生物膜系統(tǒng)1020課件

1、生物膜系統(tǒng)細胞信息調(diào)控生物膜生物膜是細胞膜（質(zhì)膜）、核膜和各類細胞器的膜如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體、分泌顆粒囊膜、溶酶體膜、過氧物酶體膜、空泡膜和線粒體內(nèi)、外膜等的統(tǒng)稱質(zhì)膜（plasma membrane）包在細胞外面，所以又稱細胞膜（cell membrane），它不僅是區(qū)分細胞內(nèi)部與周圍環(huán)境的動態(tài)屏障，更是細胞物質(zhì)交換和信息傳遞的通道。圍繞各種細胞器的膜，稱為細胞內(nèi)膜。質(zhì)膜和內(nèi)膜在起源、結(jié)構(gòu)和化學組成的等方面具有相似性，故總稱為生物膜（biomembrane）。生物膜是細胞進行生命活動的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，細胞的能量轉(zhuǎn)換、蛋白質(zhì)合成、物質(zhì)運輸、信息傳遞、細胞運動等活動都與膜的作用有密切的關(guān)系。 質(zhì)膜表

2、面寡糖鏈形成細胞外被（cell coat）或糖萼（glycocalyx）；質(zhì)膜下的表層溶膠中具有細胞骨架成分組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，除對質(zhì)膜有支持作用外，還與維持質(zhì)膜的功能有關(guān)，所以這部分細胞骨架又稱為膜骨架。細胞外被、質(zhì)膜和表層胞質(zhì)溶膠構(gòu)成細胞表面。 生物膜結(jié)構(gòu)在分子結(jié)構(gòu)上基本相同：全是由蛋白質(zhì)及脂類分子有序排列組成的，其厚度約為6-10nm。使細胞具有相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，同時在細胞與環(huán)境之間進行物質(zhì)、能量的交換及信息傳遞過程中也起決定性的作用?；瘜W組成:脂質(zhì)：分子數(shù)為蛋白質(zhì)的100倍以上蛋白質(zhì)：重量為脂質(zhì)的14倍糖類：含量極少，主要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體現(xiàn)

3、者。膜脂膜脂主要包括三種類型： 磷脂，是構(gòu)成膜脂的基本成分，約占整個膜脂的50以上 糖脂，是含糖而不含磷酸的脂類，普遍存在于原核和真核細胞的質(zhì)膜上，其含量約占膜脂總量的5以下，在神經(jīng)細胞膜上糖脂含量較高，約占5-10。 膽固醇，僅存在真核細胞膜上，含量一般不超過膜脂的1/3 。脂質(zhì)雙分子層：屏障作用 磷脂： 70% 膽固醇：30% 鞘脂： 少量細胞膜蛋白：跨膜轉(zhuǎn)運、信息傳遞等有關(guān) 表面蛋白質(zhì)（peripheral protein） 整合蛋白質(zhì)（integrated protein）細胞膜糖類：單糖排列順序的特異性，可作為“分子語言”起識別作用（一）磷脂 具有一個極性頭和兩個非極性的尾（脂肪酸鏈

4、，圖4-1），但存在于線粒體內(nèi)膜和某些細菌質(zhì)膜上的心磷脂具有4個非極性的區(qū)域（圖4-2）。脂肪酸碳鏈為偶數(shù)，多數(shù)碳鏈由16，18或20個碳原子組成。常含有不飽和脂肪酸（如油酸）。圖4-1 磷脂的結(jié)構(gòu) 圖4-2 心磷脂 1、甘油磷脂以甘油為骨架的磷脂類，在骨架上結(jié)合兩個脂肪酸鏈和一個磷酸基團，膽堿、乙醇胺、絲氨酸或肌醇等分子籍磷酸基團連接到脂分子上(圖4-3)。主要類型有：磷脂酰膽堿（phosphatidyl choline，PC，舊稱卵磷脂）、磷脂酰絲氨酸（phosphatidyl serine，PS）、磷脂酰乙醇胺（phosphatidyl ethanolamine ，PE，舊稱腦磷脂）磷脂

