醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜與細(xì)胞表面

醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜與細(xì)胞表面1第1頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四本章內(nèi)容4.1細(xì)胞膜的化學(xué)組成4.2細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型及特性4.3細(xì)胞表面及其功能4.4細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)第2頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四質(zhì)膜與細(xì)胞內(nèi)膜第3頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四細(xì)胞的生物膜體系第4頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模式圖第5頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四與細(xì)胞膜相關(guān)的概念細(xì)胞被（cellcoat）-----糖蛋白、糖脂的糖鏈向膜外伸展、交織而成的毯狀構(gòu)造。也稱糖被（glycocalyx）。細(xì)胞表面（cellsurface）------由細(xì)胞被、細(xì)胞膜和胞質(zhì)溶膠構(gòu)成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。廣義上，還包括鞭毛、纖毛、微絨毛等表面特化結(jié)構(gòu)&細(xì)胞連接。第6頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四細(xì)胞表面的范疇第7頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四4.1細(xì)胞膜的化學(xué)組成

膜脂-----構(gòu)成膜的主體蛋白質(zhì)-----參與構(gòu)成膜主體糖類-----3%~10%(糖脂、糖蛋白)

水-----膜的內(nèi)外表面，80％自由水無機(jī)鹽-----少量，為膜蛋白組分不同細(xì)胞的膜，三種主要物質(zhì)比例相差大

第8頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四膜中各成分的比例膜脂蛋白質(zhì)糖類其它第9頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四膜結(jié)構(gòu)研究的好材料第10頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四紅細(xì)胞

◆RedBloodCell是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的細(xì)胞:■成熟的紅細(xì)胞沒有細(xì)胞器；■質(zhì)膜是紅細(xì)胞惟一的膜結(jié)構(gòu)；■紅細(xì)胞質(zhì)膜易于提純和分離；◆人們對(duì)膜結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，大多來自于對(duì)紅細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的研究。第11頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四紅細(xì)胞膜超微結(jié)構(gòu)第12頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四4.1.1膜脂

（磷脂、糖脂、膽固醇）

1、磷脂

磷脂酰膽堿（卵磷脂）磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）神經(jīng)鞘磷脂（鞘磷脂）磷脂酰肌醇磷脂酰絲氨酸

第13頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四卵磷脂的結(jié)構(gòu)l

頭部:

膽堿+磷酸+甘油

極性、親水

l

尾部:

脂肪酸

非極性、疏水

第14頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四磷脂分子的性質(zhì)第15頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四脂質(zhì)體(Liposome)

除作為生物膜的研究模型，更重要的用途是作為臨床上各種藥物的載體；遺傳性疾病基因療法中靶基因的運(yùn)載體，可將靶基因高效率地導(dǎo)入待治療的細(xì)胞。

第16頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四脂質(zhì)體的形成第17頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四2、膽固醇存在于真核細(xì)胞膜中，

▼兼性分子

◆極性頭部

◆非極性尾部功能：增加膜穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)膜流動(dòng)性。第18頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四膽固醇與磷脂的關(guān)系第19頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四3、糖脂的結(jié)構(gòu)與功能

糖脂——磷脂衍生物

——糖基取代磷脂頭部的磷酸膽堿。

糖脂功能：膜受體。第20頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四4.1.2膜蛋白種類、分布和功能膜蛋白——約占細(xì)胞總蛋白25％膜各種功能的執(zhí)行者1.按位置分:

