山東大學(xué)細(xì)胞第四章

第四章質(zhì)膜和細(xì)胞表面細(xì)胞膜、質(zhì)膜（cellmembraneorplasmamembrane）包圍在細(xì)胞質(zhì)外周的界膜生物膜(biomembrane)質(zhì)膜、細(xì)胞內(nèi)膜、線(xiàn)粒體、葉綠體的膜等統(tǒng)稱(chēng)為生物膜細(xì)胞膜（cellmembrane）又稱(chēng)質(zhì)膜（plasmamembrane），是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂類(lèi)和蛋白質(zhì)組成的薄膜。質(zhì)膜表面寡糖鏈形成細(xì)胞外被（cellcoat）或糖萼（glycocalyx）；質(zhì)膜下的表層溶膠中具有膜骨架（細(xì)胞骨架成分組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)）。細(xì)胞外被、質(zhì)膜和表層胞質(zhì)溶膠構(gòu)成細(xì)胞表面。

本章內(nèi)容：第一節(jié)質(zhì)膜的基本結(jié)構(gòu)第二節(jié)質(zhì)膜的化學(xué)組成第三節(jié)細(xì)胞外被第四節(jié)細(xì)胞鏈接第一節(jié)質(zhì)膜的基本結(jié)構(gòu)J.D.Robertson1959用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗-明-暗三層結(jié)構(gòu)，厚約7.5nm。這就是所謂的“單位膜”模型。S.J.Singer&G.Nicolson1972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)上提出“流動(dòng)鑲嵌模型”（fluidmosaicmodel）

。18951917電鏡下質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)單位膜(unitmembrane)

電鏡下生物膜呈現(xiàn)的暗-明-暗三層式膜稱(chēng)為單位膜。其中暗線(xiàn)是由脂類(lèi)分子極性頭部和蛋白質(zhì)親水端經(jīng)鋨酸染色后的顯示，明帶為脂類(lèi)分子和蛋白質(zhì)疏水部分所形成。流動(dòng)鑲嵌模型脂類(lèi)分子構(gòu)成膜的基質(zhì)；蛋白有兩種，插入膜中（整合蛋白），或附著于細(xì)胞表面（邊周蛋白），表現(xiàn)出分布的不對(duì)稱(chēng)性；膜是流動(dòng)的，膜分子在膜平面內(nèi)可行各種運(yùn)動(dòng)81970年LarryFrye和MichaelEdidin人、鼠細(xì)胞融合（cellfusion）實(shí)驗(yàn)證明膜的流動(dòng)性9◆淋巴細(xì)胞的成帽反應(yīng)

通過(guò)抗體交聯(lián)膜蛋白分子聚集成斑(patching)、成帽(capping)的現(xiàn)象也是膜蛋白在膜平面?zhèn)认驍U(kuò)散的例子。

第二節(jié)質(zhì)膜的化學(xué)組成蛋白質(zhì)—20~70%；脂類(lèi)—30~80%；碳水化合物—10%（糖脂、糖蛋白）質(zhì)膜主要由膜脂和膜蛋白組成，另外還有少量糖，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)者。動(dòng)物細(xì)胞膜通常含有等量的脂類(lèi)和蛋白質(zhì)。（一）膜脂1、膜脂組成：磷脂、糖脂、膽固醇

磷脂：是構(gòu)成膜脂的基本成分，約占整個(gè)膜脂的50％以上。磷脂酰膽堿（卵磷脂）、磷脂酰乙醇胺(腦磷脂)、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰肌醇、鞘磷脂糖脂：含糖類(lèi)殘基的復(fù)合脂類(lèi),含量約占脂總量的5％以下，如腦苷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂膽固醇:只存在于動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜中,含量一般不超過(guò)膜脂的1/3，其功能是提高雙脂層的力學(xué)穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)雙脂層流動(dòng)性，降低水溶性物質(zhì)的通透性。

腦苷脂鞘磷脂卵磷脂

2.膜脂的特性（1）共同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：雙親性分子

自動(dòng)裝配自我閉合自我裝配：

(a)水溶液中的磷脂分子團(tuán)；(b)球形脂質(zhì)體；(c)平面脂質(zhì)體膜；

自我封合：

可形成——脂質(zhì)體（liposome）

脂質(zhì)體(liposome):系指將藥物包封于類(lèi)脂質(zhì)雙分子層內(nèi)而形成的微型泡囊體。

脂質(zhì)體的用途：

a）研究膜脂與膜蛋白及其生物學(xué)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)材料

b）用于基因轉(zhuǎn)移的工具；

c）臨床治療作為生物大分子與藥物的運(yùn)載體

（2）膜脂的流動(dòng)性相變（phase

transition）：脂雙層由流動(dòng)性較大的液晶態(tài)到凝膠化的晶態(tài)的相互轉(zhuǎn)變稱(chēng)為相變，引起相變的溫度稱(chēng)相變溫度。相變溫度以上膜脂分子的5種運(yùn)動(dòng)：旋轉(zhuǎn)異構(gòu)運(yùn)動(dòng)、側(cè)向移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、左右擺動(dòng)、翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

