第四章細胞膜課件

1、第四章 細胞膜及物質(zhì)的跨膜運輸?shù)谝还?jié) 細胞膜的化學組成與生物學特性第二節(jié) 小分子物質(zhì)和離子的穿膜運輸?shù)谌?jié) 大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運輸?shù)谒墓?jié) 細胞膜異常與疾病本章主要內(nèi)容本章總的目的要求掌握細胞膜的化學組成、生物學特性、分子結(jié)構模型；小分子和離子穿膜運輸?shù)闹饕绞脚c區(qū)別。理解大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運輸。了解細胞膜異常與疾病細胞膜（cell membrane）：是包圍在細胞質(zhì)外 周的一層界膜，又稱質(zhì)膜。生物膜：細胞質(zhì)膜和細胞內(nèi)膜統(tǒng)稱為生物膜。 單位膜（unit membrane）：電鏡下，生物膜呈 現(xiàn)的“暗-明-暗”的三層結(jié)構，叫單位膜 第一節(jié)細胞膜的化學組成與生物學特性細胞膜的化學組成細胞膜的

2、特性細胞膜的分子結(jié)構模型一、 細胞膜的化學組成磷脂脂類50% 膽固醇糖脂蛋白質(zhì)40%-50%外周蛋白(外在蛋白)鑲嵌蛋白(內(nèi)在蛋白)糖類1%-10%包括：磷脂、膽固醇和糖脂雙親性分子：具有一個親水的頭部和一個疏水的尾部。 (一)膜脂甘油磷脂：卵磷脂（磷脂酰膽堿）、腦磷脂（磷脂酰乙醇胺）、磷脂酰絲氨酸、鞘磷脂：神經(jīng)酰胺和鞘氨醇結(jié)合物1、磷脂磷脂分子的結(jié)構： 頭部為磷酸和膽堿組成，不同磷脂頭部的大小、形狀和所帶電荷不同，與其和蛋白質(zhì)的結(jié)合有關；尾部為長短不一的碳氫鏈（一般含14-24個碳原子），烴鏈的長短和不飽和程度，可影響膜的流動性。膜質(zhì)分子在水環(huán)境中，其特點決定了它們聚攏成雙分子層后，其游離端

3、自動閉合形成自我封閉而穩(wěn)定的中空結(jié)構，成為脂質(zhì)體2、膽固醇：也是雙親性分子在膜中的排列方式：3、糖脂： 是含有一個或幾個糖基的脂類，不同糖脂分子中的糖基數(shù)量不同，且均位于膜的外葉，并將糖基暴露于細胞表面。作用：可作為受體，與細胞識別及信息傳導有關。 （二）膜蛋白：執(zhí)行膜的多種重要功能內(nèi)在膜蛋白（整合膜蛋白）： 70%-80%；主體穿過脂雙層。、外周蛋白或外在蛋白：20%-30%，位于表面，通過非共價鍵與膜內(nèi)在蛋白親水部相連。 、脂錨定蛋白：以共價鍵與脂分子結(jié)合、SDS：離子型去垢劑，與跨膜蛋白和磷脂的疏水區(qū)結(jié)合，研究跨膜蛋白。 Triton X-100:非離子去垢劑，使膜崩解。膜蛋白的分離村話

4、，去除內(nèi)膜系統(tǒng)，對細胞骨架和其它蛋白進行研究。 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 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 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 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 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 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 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 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 圖4-1

5、1 蛋白與膜的結(jié)合方式、整合蛋白；、脂錨定蛋白；、外周蛋白 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 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 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 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 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 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 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（三）膜糖類： 主要有半乳糖、甘露糖、巖藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡

6、萄糖胺和唾液酸。 二、生物膜的特性（一）生物膜的流動性（fluidity） 相變：溫度變化使生物膜液晶態(tài)和晶態(tài)之間的變化； 相變溫度：引起相變的溫度稱為相變溫度。 左右擺動 旋轉(zhuǎn)運動 側(cè)向運動 翻轉(zhuǎn)運動1、膜脂分子的運動（流動性）： 2、膜蛋白的分子運動：側(cè)向運動和旋轉(zhuǎn)側(cè)向運動：人、鼠細胞融合實驗膜蛋白流動的區(qū)域性溫度磷脂的種類（碳氫鏈的不飽和程度、碳氫鏈的 長度）膽固醇蛋白質(zhì)：含量愈多，流動性愈小3、影響運動的因素膽固醇對膜流動性的作用： 降低了膜的流動性；相變溫度降低，防止低溫時膜流動性的突然降低。 （二） 生物膜的不對稱性 （1）膜脂分布的不對稱性（2）膜蛋白分布的不對稱性 SM：鞘磷脂