5、酰肌醇（phosphatidyl inositol，PI）和雙磷脂酰甘油（DPG，舊稱心磷脂）等。圖4-3 不同類型的甘油磷脂 2、鞘磷脂鞘磷脂（sphingomyelin，SM，圖4-4）在腦和神經(jīng)細胞膜中特別豐富，亦稱神經(jīng)醇磷脂，它是以鞘胺醇（sphingoine）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。原核細胞和植物中沒有鞘磷脂。 圖4-4 鞘磷脂 （二）、糖脂糖脂也是兩性分子。其結(jié)構(gòu)與SM很相似，只是由一個或多個糖殘基代替了磷脂酰膽堿而與鞘氨醇的羥基結(jié)合。圖4-5 葡糖腦苷脂 圖4-6 糖脂的結(jié)構(gòu) 1. 半乳糖腦苷脂，2. GM1神經(jīng)節(jié)苷脂，3. 唾液酸最簡單的

6、糖脂是半乳糖腦苷脂，它只有一個半乳糖殘基作為極性頭部，在髓鞘的多層膜中含量豐富；變化最多、最復(fù)雜的糖脂是神經(jīng)節(jié)苷脂，其頭部包含一個或幾個唾液酸和糖的殘基。神經(jīng)節(jié)苷脂是神經(jīng)元質(zhì)膜中具有特征性的成分。兒童所患的家族性白癡?。═ay-sachs disease）就是因為在其細胞內(nèi)缺乏氨基己糖脂酶，不能將神經(jīng)節(jié)苷脂GM2 加工成為GM3，結(jié)果大量的GM2累積在神經(jīng)細胞中，導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)退化。神經(jīng)節(jié)苷脂本身就是一類膜上的受體，已知破傷風毒素、霍亂毒素、干擾素、促甲狀腺素、絨毛膜促性腺激素和5-羥色胺等的受體就是不同的神經(jīng)節(jié)苷脂。 霍亂腸毒素： 是目前已知的致瀉毒素中最為強烈的毒素，是腸毒素的典型代表。

7、由 1 個 A 亞單位和 5 個 B 亞單位構(gòu)成，對熱不穩(wěn)定，其 編碼基因在染色體上。 B 亞單位可與小腸黏膜上皮細胞 GM1 神經(jīng)節(jié)苷脂受體結(jié)合，介導(dǎo) A 亞單位進入細胞， A 亞單位經(jīng)蛋白酶作用裂解為 A1 和 A2 兩條多肽。 A1 作為腺苷二磷酸核糖基轉(zhuǎn)移酶可使 NAD （輔酶 I ）上的腺苷二磷酸核糖轉(zhuǎn)移到 G 蛋白上，稱 G S ， G S 的活化可使細胞內(nèi) cAMP 水平升高，主動分泌 Na + 、 K + 、 HCO 3 ? 和水，導(dǎo)致嚴重的腹瀉與嘔吐。 （三）、膽固醇膽固醇，植物細胞膜中含量較少，其功能是提高脂雙層的力學穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)脂雙層流動性，降低水溶性物質(zhì)的通透性。如：在

8、缺少膽固醇培養(yǎng)基中，不能合成膽固醇的突變細胞株很快發(fā)生自溶。 圖4-7 膽固醇 （四）、脂質(zhì)體脂質(zhì)體（liposome）是一種人工膜。在水中磷脂分子親水頭部插入水中，疏水尾部伸向空氣，攪動后形成雙層脂分子的球形脂質(zhì)體，直徑251000nm不等。脂質(zhì)體可用于轉(zhuǎn)基因，或制備的藥物，利用脂質(zhì)體可以和細胞膜融合的特點，將藥物送入細胞內(nèi)部。圖4-8 脂質(zhì)體 （根據(jù)Gerald Karp 2002 修改） 二、膜蛋白 膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。據(jù)估計核基因組編碼的蛋白質(zhì)中30%左右的為膜蛋白。根據(jù)膜蛋白與脂分子的結(jié)合方式，可分為整合蛋白（integral protein）、外周蛋白（peripheral

