第二節(jié) 細(xì)胞膜

1、第3頁(yè)章節(jié)名稱第3章 第二節(jié) 細(xì)胞膜課 時(shí)4課時(shí)授課時(shí)間授課地點(diǎn)學(xué)生人數(shù)教學(xué)目標(biāo)與要求1掌握：細(xì)胞膜的液態(tài)鑲嵌模型、小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸及大分子與顆粒物質(zhì)的膜泡運(yùn)輸、受體、配體與第二信使的概念。2熟悉：細(xì)胞膜的化學(xué)組成、細(xì)胞膜的特性。3了解：細(xì)胞膜的其它分子結(jié)構(gòu)模型、影響膜流動(dòng)性的因素、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與醫(yī)學(xué)的關(guān)系。能力培養(yǎng)目標(biāo) 通過(guò)本節(jié)教學(xué)，使學(xué)生初步具有對(duì)細(xì)胞膜分子結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，逐步培養(yǎng)學(xué)生從分子水平上對(duì)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與功能的認(rèn)知能力。使學(xué)生初步具有對(duì)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的認(rèn)識(shí)，逐步培養(yǎng)學(xué)生用聯(lián)系的整體的觀念學(xué)習(xí)和理解細(xì)胞的生命活動(dòng)的認(rèn)知能力。重點(diǎn)難點(diǎn)分析重點(diǎn)難點(diǎn) 細(xì)胞膜的液態(tài)鑲嵌模型及細(xì)胞膜的特性，小分

2、子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與顆粒物質(zhì)的膜泡運(yùn)輸，受體、配體與第二信使的概念。課程資源準(zhǔn)備教室教案教學(xué)參考資料普通的多媒體教室，能夠有播放課件的設(shè)備環(huán)境即可有幻燈片和較為詳細(xì)的講義，也有電子教案醫(yī)用生物學(xué)，胡先明、唐吟宇主編。教 學(xué) 預(yù) 設(shè)調(diào)控對(duì)策1、 教學(xué)內(nèi)容2、 教學(xué)內(nèi)容1講述：細(xì)胞膜的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)及細(xì)胞膜的特性；細(xì)胞膜的物質(zhì)運(yùn)輸，受體、配體與第二信使的概念。2簡(jiǎn)介：細(xì)胞膜的其它分子結(jié)構(gòu)模型。3重點(diǎn)講解：細(xì)胞膜的液態(tài)鑲嵌模型，小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，大分子物質(zhì)與顆粒物質(zhì)的膜泡運(yùn)輸，受體、配體與第二信使的概念。二、教學(xué)模式采用理論講授、提問(wèn)、討論及自學(xué)交互的方式進(jìn)行三、教學(xué)方法1. 多媒體教學(xué)2.

3、傳統(tǒng)講授復(fù)習(xí)思考題課后記錄 教學(xué)內(nèi)容第3章 生命的基本單位細(xì)胞第二節(jié) 細(xì)胞膜一、概念細(xì)胞膜(cell membrane)又稱細(xì)胞質(zhì)膜(plasmamembrane)，是指圍繞在細(xì)胞最外層。將原生質(zhì)與周圍環(huán)境分隔開(kāi)，由膜脂和膜蛋白組成的一層極薄的膜，它是生物膜的重要組成部分。在光學(xué)顯微鏡下，細(xì)胞膜只不過(guò)是細(xì)胞與周圍環(huán)境之間的一個(gè)折光性和著色程度不同的界限 。在常規(guī)電鏡超薄切片上，生物膜具有基本相似的兩暗夾明結(jié)構(gòu)，總厚度約為7.5nm。二、細(xì)胞膜的基本作用單層膜雙層膜單位膜細(xì)胞膜（質(zhì)膜）細(xì)胞內(nèi)膜生物膜維護(hù)細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定，并參與同外界環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換、能量和信息傳遞。另外，在細(xì)胞的生存、生長(zhǎng)