影響膜脂流動(dòng)性的因素：1、不飽和順式雙鍵多，分子彎曲，排列有序性降低，另外相變溫度也降低，膜的流動(dòng)性增高（如花生油和豬油）2、脂肪酸鏈越短，相變溫度低，膜的流動(dòng)性高3、膽固醇在相變溫度以上增加膜脂的有序性，抑制磷脂分子的脂肪酸鏈的旋轉(zhuǎn)異構(gòu)運(yùn)動(dòng)，降低膜的流動(dòng)性；4、卵磷脂/鞘磷脂的比值高，卵磷脂脂肪酸不飽和程度高，流動(dòng)性高。5、膜脂結(jié)合膜蛋白后，也影響膜脂的流動(dòng)性。

3、膜脂分布的不對(duì)稱(chēng)性（1）內(nèi)外兩層膜脂種類(lèi)、數(shù)量分布明顯不同PC和SM主要分布在外小葉;PE和PS分布在內(nèi)小葉。鞘磷脂磷脂酰膽堿磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸磷脂總量質(zhì)膜外側(cè)面質(zhì)膜內(nèi)側(cè)面20623962510人紅細(xì)胞膜膜脂分布SMsphingomyclin鞘磷脂PCphosphotidlcholine磷脂酰膽堿PSphosphotidylserine磷脂酰絲氨酸PEphosphotidylethanolamine磷脂酰乙醇氨P(pán)Iphosphotidylinositol磷脂酰肌醇CIcholesterol膽固醇?；D(zhuǎn)移酶磷酸酶膽堿磷酸轉(zhuǎn)移酶磷脂的合成發(fā)生在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的細(xì)胞質(zhì)溶質(zhì)面轉(zhuǎn)位酶、翻轉(zhuǎn)酶、脂層爬行酶維持膜的不對(duì)稱(chēng)性（2）糖脂只分布于非細(xì)胞質(zhì)側(cè)

4、質(zhì)膜上的脂筏質(zhì)膜上散布著主要由鞘脂、膽固醇、糖脂組成的脂微區(qū)，比周?chē)闹p層要厚，稱(chēng)為脂筏（lipid

raft），主要載著執(zhí)行特定功能的膜蛋白，與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)扔嘘P(guān)。28膜脂的功能◆構(gòu)成膜的基本骨架,去除膜脂，膜則解體◆膜脂為某些膜蛋白(酶)維持構(gòu)象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境。有很多酶的活性依賴(lài)于膜脂的存在。有些膜蛋白只有在特異的磷脂頭部基團(tuán)存在時(shí)才有功能。（二）膜蛋白1、分類(lèi)

據(jù)膜蛋白與脂分子的結(jié)合方式，可分為整合蛋白（integralprotein）、外周蛋白（peripheralprotein）和脂錨定蛋白（lipid-anchoredprotein）。

整合蛋白或內(nèi)在蛋白(integralprotein)：占膜蛋白的70-80%，整合蛋白以不同程度嵌插在脂雙分子層中，一次或多次穿膜，與脂雙層分子結(jié)合緊密，只有用去垢劑處理，使膜崩解后才能將它們分離出來(lái)。大多數(shù)整合蛋白在質(zhì)膜外表面結(jié)合有寡糖鏈，從而成為糖蛋白。周邊蛋白(peripheralprotein)：占膜蛋白的20-30%，分布在膜的內(nèi)外表面，與膜結(jié)合較弱，用溫和的方法如改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度或濃度，可將它們從膜上分離下來(lái)。脂錨定蛋白(Lipid-anchoredproteins)：通過(guò)與膜脂形成共價(jià)鍵結(jié)合到膜上2、膜蛋白的流動(dòng)性

運(yùn)動(dòng)方式主要為:側(cè)向擴(kuò)散（側(cè)向移動(dòng)）；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