9、 protein）和脂錨定蛋白（lipid-anchored protein）。 整合蛋白可能全為跨膜蛋白（tansmembrane proteins），為兩性分子，疏水部分位于脂雙層內(nèi)部，親水部分位于脂雙層外部。由于存在疏水結(jié)構(gòu)域，整合蛋白與膜的結(jié)合非常緊密，只有用去垢劑（detergent）才能從膜上洗滌下來，如離子型去垢劑SDS(圖4-9)，非離子型去垢劑Triton-X100(圖4-10)。整合蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域可以是1至多個疏水的螺旋，形成親水通道的整合蛋白跨膜區(qū)域有兩種組成形式，一是由多個兩性螺旋組成親水通道；而是由兩性折疊組成親水通道(圖4-11)。圖4-9 十二烷基磺酸鈉圖4-1

10、0 Triton-X100 圖4-11 蛋白與膜的結(jié)合方式、整合蛋白；、脂錨定蛋白；、外周蛋白外周蛋白靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子的親水部分結(jié)合，因此只要改變?nèi)芤旱碾x子強度甚至提高溫度就可以從膜上分離下來，有時很難區(qū)分整合蛋白和外周蛋白，主要是因為一個蛋白質(zhì)可以由多個亞基構(gòu)成，有的亞基為跨膜蛋白，有的則結(jié)合在膜的外部。脂錨定蛋白（lipid-anchored protein）可以分為兩類，一類是糖磷脂酰肌醇(glycophosphatidylinositol，GPI)連接的蛋白，GPI位于細胞膜的外小葉，用磷脂酶C（能識別含肌醇的磷脂）處理細胞，能釋放出結(jié)合的蛋白。許多細

11、胞表面的受體、酶、細胞粘附分子和引起羊瘙癢病的PrPC都是這類蛋白。另一類脂錨定蛋白與插入質(zhì)膜內(nèi)小葉的長碳氫鏈結(jié)合。質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的研究歷史E. Overton 1895 發(fā)現(xiàn)凡是溶于脂肪的物質(zhì)很容易透過植物的細胞膜，而不溶于脂肪的物質(zhì)不易透過細胞膜，因此推測細胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。 E. Gorter & F. Grendel 1925 用有機溶劑提取了人類紅細胞質(zhì)膜的脂類成分，將其鋪展在水面，測出膜脂展開的面積二倍于細胞表面積，因而推測細胞膜由雙層脂分子組成。J. Danielli & H. Davson 1935 發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜的表面張力比油水界面的張力低得多，推測膜中含有蛋白質(zhì)，從而提出了”蛋

12、白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)”的三明治模型。認為質(zhì)膜由雙層脂類分子及其內(nèi)外表面附著的蛋白質(zhì)構(gòu)成的。1959年在上述基礎(chǔ)上提出了修正模型，認為膜上還具有貫穿脂雙層的蛋白質(zhì)通道，供親水物質(zhì)通過。 J. D. Robertson 1959 用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)(圖4-13)，厚約7.5nm。這就是所謂的“單位膜”模型。它由厚約3.5nm的雙層脂分子和內(nèi)外表面各厚約2nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成。單位膜模型的不足之處在于把膜的動態(tài)結(jié)構(gòu)描寫成靜止的不變的。 S. J. Singer & G. Nicolson 1972根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，在”單位膜”模型的基礎(chǔ)上提

13、出”流動鑲嵌模型”。強調(diào)膜的流動性和膜蛋白分布的不對稱性。 膜的結(jié)構(gòu)1895年 Overton 膜是由脂組成的1917年 Langmuir 磷脂單分子層1925年 Gorter & Grendel 磷脂雙分子層1932年 Davson & Danielli “三明治”模型 流動鑲嵌模型生物膜的“流動鑲嵌模型”主要特點有序性流動性不對稱性生物膜的結(jié)構(gòu)是與其功能相一致的。流動鑲嵌模型突出了膜的流動性和不對稱性，認為細胞膜由流動的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，極性頭部朝向水相組成生物膜骨架，蛋白質(zhì)或嵌在脂雙層表面，或嵌在其內(nèi)部，或橫跨整個脂雙層，表現(xiàn)出分布的不對稱性 圖4-