4、、分裂、分化中起重要作用。三、細(xì)胞膜的化學(xué)組成在不同種類的細(xì)胞中，細(xì)胞膜的化學(xué)組成基本相同，幾乎全部是由脂類、蛋白質(zhì)和少量的糖類組成。此外，還有少量的水、無(wú)機(jī)鹽和金屬離子等。糖 類脂 類蛋白質(zhì)構(gòu)成細(xì)胞膜的主體糖蛋白糖 脂膜糖類的主要存在形式（一）膜脂包括磷脂、膽固醇、糖脂。1.磷脂膜脂的基本成分（50%左右）極性頭部和非極性尾部常有不飽和脂肪酸2.膽固醇存在于真核細(xì)胞膜上調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性、穩(wěn)定性和通透性3.糖脂普遍存在，含量約在5%左右神經(jīng)細(xì)胞膜上含量豐富紅細(xì)胞表面的ABO血型糖脂（二）膜蛋白周邊蛋白(外在蛋白) 分布：膜的內(nèi)外表面鑲嵌蛋白(內(nèi)在蛋白) 分布：貫穿整個(gè)脂質(zhì)雙分子層或部分插入脂質(zhì)雙

5、分子層 , 膜內(nèi)在蛋白； , 膜周邊蛋白（脂錨定蛋白）; , 膜周邊蛋白（三）膜糖類分布：生物膜的非胞質(zhì)面膜中含有少量的糖類，稱為膜糖類。糖 類脂 類糖 脂 糖 類蛋白質(zhì)及糖蛋白 糖脂和糖蛋白分布在質(zhì)膜的外表面。三、細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)l 1917年，Langmuir，細(xì)胞膜由單層磷脂分子構(gòu)成l 1925，Gorter等， 膜由雙層脂類構(gòu)成l 1935，Denielli等，片層結(jié)構(gòu)模型l 1959，Roberson，單位膜模型l 1972，S.J.Singer等，液態(tài)鑲嵌模型l 1975，Wallach，晶格鑲嵌模型l 1977，Jain 等，板塊鑲嵌模型l 1997，K.Smons 等，脂筏模型

6、（一）磷脂單分子層模型1917年， Langmuir發(fā)現(xiàn)磷脂在水和空氣界面上形成單分子膜。（二）磷脂雙分子層模型1925年，E.Gorter and F.Grendel從紅細(xì)胞膜抽提出磷脂，測(cè)出被抽提出的磷脂鋪成單層膜時(shí)所占有面積大約是紅細(xì)胞表面積的2倍。提出雙分子類脂層是細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)。（三）片層結(jié)構(gòu)（三明治）模型1935年，J.F.Danielli and H.Davson發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油-水界面低很多，提出“蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)”的三明治結(jié)構(gòu)模型。（4） 單位膜模型1959年，J. D. Robertson發(fā)展了三明治模型，提出單位膜模型（Unit membrane model）

7、。得到X-衍射與電鏡結(jié)果的支持。內(nèi)容：1. 電鏡下，“兩暗一明”2. 內(nèi)外為蛋白質(zhì)，每層厚約2nm；中間為雙層脂分子，厚約3.5nm；總厚度7.5nm（單位膜）3. 蛋白質(zhì)肽鏈折疊意義：闡述了生物膜形態(tài)上共性單位膜缺陷：把各種膜視為千篇一律，難以對(duì)不同功能的生物膜做出合理解釋（五）液態(tài)鑲嵌模型1959-1972年，冰凍蝕刻技術(shù)雙層膜脂中存在膜蛋白顆粒。免疫熒光標(biāo)記技術(shù)質(zhì)膜中的蛋白質(zhì)是流動(dòng)的。觀點(diǎn)：1. 流動(dòng)的脂雙層構(gòu)成膜的連續(xù)主體：流動(dòng)性,有序性2. 球狀蛋白質(zhì)鑲嵌在脂雙層中：分布不對(duì)稱性缺陷：忽視蛋白質(zhì)對(duì)脂類流動(dòng)性的控制；忽視膜各部分流動(dòng)性的不均一性。（六）晶格鑲嵌模型1. 液態(tài)與晶態(tài)、有序

8、與無(wú)序之間變化；2. 強(qiáng)調(diào)流動(dòng)的局部性。（七）板塊鑲嵌模型1. 有序結(jié)構(gòu)板塊被無(wú)序的流動(dòng)板塊分割；2. 板塊流動(dòng)性不同。（八）脂閥模型1.脂雙分子層外層，富含膽固醇和鞘磷脂，結(jié)構(gòu)致密，形成“脂閥”2.脂閥上載著蛋白質(zhì)3. 功能：參與膜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)分選等1. Non-raft membrane2. Lipid raft3. Lipid raft associated transmembrane protein4. Non-raft membrane protein5. Glycosylation modifications (on glycoproteins and glycolipids