證明膜蛋白運(yùn)動(dòng)性：細(xì)胞融合Cellfusion成斑和成帽現(xiàn)象Patching&Capping光脫色熒光恢復(fù)技術(shù)FRAPFRAP:fluorescencerecoveryafterphotobleaching細(xì)胞融合成斑和成帽現(xiàn)象3、影響膜蛋白流動(dòng)性的因素（1）周?chē)ぶ男再|(zhì)和相態(tài)(如二油酰卵磷脂相變溫度：-22度，豆蔻：24度）（2）質(zhì)膜相關(guān)結(jié)構(gòu)的作用（3）細(xì)胞骨架的作用（微管抑制，微絲促進(jìn)）膜流動(dòng)性的生理意義質(zhì)膜的流動(dòng)性是保證其正常功能的必要條件。例如跨膜物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞信息傳遞、細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞免疫、細(xì)胞分化以及激素的作用等等都與膜的流動(dòng)性密切相關(guān)。當(dāng)膜的流動(dòng)性低于一定的閾值時(shí)，許多酶的活動(dòng)和跨膜運(yùn)輸將停止。反之如果流動(dòng)性過(guò)高，又會(huì)造成膜的溶解。37膜蛋白主要行使功能：◆物質(zhì)運(yùn)輸?shù)鞍住裘福河行┦敲?，催化相關(guān)的代謝反應(yīng);◆連接蛋白：有些是連接蛋白,起連接作用；◆受體：起信號(hào)接收和傳遞作用。生物膜的共同特征鑲嵌性流動(dòng)性不對(duì)稱(chēng)性蛋白質(zhì)極性三、膜骨架（非重點(diǎn)，了解）膜骨架是質(zhì)膜下纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；位于細(xì)胞質(zhì)膜下約0.2μm厚的溶膠層。作用：維持質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。成熟的哺乳動(dòng)物血紅細(xì)胞沒(méi)有核和內(nèi)膜系統(tǒng)，是研究膜骨架的理想材料。紅細(xì)胞經(jīng)低滲處理，細(xì)胞破裂釋放出內(nèi)容物，留下一個(gè)保持原形的空殼，稱(chēng)為血影（ghost）。血影蛋白錨蛋白血型糖蛋白血影成分主要有：血影蛋白：由結(jié)構(gòu)相似的α鏈、β鏈組成異二聚體，兩個(gè)二聚體頭與頭相接連形成四聚體。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3蛋白：跨膜蛋白帶4.1蛋白血型糖蛋白：?jiǎn)未慰缒ぬ堑鞍?與MN血型有關(guān)。Figure10-26.Thespectrin-basedcytoskeletononthecytoplasmicsideofthehumanredbloodcellmembrane.Thestructureisshownschematicallyin(A)andinanelectronmicrographin(B).Thearrangementshownin(A)hasbeendeducedmainlyfromstudiesontheinteractionsofpurifiedproteinsinvitro.Spectrindimersassociatehead-to-headtoformtetramersthatarelinkedtogetherintoanetlikemeshworkbyjunctionalcomplexescomposedofshortactinfilaments(containing13actinmonomers),tropomyosin,whichprobablydeterminesthelengthoftheactinfilaments,band4.1,andadductin.Thecytoskeletonislinkedtothemembranebytheindirectbindingofspectrintetramerstosomeband3proteinsviaankyrinmolecules,aswellasbythebindingofband4.1proteinstobothband3andglycophorin(notshown).Theelectronmicrographin(B)showsthecytoskeletononthecytoplasmicsideofaredbloodcellmembraneafterfixationandnegativestaining.(B,courtesyofT.ByersandD.Branton,PNSA.82:6153-6157)第三節(jié)細(xì)胞外被（cellcoat)糖萼——細(xì)胞外被

動(dòng)物細(xì)胞表面：糖脂、糖蛋白的糖鏈

寡糖鏈——9種單糖基組成：D—葡萄糖；D—半乳糖；D—甘露糖；L—巖澡糖；L—阿拉伯糖；D—木糖；N—乙?！狣—葡萄糖胺；N—乙?！狣—半乳糖胺；N—乙酰神經(jīng)氨酸（唾液酸）