7、；PC卵磷脂；PS磷脂酰絲氨酸；PE：磷脂酰乙醇胺；PI：磷脂酰肌醇；CI：膽固醇 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-

8、14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 圖4-14 質(zhì)膜的的結(jié)構模型 1925年，荷蘭的Gorter和Grendel，紅細胞膜的研究。結(jié)論：脂質(zhì)分子排成雙層1935，Danielli和Davson提出夾層學說三、細胞膜的分子結(jié)構模型（一）夾層學說(二）單位膜模型1959年，Robertson，電鏡結(jié)構：暗-明-暗三層結(jié)構。（三）流動鑲嵌模型 ：1972年，Singer和Nicolson建立該模型要點： 以磷脂雙分子層作為膜的基本結(jié)構骨架；蛋白質(zhì)分子以不同程度鑲嵌脂質(zhì)中雙層或附著于脂質(zhì)雙層表面；膜的內(nèi)外側(cè)是不對稱的；膜具有

9、流動性 （四）晶格鑲嵌模型1975，Wallach提出了晶格鑲嵌模型；生物膜中的脂質(zhì)在可逆的進行無序（液態(tài)）和有序（晶態(tài)）的相變。 （五）板塊模型 1977，Jain和White， 在流動的脂類雙分子層中存在著許多大小不同、能獨立移動的脂質(zhì)區(qū)（有序結(jié)構的板塊），在這些有序結(jié)構的板塊之間有流動的脂質(zhì)區(qū)（無序的結(jié)構板塊）分布，二者處于一種連續(xù)的動態(tài)平衡之中。據(jù)估計細胞膜上與物質(zhì)轉(zhuǎn)運有關的蛋白占核基因編碼蛋白的1530%，細胞用在物質(zhì)轉(zhuǎn)運方面的能量達細胞總消耗能量的2/3。細胞膜上存在兩類主要的轉(zhuǎn)運蛋白，即：載體蛋白（carrier protein）和通道蛋白（channel protein）。載體

10、蛋白又稱做載體（carrier）、通透酶（permease）和轉(zhuǎn)運器（transporter），有的需要能量驅(qū)動，有的則不需要能量。通道蛋白能形成親水的通道，允許特定的溶質(zhì)通過，所有通道蛋白均以自由擴散的方式運輸溶質(zhì)。 第二節(jié)小分子物質(zhì)的跨膜運輸一、單純擴散單純擴散：一些物質(zhì)不需要膜蛋白的幫助，能順濃度梯度自由擴散，通過膜的脂雙層這種跨膜的運輸形式，稱為單純擴散。分子量小的脂溶性強的非極性分子能迅速的通過脂雙層膜，如，CO2、O2 和乙醇、尿素、乙醚等。人工膜對各類物質(zhì)的通透率：脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非極性分子比極性容易透過，極性不帶電荷小分子，如H2O、NH3等可以透過

11、人工脂雙層，但速度較慢；小分子比大分子容易透過；分子量略大一點的葡萄糖、蔗糖則很難透過；人工膜對帶電荷的物質(zhì)，如各類離子是高度不通透的。單純擴散的物質(zhì)二、被動運輸（passive transport）被動運輸：也稱易化擴散(facilitated diffutsion)，在介導蛋白的幫助下，使物質(zhì)順濃度或電化學梯度跨膜運輸，且不消耗能量，這種運輸方式也稱為協(xié)助擴散。載體蛋白載體蛋白（carrier protein）：能與特異性的分子結(jié)合，然后通過其自身構象的變化而允許該分子進行跨膜運輸?shù)牡鞍?，叫載體蛋白。載體蛋白既介導被動運輸也介導主動運輸。 通道蛋白 通道蛋白（channel protein

12、）：能形成貫穿膜質(zhì)雙層的充水孔道，使一些特異的物質(zhì)經(jīng)過它完成跨膜運輸?shù)牡鞍祝型ǖ赖鞍?。通道蛋白只介導被動運輸。 通道蛋白運轉(zhuǎn)離子的特性： 運輸快；選擇性高；有閘門控制類型（1）電壓閘門離子通道 （2）配體閘門離子通道 如：神經(jīng)肌肉接頭就有幾種離子通道。神經(jīng)肌肉接點由Ach門控通道開放而出現(xiàn)終板電位時，可使肌細胞膜中的電位門Na+通道和K+通道相繼激活，出現(xiàn)動作電位；引起肌質(zhì)網(wǎng) Ca2+通道打開，Ca2+進入細胞質(zhì)，引發(fā)肌肉收縮。重癥肌無力體內(nèi)產(chǎn)生了抗乙酰膽堿受體的抗體。主動運輸（active transport）：在介導蛋白的幫助下，使物質(zhì)逆濃度梯度或電化學梯度跨膜運輸，且消耗能量，這種運輸