14、14 質(zhì)膜的的結(jié)構(gòu)模型 細胞膜是以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌著具有不同生理功能的蛋白質(zhì)。細胞膜是一種半透性的膜，脂溶性物質(zhì)才能通過，而水溶性物質(zhì)一般不能自由地通過細胞膜。但體內(nèi)脂溶性物質(zhì)為數(shù)不多，脂質(zhì)雙分子層就構(gòu)成了細胞內(nèi)容物和細胞環(huán)境間的屏障。（一）質(zhì)膜的流動性質(zhì)膜的流動性由膜脂和蛋白質(zhì)的分子運動兩個方面組成。 膜脂分子的運動 側(cè)向擴散：同一平面上相鄰的脂分子交換位置。旋轉(zhuǎn)運動：膜脂分子圍繞與膜平面垂直的軸進行快速旋轉(zhuǎn)。擺動運動：膜脂分子圍繞與膜平面垂直的軸進行左右擺動。 圖4-15 膜脂的分子運動 伸縮震蕩：脂肪酸鏈沿著與縱軸進行伸縮震蕩運動。 翻轉(zhuǎn)運動：膜脂分子從脂雙層的一層翻轉(zhuǎn)

15、到另一層。是在翻轉(zhuǎn)酶（flippase）的催化下完成。 旋轉(zhuǎn)異構(gòu)：脂肪酸鏈圍繞C-C鍵旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致異構(gòu)化運動。 影響膜流動性的因素影響膜流動的因素主要來自膜本身的組分，遺傳因子及環(huán)境因子等 膽固醇：膽固醇的含量增加會降低膜的流動性。脂肪酸鏈的飽和度：脂肪酸鏈所含雙鍵越多越不飽和，使膜流動性增加。脂肪酸鏈的鏈長：長鏈脂肪酸相變溫度高，膜流動性降低。卵磷脂/鞘磷脂：該比例高則膜流動性增加，是因為鞘磷脂粘度高于卵磷脂。其他因素：膜蛋白和膜脂的結(jié)合方式、溫度、酸堿度、離子強度等。 膜蛋白的分子運動主要有側(cè)向擴散和旋轉(zhuǎn)擴散兩種運動方式?？捎脽晒馄准夹g(shù)和細胞融合技術(shù)（圖4-16）檢測側(cè)向擴散。旋轉(zhuǎn)擴散指膜

16、蛋白圍繞與膜平面垂直的軸進行旋轉(zhuǎn)運動，膜蛋白的側(cè)向運動受細胞骨架的限制，破壞微絲的藥物如細胞松弛素B能促進膜蛋白的側(cè)向運動。 1970年Larry Frye等人將人和和鼠的細胞膜用不同熒光抗體標記后，讓兩種細胞融合，雜種細胞一半發(fā)紅色熒光、另一半發(fā)綠色熒光，放置一段時間后發(fā)現(xiàn)兩種熒光抗體均勻分布。 膜流動性的生理意義質(zhì)膜的流動性是保證其正常功能的必要條件。例如跨膜物質(zhì)運輸、細胞信息傳遞、細胞識別、細胞免疫、細胞分化以及激素的作用等等都與膜的流動性密切相關(guān)。當膜的流動性低于一定的閾值時，許多酶的活動和跨膜運輸將停止，反之如果流動性過高，又會造成膜的溶解。（二）膜的不對稱性質(zhì)膜的內(nèi)外兩層的組分和功

17、能有明顯的差異，稱為膜的不對稱性。 膜脂、膜蛋白和復(fù)合糖在膜上均呈不對稱分布，導(dǎo)致膜功能的不對稱性和方向性，即膜內(nèi)外兩層的流動性不同，使物質(zhì)傳遞有一定方向，信號的接受和傳遞也有一定方向等。樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，細胞膜往往從脂雙層中央斷開，為了便于研究，各部分都有固定的名稱（圖4-17）： ES，質(zhì)膜的細胞外表面（extrocytopasmic surface）； PS，質(zhì)膜的原生質(zhì)表面（protoplasmic surface）；EF（extrocytopasmic face），質(zhì)膜的細胞外小頁斷裂面；PF（protoplasmic face），原生質(zhì)小頁斷裂面。圖4-17 膜各個斷面的名稱