膀胱上皮細(xì)胞表面的糖被，釕紅染色的電鏡超薄切片糖鏈構(gòu)成細(xì)胞外被細(xì)胞外被中，糖蛋白和神經(jīng)節(jié)苷脂的寡糖鏈帶有唾液酸末端，顯負(fù)電荷。質(zhì)膜的許多重要生理功能和細(xì)胞外被有關(guān)（一）細(xì)胞識(shí)別“物以類(lèi)聚”：每種細(xì)胞寡糖鏈的單糖殘基具有一定的排列順序，編成了細(xì)胞表面的密碼，它是細(xì)胞的”指紋”，為細(xì)胞的識(shí)別形成了分子基礎(chǔ)。同時(shí)細(xì)胞表面尚有寡糖的專(zhuān)一受體，對(duì)具有一定序列的寡糖鏈具有識(shí)別作用。因此，細(xì)胞識(shí)別實(shí)質(zhì)上是分子識(shí)別。（二）決定血型：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?jiǎng)t缺少這兩種糖基。（三）具有酶活性細(xì)胞識(shí)別與構(gòu)成細(xì)胞外被的寡糖鏈密切相關(guān)：（1）每種細(xì)胞寡糖鏈的單糖殘基有一定的排列順序：細(xì)胞的“指紋”（2）細(xì)胞表面尚有寡糖的專(zhuān)一受體。細(xì)胞間粘著方式

第四節(jié)細(xì)胞連接多細(xì)胞生物的組織中，細(xì)胞與細(xì)胞間和細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)間往往形成一些結(jié)構(gòu)關(guān)系，這些結(jié)構(gòu)稱(chēng)為細(xì)胞連接（celljunction）。按功能分：封閉連接（occludingjunction）

錨定連接（anchoringjunction）通訊連接（communicatingjunction）按結(jié)構(gòu)分：9種（P65表）

流動(dòng)鑲嵌模型脂類(lèi)分子構(gòu)成膜的基質(zhì)；蛋白有兩種，插入膜中（整合蛋白），或附著于細(xì)胞表面（邊周蛋白），表現(xiàn)出分布的不對(duì)稱(chēng)性；膜是流動(dòng)的，膜分子在膜平面內(nèi)可行各種運(yùn)動(dòng)一、封閉連接代表：緊密連接，上皮細(xì)胞與四周相鄰細(xì)胞通過(guò)膜上整合蛋白對(duì)合形成密封條索封閉細(xì)胞間隙的連接方式。相臨細(xì)胞跨膜蛋白對(duì)應(yīng)相接“焊接”成條狀——嵴線(xiàn)，嵴線(xiàn)縱橫交錯(cuò)，匯合成網(wǎng)狀，達(dá)到封閉、連接目的。

緊密連接的功能：細(xì)胞連接封閉細(xì)胞間隙，阻止物質(zhì)從細(xì)胞間隙通過(guò)。封閉作用的強(qiáng)弱與封閉“焊接線(xiàn)”的疏密有關(guān)。隔離膜上蛋白，限制膜蛋白的自由擴(kuò)散，使其定位于膜上的某一區(qū)域。緊密連接封閉隔離作用無(wú)脊椎動(dòng)物中的隔狀連接二、錨定連接特點(diǎn)：通過(guò)骨架系統(tǒng)將細(xì)胞與相鄰細(xì)胞或細(xì)胞與基質(zhì)之間連接起來(lái)。分類(lèi)：粘和帶、粘和斑：與肌動(dòng)蛋白相連橋粒、半橋粒：與中間纖維相連61錨定連接的作用1、連接肌動(dòng)蛋白絲（1）黏合帶(adhesion

belt)：相鄰細(xì)胞間有間隙，間隙中相鄰細(xì)胞跨膜糖蛋白相互黏合，在細(xì)胞內(nèi)跨膜糖蛋白通過(guò)附著蛋白與肌動(dòng)蛋白微絲相連，微絲平行質(zhì)膜環(huán)繞呈帶狀。

小腸上皮細(xì)胞上的黏合帶電鏡下的細(xì)胞連接緊密連接黏合帶橋粒黏合帶的結(jié)構(gòu)：a.跨膜糖蛋白----鈣粘蛋白(cadherin)十幾種：E-鈣黏蛋白，N-鈣黏蛋白，P-鈣黏蛋白…b.附著蛋白：α-、β-、γ-鎖連蛋白，α-輔肌動(dòng)蛋白等c.成束肌動(dòng)蛋白絲（微絲）沿質(zhì)膜內(nèi)側(cè)呈連續(xù)帶使相鄰細(xì)胞粘合在一起構(gòu)成“肌動(dòng)蛋白絲-附著蛋白-鈣粘蛋白-相鄰細(xì)胞”的跨細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)。常位于上皮細(xì)胞頂端，緊密連接下方。質(zhì)膜間隙15-20nm也稱(chēng)黏合連接(adherens

junction)，中間連接(intermediate

junction)黏合帶的功能：連接細(xì)胞，增強(qiáng)組織的機(jī)械牢固性（2）黏合斑(adhesionplaque)肌動(dòng)蛋白束參與的細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的黏合連接。也稱(chēng)點(diǎn)狀黏合（focal