◆外周蛋白——膜內(nèi)外表面

◆鑲嵌蛋白——嵌在脂質(zhì)雙分子層中

or跨膜存在（跨膜蛋白）第21頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四外周蛋白鑲嵌蛋白磷脂雙層外周蛋白鑲嵌蛋白膜蛋白的種類和位置第22頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四第23頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四2.按膜蛋白與膜脂的相互關(guān)系分：①以單一的α螺旋形式伸展越過脂質(zhì)雙層的跨膜蛋白②以多個(gè)螺旋形式多次越過質(zhì)膜的球形蛋白③位于質(zhì)膜內(nèi)表面的膜外在蛋白④位于質(zhì)膜外表面的膜外在蛋白⑤位于膜脂雙分子層內(nèi)表面的膜外周蛋白⑥位于膜脂雙分子層外表面的膜外周蛋白第24頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四3.按功能分：①運(yùn)輸?shù)鞍注谶B接蛋白③受體蛋白④催化蛋白

第25頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四本章內(nèi)容4.1細(xì)胞膜的化學(xué)組成4.2細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型與特性4.3細(xì)胞表面及其功能4.4細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)第26頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四4.2細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型及特性4.2.1膜的分子結(jié)構(gòu)模型

eg：?jiǎn)挝荒つＰ?、流?dòng)鑲嵌模型…第27頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四流動(dòng)鑲嵌模型第28頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四流動(dòng)鑲嵌模型要點(diǎn)：①?gòu)?qiáng)調(diào)了膜結(jié)構(gòu)的流動(dòng)性。②強(qiáng)調(diào)了膜結(jié)構(gòu)的不對(duì)稱性和不均勻性。③膜的功能是由蛋白與蛋白、蛋白與脂質(zhì)、脂質(zhì)與脂質(zhì)之間復(fù)雜的相互作用實(shí)現(xiàn)的。

第29頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四4.2.2細(xì)胞膜的特性1、膜的不對(duì)稱性（膜脂、膜蛋白不對(duì)稱）

第30頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四2、細(xì)胞膜的流動(dòng)性

膜的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，由膜分子的運(yùn)動(dòng)決定。磷脂雙分子層具流動(dòng)性。生理溫度下，處于液態(tài)與晶態(tài)間的過渡狀態(tài)

----液晶態(tài)（由磷脂的各種運(yùn)動(dòng)引起）。溫度下降，液晶態(tài)晶態(tài)，溫度上升，晶態(tài)液晶態(tài)，這種膜狀態(tài)的改變稱為相變。引起相變的臨界溫度稱為相變溫度。第31頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四膜脂的運(yùn)動(dòng)溫度高于相變溫度液晶態(tài)的膜脂流動(dòng)，即膜脂分子的運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)方式有以下四種：①翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)②測(cè)向擴(kuò)散③鐘擺運(yùn)動(dòng)④旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)第32頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四膜脂的流動(dòng)性示意第33頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四膜蛋白的運(yùn)動(dòng)

細(xì)胞膜脂的運(yùn)動(dòng)使膜蛋白產(chǎn)生了運(yùn)動(dòng)。

膜蛋白的運(yùn)動(dòng)方式：

①轉(zhuǎn)動(dòng)②側(cè)向擴(kuò)散（在磷脂海洋中漂浮的冰山）證明膜蛋白流動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)：

人鼠細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn).第34頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四人鼠細(xì)胞雜交實(shí)驗(yàn)第35頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四3.細(xì)胞膜的選擇透性選擇透性（半透性）：讓部分物質(zhì)通過。細(xì)胞膜對(duì)不同性質(zhì)物質(zhì)的通透性差異大一般地：脂溶性、分子小、不帶電物質(zhì)易透過。

eg：水分子、磺胺藥，易透過膜第36頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四本章內(nèi)容4.1細(xì)胞膜的化學(xué)組成4.2細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型與特性4.3細(xì)胞表面及其功能4.4細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)第37頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四4.3細(xì)胞膜的功能保護(hù)屏障、物質(zhì)和信號(hào)交換的門戶

物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、信息傳遞、能量轉(zhuǎn)換、細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞免疫、細(xì)胞分裂、細(xì)胞分化、細(xì)胞凋亡…第38頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四4.3.1細(xì)胞膜的概念

功能：支撐保護(hù)、物質(zhì)交換、信息傳導(dǎo)、細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞通信、細(xì)胞連接、