18、1膜脂的不對稱性：脂分子在脂雙層中呈不均勻分布，質(zhì)膜的內(nèi)外兩側(cè)分布的磷脂的含量比例也不同。PC和SM主要分布在外小頁，而PE和PS主要分布在質(zhì)膜內(nèi)小葉。用磷脂酶處理完整的人類紅細胞，80%的PC降解，而PE和PS分別只有20%和10%的被解。膜脂的不對稱性還表現(xiàn)在膜表面具有膽固醇和鞘磷脂等形成的微結(jié)構(gòu)域脂筏。2膜蛋白的不對稱性指每種膜蛋白分子在細胞膜上都具有明確的方向性和分布的區(qū)域性。各種膜蛋白在膜上都有特定的分布區(qū)域。某些膜蛋白只有在特定膜脂存在時才能發(fā)揮其功能，如：蛋白激酶C結(jié)合于膜的內(nèi)側(cè)，需要磷脂酰絲氨酸的存在下才能發(fā)揮作用；線粒體內(nèi)膜的細胞色素氧化酶，需要心磷脂存在才具活性。 3復(fù)合糖

19、的不對稱性無論在任何情況下，糖脂和糖蛋白只分布于細胞膜的外表面，這些成分可能是細胞表面受體，并且與細胞的抗原性有關(guān)。 脂筏脂筏（lipid raft）是質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域（microdomain）。大小約70nm左右，是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，位于質(zhì)膜的外小頁。由于鞘磷脂具有較長的飽和脂肪酸鏈，分子間的作用力較強，所以這些區(qū)域結(jié)構(gòu)致密，介于無序液體與液晶之間，稱為有序液體（Liquid-ordered）。在低溫下這些區(qū)域能抵抗非離子去垢劑的抽提，所以又稱為抗去垢劑膜（detergent-resistant membranes，DRMs）。脂筏就像一個蛋白質(zhì)停泊的平臺，與膜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白

20、質(zhì)分選均有密切的關(guān)系。SARS的冠狀病毒進入細胞的途徑，它是通過一種細胞的內(nèi)吞作用，并通過一種叫做脂質(zhì)筏（Lipid rafts）的區(qū)域進入細胞的。因此，脂質(zhì)筏可能成為開發(fā)針對非典病毒藥物的可能的靶點。從脂筏的角度來看，膜蛋白可以分為三類：存在于脂筏中的蛋白質(zhì)；包括糖磷脂酰肌醇錨定蛋白（GPI anchored protein），某些跨膜蛋白，Hedgehog蛋白，雙乙?；鞍祝╠oubly acylated protein）如：非受體酪氨酸激酶Src、G蛋白的G亞基、血管內(nèi)皮細胞的一氧化氮合酶（NOS）；存在于脂筏之外無序液相的蛋白質(zhì)；介于兩者之間的蛋白質(zhì)，如某些蛋白在沒有接受到配體時，對脂

21、筏的親和力低，當結(jié)合配體，發(fā)生寡聚化時就會轉(zhuǎn)移到脂筏中。脂筏中的膽固醇就像膠水一樣，它對具有飽和脂肪酸鏈的鞘磷脂親和力很高，而對不飽和脂肪酸鏈的親和力低，用甲基-環(huán)糊精（methyl-cyclodextrin）去除膽固醇，抗去垢劑的蛋白就變得易于提取。膜中的鞘磷脂主要位于外小頁，而且大部分都參與形成脂筏。 據(jù)估計脂筏的面積可能占膜表面積的一半以上。脂筏的大小是可以調(diào)節(jié)的，小的獨立脂筏可能在保持信號蛋白呈關(guān)閉狀態(tài)方面具有重要作用，當必要時，這些小的脂筏聚集成大一個大的平臺，在那里信號分子（如受體）將和它們的配件相遇，啟動信號傳遞途徑。如致敏原（allergen）能夠?qū)⑦^敏患者體內(nèi)肥大細胞或嗜堿性

22、細胞表面的IgE抗體及其受體橋聯(lián)起來，形成較大的脂筏，受體被脂筏中的Lyn（一種非受體酪氨酸激酶)磷酸化，啟動下游的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，最終引發(fā)過敏反應(yīng)。 細胞表面的穴樣內(nèi)陷（caveolae）具有和脂筏一樣的膜脂組成，不含籠形蛋白（clathrin），含有caveolin（一種小分子量的蛋白，21KD）。大量存在于脂肪細胞、上皮細胞和平滑肌細胞。這種結(jié)構(gòu)細胞的內(nèi)吞有關(guān)，另外穴樣內(nèi)陷中還富含某些信號分子，說明它與細胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)。細胞質(zhì)膜的主要功能概括如下：為細胞的生命活動提供相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境；選擇性的物質(zhì)運輸，包括代謝底物的輸入與代謝產(chǎn)物的排出；提供細胞識別位點，并完成細胞內(nèi)外信息的跨膜傳遞；為多種