13、方式稱為主動運輸。 3、主動運輸（active transport）主動運輸?shù)奶攸c逆濃度梯度；依賴于膜運輸?shù)鞍?；需要代謝能；具有選擇性和特異性 主動運輸?shù)姆N類 離子泵：直接水解ATP進行主動運輸 協(xié)同運輸：間接消耗ATP， Na+K+ATP酶，又稱Na+K+ 泵，動物細胞中由ATP驅(qū)動的將Na輸出到細胞外同時將K輸入到細胞內(nèi)的運輸泵。由2個大亞基（）、2個小亞基（）組成的4聚體。大亞基：多次穿膜的跨膜蛋白，胞質(zhì)面具有一個ATP結(jié)合位點、三個高親和Na+接合位點；膜的外表面有兩個K+的結(jié)合位點和一個哇巴因（烏本苷）的結(jié)合位點。通過磷酸化和去磷酸化過程發(fā)生構象的變化，導致與Na+、K+的親和力發(fā)生

14、變化。 烏苯苷能抑制心肌細胞Na+-K+泵的活性；從而降低鈉鈣交換器效率，使內(nèi)流鈣離子增多，加強心肌收縮，因而具有強心作用。Na+K+泵胞內(nèi)Na+低于胞外10-20倍胞內(nèi)K+高于胞外10-20倍Na+-K+泵的作用：維持低Na+高K+的細胞內(nèi)環(huán)境；維持細胞的滲透性，保持細胞的體積；物質(zhì)吸收；細胞內(nèi)高K是核糖體合成蛋白質(zhì)和糖酵解過程中重要酶活動的必要條件；維持細胞的靜息電位。H+ATP酶和鈣泵 在質(zhì)膜或某些細胞器膜上存在的能水解ATP提供能量使H+逆濃度梯度運轉(zhuǎn)的膜蛋白，又稱質(zhì)子泵在溶酶體膜上的質(zhì)子泵，則保持溶酶體內(nèi)高酸度環(huán)境。胃壁細胞頂部膜上的H+ATP酶，能維持胃內(nèi)容物的酸性。在線粒體和葉綠

15、體中的質(zhì)子泵能參與ADP合成ATP ； 同向協(xié)同運輸：運輸H+的同時運輸Cl-，以達電平衡。鈣泵主要存在于質(zhì)膜、肌漿網(wǎng)上。Acidification of the stomach lumen by parietal cells in the gastric lining.協(xié)同運輸： 。一種物質(zhì)的運輸依賴于第二種物質(zhì)的同時運輸；或：一種物質(zhì)的運輸依賴于第二種物質(zhì)通過主動運輸形成離子差后，再行順離子梯度跨膜運輸。分為：同向協(xié)同運輸和反向協(xié)同運輸同向協(xié)同運輸：如：Na+順離子濃度運轉(zhuǎn)的同時伴有葡萄糖或氨基酸的逆濃度梯度運轉(zhuǎn)。逆向協(xié)同運輸：Na+Ca2+和Na+H+ （2）逆向協(xié)同運輸：Na+Ca2+

16、和Na+H+ Na+與葡萄糖的協(xié)同運輸主動運輸與被動運輸?shù)谋容^第三節(jié) 大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運輸一、內(nèi)吞作用（endocytosis）：又叫入胞作用，是通過質(zhì)膜的變形運動將細胞外物質(zhì)轉(zhuǎn)運入細胞內(nèi)的過程。（一）吞噬作用（phagocytosis）：在攝入顆粒物質(zhì)時，細胞部分變形，使質(zhì)膜凹陷或形成偽足將顆粒物質(zhì)包裹攝入細胞。如：原生生物的變形蟲、阿米巴等。（二）吞飲作用（pinocytosis）：細胞攝入溶質(zhì)或液體的內(nèi)吞作用。 溶質(zhì)接觸胞膜 膜下陷小窩小泡液相內(nèi)吞：非特異性細胞吞入細胞外液的方式吸附內(nèi)吞：先吸附到細胞表面，后被攝入細胞內(nèi)。該方式有一定的特異性，如：陽離子鐵蛋白的攝入。（三）受體介導