…第39頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四4.3.2物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能

不同物質(zhì)（小分子、大分子）以不同方式轉(zhuǎn)運(yùn)。1.跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)①被動(dòng)運(yùn)輸②主動(dòng)運(yùn)輸(小分子)2.膜泡運(yùn)輸

①胞吞作用

②胞吐作用(大分子)第40頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)概況第41頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四1、跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)（1）被動(dòng)運(yùn)輸：不需耗能，順濃度梯度。（2）主動(dòng)運(yùn)輸：需耗能、膜蛋白，逆濃度梯度。第42頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四（1）被動(dòng)運(yùn)輸簡(jiǎn)單擴(kuò)散（自由擴(kuò)散）------僅要濃度梯度易化擴(kuò)散（幫助擴(kuò)散）------還要載體蛋白通道擴(kuò)散-------------------還要通道蛋白第43頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四小分子穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)圖解第44頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四自由擴(kuò)散（Freediffusion）

又稱簡(jiǎn)單擴(kuò)散（simplediffusion）。它不要膜蛋白的幫助,也不消耗ATP,

僅靠膜的兩側(cè)被轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)保持一定的濃度差。第45頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四易化擴(kuò)散（幫助擴(kuò)散）圖解第46頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四載體蛋白（carrierproteins）*特點(diǎn):

1.具有特異性；

2.參與被動(dòng)運(yùn)輸；

3.參與主動(dòng)運(yùn)輸。第47頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四載體蛋白的工作原理第48頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四通道擴(kuò)散——通道蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)@典型的膜通道：

水通道蛋白（aquaporin）離子通道蛋白（ionchannel）

eg：神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞的離子通道。@離子通道轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)：

1、速度快（百萬每秒，比載體快千倍）；

2、選擇性：Na+K+Ca2+Cl-通道不同；

3、多數(shù)非持續(xù)開放（閘門控制）；

4、被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，無需ATP。第49頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四通道蛋白（Channelproteins）

已發(fā)現(xiàn)通道蛋白50多種，主要是離子通道(ionchannel)。通道蛋白——持續(xù)開放的、非持續(xù)開放（閘門）閘門通道(gatedchannel)：間斷開放通道。第50頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四閘門通道(gatedchannel)

①

電壓閘門通道-----電位差變化時(shí)開放。

（要電壓刺激）②

配體閘門通道-----配體受體結(jié)合時(shí)開放

（要配體刺激）③

離子閘門通道-----離子濃度變化時(shí)開放

（要離子刺激）第51頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四配體閘門通道圖解第52頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四電壓閘門通道示意（動(dòng)畫）第53頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四水通道蛋白（aquaporin，AQP）

——水的分子通道

在哺乳動(dòng)物已發(fā)現(xiàn)有13種水通道蛋白，構(gòu)成水通道蛋白家族。第一個(gè)水通道蛋白AQP1于1988年發(fā)現(xiàn)，是人紅細(xì)胞膜的一種主要蛋白。它可使紅細(xì)胞快速膨脹和收縮以適應(yīng)細(xì)胞間滲透性的變化。AQP1蛋白也存在于其他組織的細(xì)胞中。AQP1能讓水自由通過，不許離子或其他小分子通過。

美國(guó)霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院彼得.阿格雷（PeterAgre）教授因發(fā)現(xiàn)水通道蛋白獲2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?！八ǖ赖鞍着c肺水腫”“水通道蛋白與腦水腫”，“腹瀉大鼠結(jié)腸水通道蛋白4的表達(dá)與分布研究”

第54頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四（2）主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）特點(diǎn)：