adhesion）主要結(jié)構(gòu)和功能特點(diǎn)：通過(guò)整聯(lián)蛋白同細(xì)胞外基質(zhì)相連，而不是與另一個(gè)細(xì)胞的表面相連。附著蛋白：為黏著斑蛋白和α-輔肌動(dòng)蛋白肌動(dòng)蛋白束黏合斑2、連接中間絲（1）橋粒（desmosome）：相鄰兩細(xì)胞的胞質(zhì)斑由跨膜糖蛋白（鈣黏蛋白）黏合在一起。呈紐扣狀，質(zhì)膜內(nèi)側(cè)有胞質(zhì)斑，許多中間絲與其相連，也稱(chēng)斑狀黏合。橋粒的完整性依賴(lài)于Ca2+的存在。中間絲成分依細(xì)胞類(lèi)型不同而不同。橋粒位于黏合帶下方

橋粒的結(jié)構(gòu)模型

相鄰細(xì)胞間形成紐扣狀結(jié)構(gòu)，細(xì)胞膜之間的間隙約30nm，質(zhì)膜下方有細(xì)胞質(zhì)附著蛋白質(zhì)，如片珠蛋白、橋粒斑蛋白等，形成一厚約15～20nm的致密斑。斑上有中間絲相連。相鄰兩細(xì)胞的胞質(zhì)斑由鈣粘蛋白相連?！駱蛄９δ埽簣?jiān)韌的細(xì)胞連接。

橋粒連接的細(xì)胞耐受機(jī)械壓力，使上皮細(xì)胞不因外界張力而分離。在皮膚、口腔、食道表皮等易受斯拉和摩擦處橋粒多。天皰瘡病理：自身免疫性皮膚病由于患者對(duì)自身的一種或多種橋粒連接蛋白產(chǎn)生抗體，結(jié)果破壞橋粒結(jié)構(gòu)，使上皮層細(xì)胞松開(kāi)，組織液通過(guò)細(xì)胞間隙漏入上皮，導(dǎo)致嚴(yán)重的表皮大皰。（2）半橋粒（hemidesmosome）位于上皮基底層細(xì)胞的基底部，橋粒的一半，加強(qiáng)上皮細(xì)胞與基質(zhì)的關(guān)系，防止細(xì)胞在受力時(shí)與基膜分開(kāi)半橋粒與橋粒的差別∶參與連接跨膜蛋白是整聯(lián)蛋白（不是鈣粘蛋白）；整聯(lián)蛋白與細(xì)胞外基質(zhì)相連（不是與相鄰細(xì)胞）；附著蛋白為網(wǎng)蛋白Hemidesmosomes錨定連接將相鄰細(xì)胞的骨架系統(tǒng)或?qū)⒓?xì)胞與基質(zhì)相連形成一個(gè)細(xì)胞群體。錨定連接具有兩種不同形式:

與肌動(dòng)蛋白纖維相連的錨定連接主要包括黏合帶與黏合斑

與中間絲相連的錨定連接主要包括橋粒和半橋粒

三、通訊連接1.間隙連接：大多數(shù)動(dòng)物組織中2.胞間連絲：植物細(xì)胞間3.化學(xué)突觸：神經(jīng)細(xì)胞間和神經(jīng)—肌肉間1、間隙連接（gapjunction）動(dòng)物組織細(xì)胞間廣泛分布的連接方式，基本結(jié)構(gòu)單位是連接子，連接子由6個(gè)跨膜蛋白圍成直徑1.5nm的通道，相鄰細(xì)胞質(zhì)膜上的兩個(gè)連接子對(duì)接形成間隙連接，允許分子量在1000道爾頓以下離子或分子通過(guò)。每個(gè)間隙連接含數(shù)百個(gè)連接子。間隙連接的蛋白成分已分離20余種構(gòu)成連接子的蛋白,屬同一蛋白家族。連接子蛋白的一級(jí)結(jié)構(gòu)都較保守,并有相似的抗原性。不同類(lèi)型細(xì)胞表達(dá)不同的連接子蛋白，間隙連接的孔徑與調(diào)控機(jī)制有所不同?！糸g隙連接的通透性調(diào)節(jié)：

膜電位、PH值、Ca2+濃度、外界化學(xué)信號(hào)（如肝細(xì)胞對(duì)胰高血糖素的反應(yīng)）等。間隙連接的主要功能：

代謝偶聯(lián)