23、酶提供結(jié)合位點，使酶促反應(yīng)高效而有序地進行；介導(dǎo)細胞與細胞、細胞與基質(zhì)之間的連接；參與形成具有不同功能的細胞表面特化結(jié)構(gòu)。細胞表面的分化細胞表面的特化結(jié)構(gòu)如：膜骨架、鞭毛和纖毛、微絨毛及細胞的變形足等等，分別與細胞形態(tài)的維持、細胞運動、細胞的物質(zhì)交換等功能有關(guān)。 細胞外被 動物細胞表面存在著一層富含糖類物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，稱為細胞外被（cell coat）或糖萼（glycocalyx）。用重金屬染料如：釕紅染色后，在電鏡下可顯示厚1020nm的結(jié)構(gòu)，邊界不甚明確。細胞外被是由構(gòu)成質(zhì)膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖鏈組成的，實質(zhì)上是質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的一部分(圖4-18)。細胞外被的作用細胞識別：細胞識別與構(gòu)成細胞外被

24、的寡糖鏈密切相關(guān)。寡糖鏈由質(zhì)膜糖蛋白和糖脂伸出，每種細胞寡糖鏈的單糖殘基具有一定的排列順序，編成了細胞表面的密碼，它是細胞的”指紋”，為細胞的識別形成了分子基礎(chǔ)。同時細胞表面尚有寡糖的專一受體，對具有一定序列的寡糖鏈具有識別作用。因此，細胞識別實質(zhì)上是分子識別。 保護作用：細胞外被具有一定的保護作用，去掉細胞外被，并不會直接損傷質(zhì)膜。決定血型：血型實質(zhì)上是不同的紅細胞表面抗原，人有20幾種血型，最基本的血型是AB0血型。紅細胞質(zhì)膜上的糖鞘脂是AB0血型系統(tǒng)的血型抗原，血型免疫活性特異性的分子基礎(chǔ)是糖鏈的糖基組成。A、B、O三種血型抗原的糖鏈結(jié)構(gòu)基本相同，只是糖鏈末端的糖基有所不同。A型血的糖鏈

25、末端為N-乙酰半乳糖；B型血為半乳糖；AB型兩種糖基都有，O型血則缺少這兩種糖基。膜骨架膜骨架，指質(zhì)膜下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)( meshwork)，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。膜骨架位于細胞質(zhì)膜下約0.2m厚的溶膠層。 紅細胞的壽命約為120天，在生存期中大約行程500，000米。在血液循環(huán)中，紅細胞要穿過小于自身直徑一半的微小通道（脾竇）、在脾臟內(nèi)要經(jīng)受氧少、低pH值等不利環(huán)境的考驗、在心臟內(nèi)又要受到瓣膜渦流沖擊。不難想像，紅細胞在這樣長而艱險的運輸途徑中保持結(jié)構(gòu)的完好，它的質(zhì)膜起了重要作用，可以推測，紅細胞的質(zhì)膜一定有非常特別的結(jié)構(gòu)，僅僅是雙脂層可能難

26、以解釋。成熟的動物血紅細胞沒有細胞核、細胞器和內(nèi)膜系統(tǒng)，是研究膜骨架的理想材料。紅細胞經(jīng)低滲處理，細胞破裂釋放出內(nèi)容物，留下一個保持原形的空殼，稱為血影（ghost）。網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)的人類血紅蛋白細胞膜骨架人紅細胞膜蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分部（A）是考馬斯藍染色的膠；（B）表示凝膠上主要蛋白質(zhì)的位置。SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析分析結(jié)果表明，血影蛋白主要成分包括：血影蛋白（spectrin）、錨蛋白（ankyrin）、帶4.2蛋白（band 4.2）、帶4.1蛋白（band 4.1）、短肌動蛋白（short actin）和血型糖蛋白（glycophorin）。血影蛋白和肌動蛋白是外周蛋白

