邊界邊界 ；v 選擇通透選擇通透 運輸性運輸性 ；v 酶促酶促反應(yīng)高效反應(yīng)高效 進(jìn)行；進(jìn)行；v 信息信息交流交流 ；v 細(xì)胞細(xì)胞 之間的之間的連接連接 ；v 不同功能的細(xì)胞不同功能的細(xì)胞表面特化表面特化 。 第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞膜的化學(xué)組成細(xì)胞膜的化學(xué)組成 膜結(jié)構(gòu)模型膜結(jié)構(gòu)模型 膜的特性膜的特性 第二節(jié)第二節(jié) 小分子和離子運輸小分子和離子運輸 第三節(jié)第三節(jié) 大

2、分子和顆粒運輸大分子和顆粒運輸 第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞膜的化學(xué)組成及特性細(xì)胞膜的化學(xué)組成及特性各種細(xì)胞生物膜的化學(xué)組成各種細(xì)胞生物膜的化學(xué)組成膜的類別膜的類別蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)(%)(%)脂類脂類(%)(%)糖類糖類(%)(%)神經(jīng)髓鞘細(xì)胞神經(jīng)髓鞘細(xì)胞18793人紅細(xì)胞人紅細(xì)胞6040微量微量大鼠肝細(xì)胞大鼠肝細(xì)胞46425-10大鼠骨骼肌細(xì)胞大鼠骨骼肌細(xì)胞6535微量微量大鼠線粒體大鼠線粒體7027-291-2HeLa細(xì)胞細(xì)胞60402.4質(zhì)膜的化學(xué)組成一、脂質(zhì)成分大約占總組分的75%-25% ，構(gòu)成質(zhì)膜的骨架和起保護(hù)作用。 25%-75% ，生物膜功能的體現(xiàn)者。二、蛋白質(zhì)三、糖類2%-10%，可能與細(xì)

3、胞的識別和粘附功能相關(guān)。三種膜脂類型磷脂磷脂糖脂糖脂膽固醇膽固醇磷脂磷脂v約占膜脂的50以上。v主要特征主要特征：一個極性頭、兩個非極性尾（脂肪酸鏈）。一個極性頭、兩個非極性尾（脂肪酸鏈）。脂肪酸碳鏈為偶數(shù)，脂肪酸碳鏈為偶數(shù)，16，18或或20個碳原子。個碳原子。常含有不飽和脂肪酸（如油酸）。常含有不飽和脂肪酸（如油酸）。1.甘油磷脂和鞘磷脂甘油磷脂和鞘磷脂磷脂磷脂甘油磷脂：甘油磷脂：鞘磷脂：鞘磷脂：磷脂酰膽堿磷脂酰膽堿磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇磷脂酰堿基、磷脂酰堿基、甘油甘油、脂肪酸、脂肪酸磷脂酰堿基、磷脂酰堿基、鞘氨醇鞘氨醇、脂肪酸、脂肪酸極性頭極

4、性頭部：具部：具親水性親水性非極性尾非極性尾部：具疏部：具疏水性水性Influence of cis-double bonds in hydrocarbon chains. The double bonds make it more difficult to pack the chains together and therefore make the lipid bilayer more difficult to freeze. 2、鞘磷脂、鞘磷脂v鞘磷脂（sphingomyelin，SM）以鞘胺醇鞘胺醇（sphingosine）為骨架。腦和神經(jīng)細(xì)胞膜中特別豐富，原核和植物細(xì)胞膜中不含。組成

5、：一個鞘氨醇 一個脂肪酸 一個磷酸 一個膽堿或乙醇胺 脂質(zhì)體脂質(zhì)體liposome的類型的類型用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢而制備的根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢而制備的人工膜。人工膜。平面脂質(zhì)體膜平面脂質(zhì)體膜水溶液中的磷脂分子團(tuán)水溶液中的磷脂分子團(tuán)球形脂質(zhì)體球形脂質(zhì)體脂雙層脂雙層-脂質(zhì)體的特點應(yīng)用脂質(zhì)體的特點應(yīng)用脂雙層構(gòu)成兩個水性屏障；脂雙層構(gòu)成兩個水性屏障；脂雙層連續(xù)，自融合；脂雙層連續(xù)，自融合；脂雙層可變形。脂雙層可變形。FDA批準(zhǔn)上市的脂質(zhì)體產(chǎn)品有兩性霉素批準(zhǔn)上市的脂質(zhì)體產(chǎn)品有兩性霉素B、阿霉素脂質(zhì)