9、)6. GPI-anchored protein7. Cholesterol8. Glycolipid 四、細(xì)胞膜的特性（一）膜的不對(duì)稱性功能的方向性膜脂分布的不對(duì)稱性膜蛋白分布的不對(duì)稱性膜糖分布的不對(duì)稱性（二）膜的流動(dòng)性1. 膜脂的流動(dòng)性1. 側(cè)向擴(kuò)散 2. 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 3. 擺動(dòng)運(yùn)動(dòng) 4. 伸縮震蕩 5. 翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 6. 旋轉(zhuǎn)異構(gòu)2. 膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性膜蛋白的運(yùn)動(dòng)是側(cè)向移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)3.影響膜脂流動(dòng)性的因素（1） 膽固醇：高于相變溫度，膽固醇的含量增加會(huì)降低膜的流動(dòng)性。（2）脂肪酸鏈的飽和度：脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，使膜流動(dòng)性增加。（3） 脂肪酸鏈的鏈長(zhǎng)：長(zhǎng)鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動(dòng)性降

10、低。（4） 卵磷脂/鞘磷脂：比例高則膜流動(dòng)性增加，是因?yàn)榍柿字扯雀哂诼蚜字?。?） 其他因素：溫度、酸堿度、離子強(qiáng)度等。五、細(xì)胞膜的功能膜是細(xì)胞的重要結(jié)構(gòu)，細(xì)胞膜的基本功能對(duì)外防止有害物質(zhì)的侵入，對(duì)內(nèi)保持細(xì)胞相對(duì)獨(dú)立和維持環(huán)境的穩(wěn)定，此外它也是細(xì)胞膜內(nèi)外物質(zhì)進(jìn)出、信息交流、能量交換的門戶。（一）細(xì)胞膜的物質(zhì)運(yùn)輸細(xì)胞要新陳代謝，必須與外界進(jìn)行活躍的物質(zhì)交流。即新陳代謝所需的各種物質(zhì)不斷地?cái)z入細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)的新陳代謝產(chǎn)物及時(shí)地分泌或排出細(xì)胞外。這些物質(zhì)交換過(guò)程都是通過(guò)細(xì)胞膜來(lái)實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞膜的物質(zhì)交換過(guò)程是有選擇性地進(jìn)行著的。如果細(xì)胞膜的選擇性通透作用異常將會(huì)產(chǎn)生病理狀態(tài)，甚至導(dǎo)致細(xì)胞死亡。細(xì)胞膜

11、的物質(zhì)運(yùn)輸概括起來(lái)，主要有穿膜運(yùn)輸（離子和小分子的運(yùn)輸）和膜泡運(yùn)輸（大分子與顆粒物質(zhì)的運(yùn)輸）兩大方式。物質(zhì)運(yùn)輸穿膜運(yùn)輸被動(dòng)運(yùn)輸簡(jiǎn)單擴(kuò)散閘門通道擴(kuò)散被動(dòng)擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸離子泵運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)輸膜泡運(yùn)輸胞吞作用吞噬作用胞飲作用胞吐作用1.穿膜運(yùn)輸穿膜運(yùn)輸是小分子物質(zhì)和離子穿過(guò)細(xì)胞膜的運(yùn)輸方式。細(xì)胞膜允許某些物質(zhì)穿過(guò)的性質(zhì)稱為通透性。膜的通透性最顯著的特點(diǎn)是它的選擇性，它對(duì)物質(zhì)的運(yùn)輸可以是被動(dòng)的，也可以是主動(dòng)的。（1）被動(dòng)運(yùn)輸定義：不需要消耗細(xì)胞代謝能量，將物質(zhì)從高濃度一側(cè)經(jīng)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)至濃度低的一側(cè)的物質(zhì)運(yùn)輸方式我們把它稱為被動(dòng)運(yùn)輸。特點(diǎn)：不消耗ATP方式：被動(dòng)運(yùn)輸可分為簡(jiǎn)單擴(kuò)散、閘門通道擴(kuò)散和幫助擴(kuò)散3種。