27、，去除后血影的形狀變得不規(guī)則，膜蛋白的流動性增強。血型糖蛋白和帶3蛋白為整合蛋白，經(jīng)TritonX-100處理，此二帶消失但血影仍維持原來的形狀。血影蛋白：由結(jié)構(gòu)相似的鏈、鏈組成一個異二聚體，兩個二聚體頭與頭相接連形成一四聚體。錨蛋白（ankyrin）：與血影蛋白和帶3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。帶三蛋白：是陰離子載體，通過交換Cl，使HCO3進入紅細胞。為二聚體。每個單體含929個氨基酸，穿膜12次。血型糖蛋白：單次穿膜糖蛋白，約有131個氨基酸， N端在膜外側(cè)，結(jié)合16條寡糖鏈；C-端在胞質(zhì)面，鏈較短，與帶4.1蛋白相連。血型糖蛋白與MN血型有關(guān)，其功能尚不明確。 血影蛋

28、白四聚體游離端與短肌動蛋白纖維（約1315單體）相連，形成血影蛋白網(wǎng)絡(luò)。并通過帶4.1蛋白與血型糖蛋白連結(jié)，通過錨蛋白與帶3蛋白相連。這一骨架系統(tǒng)賦與了紅細胞質(zhì)膜的剛性與韌性，得以幾百萬次地通過比它直徑還小的微血管、動脈、靜脈。至于紅細胞的雙凹型可能還與肌球蛋白的作用有關(guān)。 圖4-19 紅細胞膜骨架的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 質(zhì)膜的特化結(jié)構(gòu)質(zhì)膜常帶有許多特化的附屬結(jié)構(gòu)。如：微絨毛、褶皺、纖毛、鞭毛等等，這些特化結(jié)構(gòu)在細胞執(zhí)行特定功能方面具有重要作用。由于其結(jié)構(gòu)細微，多數(shù)只能在電鏡下觀察到。 （一）微絨毛微絨毛（microvilli, 圖4-20）是細胞表面伸出的細長指狀突起，廣泛存在于動物細胞表面。微絨毛直徑

29、約為0.1m。長度則因細胞種類和生理狀況不同而有所不同。小腸上皮細胞刷狀緣中的微絨毛，長度約為0.60.8m。微絨毛的內(nèi)芯由肌動蛋白絲束組成，肌動蛋白絲之間由許多微絨毛蛋白（villin）和絲束蛋白（fimbrin）組成的橫橋相連。微絨毛側(cè)面質(zhì)膜有側(cè)臂與肌動蛋白絲束相連，從而將肌動蛋白絲束固定。圖4-20 糖萼與微絨毛 微絨毛的存在擴大了細胞的表面積，有利于細胞同外環(huán)境的物質(zhì)交換。如小腸上的微絨毛，使細胞的表面積擴大了30倍，大大有利于大量吸收營養(yǎng)物質(zhì)。不論微絨毛的長度還是數(shù)量，都與細胞的代謝強度有著相應(yīng)的關(guān)系。例如腫瘤細胞，對葡萄糖和氨基酸的需求量都很大，因而大都帶有大量的微絨毛。（二）皺褶在細胞表面還有一種扁形突起，稱為皺褶（ruffle）或片足（lamllipodia）。皺褶在形態(tài)上不同于微絨毛，它寬而扁，寬度不等，厚度與微絨毛直徑相等，約0.1m，高達幾微米。在巨噬細胞的表面上，普遍存在著皺褶結(jié)構(gòu)，與吞噬顆粒物質(zhì)有關(guān)(圖4-22)。圖4-22 巨噬細胞表面的皺褶 （三）內(nèi)褶內(nèi)褶（infolding，圖4-22）是質(zhì)膜由細胞表面內(nèi)陷形成的結(jié)構(gòu)，同樣具有擴大了細胞表面積的作用。這種結(jié)構(gòu)常見于液體和離子交換活動比較旺盛的細胞。 圖4-22 內(nèi)褶 （四）纖毛和鞭毛纖毛（cilia）和鞭毛（flagella）是細胞表面伸出的條狀運動裝置。二者在發(fā)生和結(jié)構(gòu)上并沒有什