17、的內(nèi)吞作用（receptermediated endocytosis）概述： 概念：細胞通過膜上的受體與被攝入的蛋白或化合物結(jié) 合進而將它們運輸?shù)郊毎麅?nèi)的過程。 有被小窩（coated pit）： 有被小泡（coated vesicle）：胎兒攝取抗體的過程機體清除有害物質(zhì)的過程特異攝取膽固醇的過程 特異攝取膽固醇的過程 LDL的結(jié)構： （低密度脂蛋白，lowdensity lipoprotein) ：是一種大的球形顆粒，分子量300萬道爾頓。由膽固醇和蛋白質(zhì)組成。LDL受體：是一種糖蛋白，由839個氨基酸組成，5個結(jié)構域，N-結(jié)構域可識別LDL并與之結(jié)合。衣被的化學基礎： 三腿蛋白復合物由三

18、個網(wǎng)格蛋白（clathrin）和三個較小的多肽，另有調(diào)節(jié)素； 有許多三腿復合物構成五邊形或六邊形的網(wǎng)格樣結(jié)構，覆于有被小泡或有被小窩的胞質(zhì)面，形成衣被。 作用：提供鉗制脂膜的機械粒，導致有被小窩的下凹；也有助于捕獲膜上的特異受體及與之結(jié)合的被轉(zhuǎn)運分子。Clathrin 衣被小泡的掐斷過程過程家族型高膽固醇血癥：LDL受體缺陷所致。膜受體引起的疾病又叫受體病。 常染色體顯性遺傳疾病，人群發(fā)生比例為1:500，其特征為低密度脂蛋白（LDL）-膽固醇水平明顯升高，常常超過61毫摩爾升，低密度脂蛋白膽固醇不能及時代謝，沉積在血管壁上，逐漸形成動脈硬化。然后，沉積又表現(xiàn)在皮膚上，形成黃色瘤，部分患者關節(jié)

19、處開始變形、增大。這使心臟、肝臟等各個器官不得不承受較大負荷，因此，引起的動脈硬化可引發(fā)心絞痛、冠心病、腦梗塞等疾病。 機體清除有害物質(zhì)的過程肝細胞含半乳糖末端的糖蛋白半乳糖受體含半乳糖末端的糖蛋白經(jīng)過受體介導的入胞作用進入肝臟細胞被溶酶體清除胎兒血管胚胎卵黃囊襯細胞胎兒攝入抗體的過程2、外吐作用 概念：又稱出胞作用，細胞將胞內(nèi)物質(zhì)通過膜變形將它們運輸?shù)郊毎獾倪^程，是一種內(nèi)吞作用相反的過程。外吐作用的過程：形成；移位；入塢；融合；外吐。細胞分泌的形式： 固有分泌 （constitutive pathway of secretion）：指新合成的分子在高爾基復合體裝入轉(zhuǎn)運小泡，隨即很快被帶到質(zhì)

20、膜，并持續(xù)不斷的被細胞分泌出去的運輸方式。 受調(diào)分泌（regulated pathway of secretion）：指細胞內(nèi)大分子合成后被儲存在特殊的小泡如分泌顆粒，只有當細胞接受外界信號物質(zhì)的作用時，引起細胞內(nèi)一系列生化改變，如Ca2+濃度升高等，分泌顆粒才與質(zhì)膜融合，發(fā)生外吐的運輸方式。 三、質(zhì)膜的循環(huán)：一定數(shù)量的質(zhì)膜經(jīng)內(nèi)吞被減少，就會有相應數(shù)量經(jīng)外吐過程得以補充，以保持細胞質(zhì)膜面積的恒定。四、質(zhì)膜的運動：經(jīng)內(nèi)吞與外吐作用完成。一、細胞連結(jié)第四節(jié)質(zhì)膜的特化結(jié)構和功能 存在于脊椎動物的上皮細胞間，長度約50-400nm，相鄰細胞之間的質(zhì)膜緊密結(jié)合，沒有縫隙。在電鏡下可以看到連接區(qū)域具有蛋白質(zhì)形成的焊接線網(wǎng)絡，焊接線也稱嵴線，封閉了細胞與細胞之間的空隙。上皮細胞層對小分子的透性與嵴線的數(shù)量有關，有些緊密連接甚至連水分子都不能透過。 緊密連接的焊接線由跨膜蛋白構成， 緊密連接的主要作用：是封閉相鄰細胞間的接縫，防止溶液中的分子沿細胞間隙滲入體內(nèi)，從而保證了機體內(nèi)環(huán)