12、1 簡(jiǎn)單擴(kuò)散不需要消耗能量和不依靠專一性膜蛋白分子而使物質(zhì)順濃度梯度從膜的一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到另一側(cè)的運(yùn)輸方式稱為簡(jiǎn)單擴(kuò)散。脂溶性物質(zhì)，如苯、乙醇、甾類激素以及O2和N2等可以通過(guò)脂雙分子層按此方式擴(kuò)散。有些不帶電的極性小分子，如水、尿素、甘油、CO2等，它們的分子量小，且為雙極性，因而也能穿過(guò)脂雙分子的磷脂分子的極性頭部進(jìn)入脂雙分子層。特點(diǎn)：1）不需要特異的膜載體和能量供應(yīng)2）通透速度和濃度梯度成正比3）分子通透的速度取決于分子的大小和脂溶性的高低 通透性 P=KD/d K-分配系數(shù)； D-擴(kuò)散系數(shù)； d-膜的厚度；影響通透率的因素通透率大小：不同物質(zhì)的通透率不同；脂溶性高低：脂溶性越高通透性越大；分

13、子量大小：小分子比大分子易透過(guò)；分子的極性：非極性分子比極性容易透過(guò)；分子帶電與否：極性不帶電荷的小分子可透過(guò)脂雙層；膜對(duì)帶電荷的物質(zhì)，如離子是高度不通透的。2 閘門通道擴(kuò)散定義：一些分子和電荷適當(dāng)?shù)碾x子，代謝產(chǎn)物或其他溶質(zhì)，順濃度梯度經(jīng)過(guò)閘門通道擴(kuò)散到細(xì)胞膜的另一側(cè)的運(yùn)輸方式。種類：一類是可持續(xù)開(kāi)放的通道蛋白，第二類是閘門通道蛋白。1） 一類是可持續(xù)開(kāi)放的通道蛋白，其上有0.350.8nm的小孔，小孔能持續(xù)開(kāi)放，一些親水基團(tuán)鑲在小孔的表面，因而能使水和一些大小適宜的分子與帶電荷的溶質(zhì)，經(jīng)此小孔從膜的一側(cè)以簡(jiǎn)單擴(kuò)散的方式轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)膜的另一側(cè)。2） 第二類是閘門通道蛋白，其孔道的開(kāi)放是不連續(xù)的，僅在

14、對(duì)特定刺激發(fā)生反應(yīng)的瞬間才開(kāi)放，其他時(shí)間是關(guān)閉的。通道的開(kāi)放與關(guān)閉受通道的閘門控制。如鉀離子的閘門通道運(yùn)輸。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度增加時(shí)，可啟動(dòng)鉀離子的閘門通道開(kāi)放。但它的開(kāi)放常常只有幾毫秒的時(shí)間，在許多情況下閘門能迅速自動(dòng)關(guān)閉。1）特點(diǎn)： 離子選擇性； 門控； 轉(zhuǎn)運(yùn)速率高。3 幫助擴(kuò)散：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散1）定義：凡是借助于載體蛋白的幫助順濃度梯度的物質(zhì)運(yùn)輸方式。如：K+、Na+、Ca2+等帶電離子的轉(zhuǎn)運(yùn)和葡萄糖、氨基酸等的轉(zhuǎn)運(yùn)。2）特點(diǎn)：增加轉(zhuǎn)運(yùn)速率：如葡萄糖載體對(duì)葡萄糖有很高的親和力，1秒鐘可傳送180個(gè)葡萄糖分子進(jìn)入細(xì)胞。維生素D可以促進(jìn)小腸粘膜中鈣離子載體的合成，所以維生素D可以

15、促進(jìn)機(jī)體對(duì)鈣的吸收。協(xié)助擴(kuò)散的速率僅在一定范圍內(nèi)同物質(zhì)的濃度差成正比。細(xì)胞膜上特定載體蛋白的數(shù)量是相對(duì)恒定，當(dāng)所有載體蛋白的結(jié)合部位都被占據(jù)，載體處于飽和狀態(tài)時(shí)，運(yùn)輸速率達(dá)到最大值。（2）主動(dòng)運(yùn)輸1）定義：主動(dòng)運(yùn)輸是物質(zhì)由低濃度的一側(cè)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)到高濃度的一側(cè)，同時(shí)消耗ATP能量的運(yùn)輸方式。2）特點(diǎn)：消耗能量 逆濃度差 需要載體蛋白1 Na-K泵（Na+-K+ATP酶）工作原理：每個(gè)循環(huán)消耗一個(gè)ATP。每個(gè)周期轉(zhuǎn)出2個(gè)鈉離子，輸入2個(gè)鉀離子，使細(xì)胞外帶正電荷。 構(gòu)成：由1個(gè)大亞基、1個(gè)小亞基組成的2聚體，具有ATP酶活性，因此也叫Na+-K+ATP酶，分布于動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜。 分布：一切動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)