6、體、阿霉素脂質(zhì)體 膽固醇膽固醇（cholesterolcholesterol）羥基（極性）羥基（極性） 甾環(huán)甾環(huán)（非極性）（非極性）碳?xì)湮膊刻細(xì)湮膊浚ǚ菢O性）（非極性） 膽固醇在細(xì)胞膜中的功能膽固醇在細(xì)胞膜中的功能糖脂糖脂（glycolipidsglycolipids）：鞘氨醇的衍生物：鞘氨醇的衍生物 腦苷脂（cerebroside）神經(jīng)節(jié)苷脂（ganglioside）神經(jīng)節(jié)苷脂神經(jīng)節(jié)苷脂 v在神經(jīng)傳導(dǎo)中起重要作用；在神經(jīng)傳導(dǎo)中起重要作用；v是膜上的受體，如破傷風(fēng)毒素、霍亂毒是膜上的受體，如破傷風(fēng)毒素、霍亂毒素、干擾素等的受體。素、干擾素等的受體。首先發(fā)現(xiàn)在患首先發(fā)現(xiàn)在患Taysachs?。ㄌ?/p>

7、薩氏幼年病?。ㄌ┧_氏幼年病,四歲前四歲前死亡）的小兒腦中有蓄積，死亡）的小兒腦中有蓄積，命名為神經(jīng)節(jié)苷脂命名為神經(jīng)節(jié)苷脂. 化學(xué)組成v膜脂膜脂v磷脂磷脂v膽固醇膽固醇v糖脂糖脂v蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)v糖類糖類（二）、膜蛋白v占核基因組編碼蛋白質(zhì)的占核基因組編碼蛋白質(zhì)的30%30%。v根據(jù)與脂分子的結(jié)合方式分為：根據(jù)與脂分子的結(jié)合方式分為：膜內(nèi)在蛋白膜內(nèi)在蛋白又叫整合蛋白（又叫整合蛋白（integral/intrinsic proteinintegral/intrinsic protein）膜外在蛋白膜外在蛋白又叫外周蛋白（又叫外周蛋白（extrinsic proteinextrinsic protei

8、n）脂錨定蛋白脂錨定蛋白（lipid-anchored proteins)-折疊構(gòu)象穿膜蛋白折疊構(gòu)象穿膜蛋白1.1.單次穿膜：單次穿膜：2.2.多次穿膜：多次穿膜：G G蛋白蛋白3.Beta barral3.Beta barral： 通道分子通道分子跨膜蛋白跨膜蛋白4. 不穿越脂質(zhì)雙層的全部，而與胞質(zhì)側(cè)單層脂質(zhì)結(jié)合。不穿越脂質(zhì)雙層的全部，而與胞質(zhì)側(cè)單層脂質(zhì)結(jié)合。6. 6. 附在膜的內(nèi)外表面，非共價地結(jié)合在鑲嵌蛋白上。附在膜的內(nèi)外表面，非共價地結(jié)合在鑲嵌蛋白上。5. 5. 脂錨定蛋白脂錨定蛋白改變?nèi)芤旱母淖內(nèi)芤旱膒HpH值或鹽離子濃度都可使周邊蛋白值或鹽離子濃度都可使周邊蛋白從膜上脫落。從膜上脫

9、落。去污劑破壞膜結(jié)構(gòu)后，才可使整合蛋白脫落。去污劑破壞膜結(jié)構(gòu)后，才可使整合蛋白脫落。* CMC【醫(yī)】臨界膠團(tuán)濃度pH or saltv膜糖類 約占細(xì)胞膜總重量的約占細(xì)胞膜總重量的2%2%10%10%。主。主要以糖脂與糖蛋白的形式伸向細(xì)要以糖脂與糖蛋白的形式伸向細(xì)胞膜的外表面，構(gòu)成細(xì)胞外表面胞膜的外表面，構(gòu)成細(xì)胞外表面的微環(huán)境。的微環(huán)境。 從功能上講：從功能上講： 1. 1.細(xì)胞表面標(biāo)志，如人類細(xì)胞表面標(biāo)志，如人類ABOABO血型。血型。 2. 2.保護(hù)細(xì)胞不受機械和化學(xué)損傷。保護(hù)細(xì)胞不受機械和化學(xué)損傷。 3. 3.與炎癥反應(yīng)相關(guān)。與炎癥反應(yīng)相關(guān)。膜糖類膜糖類糖蛋白：糖蛋白：糖糖 脂：脂：與膜蛋

10、白共價結(jié)合與膜蛋白共價結(jié)合與膜脂共價結(jié)合與膜脂共價結(jié)合糖鏈與蛋白質(zhì)的結(jié)合方式糖鏈與蛋白質(zhì)的結(jié)合方式N-連接：糖鏈與多肽鏈中連接：糖鏈與多肽鏈中的的天冬氨酸天冬氨酸殘基側(cè)鏈上的殘基側(cè)鏈上的 -NH2基團(tuán)連接基團(tuán)連接O-連接：糖鏈與多肽鏈連接：糖鏈與多肽鏈中的中的絲氨酸或蘇氨酸絲氨酸或蘇氨酸殘基殘基側(cè)鏈上的側(cè)鏈上的-OH基團(tuán)連接基團(tuán)連接。反應(yīng)發(fā)生在高爾基體反應(yīng)發(fā)生在高爾基體 動物細(xì)胞表面存在動物細(xì)胞表面存在一層絨毛狀多糖物一層絨毛狀多糖物質(zhì)，厚約質(zhì)，厚約200nm ，由細(xì)胞膜糖蛋白和由細(xì)胞膜糖蛋白和糖脂的糖鏈向外伸糖脂的糖鏈向外伸展交織而成。展交織而成。v 細(xì)胞外被細(xì)胞外被（cell coat）/