16、胞膜上。2）協(xié)同運(yùn)輸離子梯度驅(qū)動(dòng)定義：協(xié)同運(yùn)輸是由鈉鉀泵等與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式，又叫耦連運(yùn)輸。特點(diǎn)：靠間接提供能量完成主動(dòng)運(yùn)輸。能量來(lái)自膜兩側(cè)離子的電化學(xué)濃度梯度。動(dòng)物細(xì)胞中常利用膜兩側(cè)Na+濃度梯度來(lái)驅(qū)動(dòng)。植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H+濃度梯度驅(qū)動(dòng)。2.膜泡運(yùn)輸大多數(shù)細(xì)胞都能攝入或排出特定大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)、多核苷酸和多糖等，有些細(xì)胞甚至能吞入大顆粒。由于有些細(xì)胞對(duì)一些大分子與顆粒物質(zhì)不能通過(guò)細(xì)胞膜的滲透進(jìn)行運(yùn)輸，而必須被包裹在膜圍繞的小泡中進(jìn)行運(yùn)輸。細(xì)胞在轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的過(guò)程中，物質(zhì)被包裹在膜脂雙層圍繞的囊泡中，所以稱為膜泡運(yùn)輸。細(xì)胞攝入和排出大分子和顆粒物質(zhì)的過(guò)程分

17、別為胞吞作用和胞吐作用。胞吞作用和胞吐作用都需要能量供應(yīng)，故屬于主動(dòng)運(yùn)輸。1）胞吞作用范疇胞吞作用是通過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)陷形成胞吞泡，將外界物質(zhì)裹進(jìn)并輸入細(xì)胞的過(guò)程。胞吞作用類型：根據(jù)胞吞分子的大小劃分:A、吞噬作用（指細(xì)胞的“吃”）：細(xì)胞內(nèi)吞入較大的固體顆粒物質(zhì)，如微生物或細(xì)胞的殘?jiān)⒓?xì)菌、細(xì)胞碎片等。形成的囊泡的直徑一般大于250nm，只有少數(shù)特化了的細(xì)胞才具有吞噬作用，如白細(xì)胞、巨噬細(xì)胞等。B、胞飲作用（指細(xì)胞的“喝”或“飲”）：細(xì)胞內(nèi)吞液體或極小的顆粒物質(zhì)。吞入的液體和溶質(zhì)形成的囊泡直徑小于150nm。大多數(shù)細(xì)胞具有胞飲作用。（二）細(xì)胞膜的信號(hào)傳遞“人類為什么能感受到春天紫丁香的香氣，并在任

18、何時(shí)候都能提取出這種嗅覺(jué)上的記憶”。人能夠分辨和記憶約1萬(wàn)種不同的氣味，但人具有這種能力的基本原理是什么？香氣受體結(jié)合G蛋白纖毛膜上的離子通道產(chǎn)生電信號(hào)沿著神經(jīng)細(xì)胞的軸突傳遞嗅球。1.概念是指一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息可通過(guò)介質(zhì)（配體）傳遞到另一個(gè)細(xì)胞，通過(guò)受體的識(shí)別和信號(hào)傳遞產(chǎn)生細(xì)胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細(xì)胞整體的生物學(xué)效應(yīng)的過(guò)程。細(xì)胞通過(guò)分泌化學(xué)信號(hào)進(jìn)行細(xì)胞間相互通訊這是多細(xì)胞生物包括動(dòng)物和植物最普遍采用的通訊方式。受體： 膜受體：親水性分子 胞內(nèi)受體：親脂性分子（1）膜受體：位于細(xì)胞膜上的受體。其多為膜上的功能性糖蛋白。也有糖脂組成的，也有糖脂和糖蛋白組成的復(fù)合物。（2）胞內(nèi)受體：位于細(xì)胞