11、 /糖萼糖萼(glycocalyx)(glycocalyx)膜糖類的功能膜糖類的功能膜糖鏈通過不同的殘基組成，不膜糖鏈通過不同的殘基組成，不同的殘基組合方式以及與蛋白質(zhì)同的殘基組合方式以及與蛋白質(zhì)或脂質(zhì)結(jié)合的不同方式，來構(gòu)成或脂質(zhì)結(jié)合的不同方式，來構(gòu)成某種細(xì)胞表面某種細(xì)胞表面特征特征或識別細(xì)胞表或識別細(xì)胞表面的某一特征。面的某一特征。不同糖鏈決定不同血型特征不同糖鏈決定不同血型特征第二節(jié) 膜的特性一、生物膜的不對稱性二、生物膜的流動性v1膜脂的不對稱性：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(nèi)小葉。v2復(fù)合糖的不對稱性：復(fù)合糖的不對

12、稱性：糖脂和糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面。 v3膜蛋白的不對稱性：膜蛋白的不對稱性：如細(xì)胞色素C位于線粒體內(nèi)膜M側(cè)。 膜的不對稱性膜的不對稱性 膜脂的不對稱性膜脂的不對稱性磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸磷脂酰肌醇鞘磷脂磷脂酰膽堿 糖脂膽固醇細(xì)胞外側(cè)胞質(zhì)側(cè)膜不對稱性的生理意義膜不對稱性的生理意義v為膜兩側(cè)功能上的不對稱性提供了為膜兩側(cè)功能上的不對稱性提供了結(jié)構(gòu)條件，保證了膜功能的方向性。結(jié)構(gòu)條件，保證了膜功能的方向性。生物膜的流動性生物膜的流動性膜脂的流動性膜脂的流動性（fluidityfluidity）膜蛋白的運動性膜蛋白的運動性（mobilitymobility）（一）膜脂的流動性（一）膜脂的流動

13、性晶態(tài)晶態(tài)液態(tài)液態(tài)相變相變相變溫度相變溫度液晶態(tài)液晶態(tài)構(gòu)成生物膜的各種膜脂分子的相變溫度不構(gòu)成生物膜的各種膜脂分子的相變溫度不相同，使得某一溫度下，有的脂質(zhì)呈液態(tài)，相同，使得某一溫度下，有的脂質(zhì)呈液態(tài)，有的脂質(zhì)是晶態(tài)，不同狀態(tài)的脂質(zhì)各自匯有的脂質(zhì)是晶態(tài)，不同狀態(tài)的脂質(zhì)各自匯集而發(fā)生相分離，形成膜脂的流動。集而發(fā)生相分離，形成膜脂的流動。v 側(cè)向擴散側(cè)向擴散 (lateral diffusion) v 旋轉(zhuǎn)運動旋轉(zhuǎn)運動 (rotation) v 彎曲運動彎曲運動 (flexion) v 翻轉(zhuǎn)運動翻轉(zhuǎn)運動 (flip-flop) 膜脂分子的運動方式膜脂分子的運動方式（二）、影響膜脂流動性的因素膽固

14、醇膽固醇脂肪酸鏈的長短與不飽和度脂肪酸鏈的長短與不飽和度環(huán)境溫度環(huán)境溫度膜蛋白的影響膜蛋白的影響卵磷脂卵磷脂/ /鞘磷脂比值鞘磷脂比值其他因素：、酸堿度、離子強度等。其他因素：、酸堿度、離子強度等。小鼠人細(xì)小鼠人細(xì)胞融合過程胞融合過程中膜蛋白的中膜蛋白的側(cè)向擴散示側(cè)向擴散示意圖意圖 膜蛋白的分子運動第三節(jié)膜的分子結(jié)構(gòu)模型膜的分子結(jié)構(gòu)模型Overton(1890s): Lipid nature of PM J.D.Robertson(1959): The TEM showing:the trilaminar appearance of PM; Unit membrane model; S.J.Singer and G.Nicolson(1972): fluid-mosaic model;根據(jù)免疫熒光、冰凍蝕刻的研究結(jié)果 K.Simons et al(1997): lipid rafts model; Functional rafts in Cell membranes. Nature 1997，387:569-572Danie