消耗ATP、需要載體蛋白、逆濃度梯度類型：1.ATP直接供能的（離子泵）

2.ATP間接供能的（協(xié)同運(yùn)輸）

3.光能驅(qū)動(dòng)的

（光驅(qū)動(dòng)泵）第55頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四主動(dòng)運(yùn)輸?shù)娜N基本類型協(xié)同運(yùn)輸ATP驅(qū)動(dòng)泵光驅(qū)動(dòng)泵方向！第56頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四1.ATP直接供能的主動(dòng)運(yùn)輸鈉鉀泵（Na+-K+泵）---轉(zhuǎn)運(yùn)Na+、K+

鈣泵（

Ca2+

泵）----轉(zhuǎn)運(yùn)Ca2+

氫泵（H+泵）-------轉(zhuǎn)運(yùn)H+泵的本質(zhì)：有ATP酶活性的蛋白。

第57頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四鈉鉀泵（Na+-K+pump）又稱Na+-K+ATPase或Na+/K+交換泵。存在于一切動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜上。由兩個(gè)亞基（α

、β

）構(gòu)成。α亞基——多次跨膜蛋白。具ATP酶活性，有Na+和K+的結(jié)合位點(diǎn)。β亞基——具組織特異性，糖蛋白。第58頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四鈉鉀泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第59頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四鈉鉀泵的工作機(jī)理在細(xì)胞內(nèi)側(cè)α亞基與Na+結(jié)合促進(jìn)ATP水解，α上的一個(gè)天冬氨酸磷酸化引起亞基的構(gòu)象變化，將Na+泵出胞外。同時(shí)，胞外的K+與α亞基的另一位點(diǎn)結(jié)合，使其去磷酸化，α亞基構(gòu)象變回原狀，將K+泵進(jìn)細(xì)胞，完成一個(gè)循環(huán)。第60頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四

鈉鉀泵的工作原理

（每秒運(yùn)轉(zhuǎn)1000次）

第61頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四鈉鉀泵工作原理示意第62頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四

2.ATP間接供能的主動(dòng)運(yùn)輸

——協(xié)同運(yùn)輸

利用離子泵所產(chǎn)生的離子濃度差（勢(shì)能）

同向伴隨運(yùn)輸

（cotransportsymport）反向伴隨運(yùn)輸

（cotransportantiport）第63頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四協(xié)同運(yùn)輸示意圖

單向運(yùn)輸同向伴隨運(yùn)輸反向伴隨運(yùn)輸?shù)?4頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四葡萄糖與鈉離子的同向伴隨運(yùn)輸?shù)?5頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四伴隨運(yùn)輸（共運(yùn)輸）動(dòng)畫第66頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四小腸上皮細(xì)胞吸收腸腔中葡萄糖的過程第67頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四2、膜泡運(yùn)輸（1）特點(diǎn)：

①膜的變形與斷裂②消耗能量③轉(zhuǎn)運(yùn)大分子

④主動(dòng)運(yùn)輸?shù)?8頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四①胞吞作用：

吞飲作用------------對(duì)液體or小顆粒吞噬作用------------對(duì)較大顆粒受體介導(dǎo)入胞作用----

特異吞噬or吞飲,需膜受體。②胞吐作用：

細(xì)胞分泌、廢渣的排除。（2）分類第69頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四第70頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四胞吐作用第71頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四受體介導(dǎo)的胞吞過程第72頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四LDL（膽固醇）顆粒的結(jié)構(gòu)第73頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四膽固醇入胞示意圖第74頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四4.3.3細(xì)胞表面受體與細(xì)胞通訊1、細(xì)胞表面受體與細(xì)胞識(shí)別

2、細(xì)胞通訊的機(jī)制第75頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四

細(xì)胞通訊與信號(hào)傳遞示意圖第76頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四1、細(xì)胞表面受體與細(xì)胞識(shí)別（1）細(xì)胞表面受體（cellsurfacereceptor)=膜受體。

——細(xì)胞表面能結(jié)合配體產(chǎn)生生物效應(yīng)的膜蛋白分子。多為糖蛋白，種類多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。（2）細(xì)胞識(shí)別（cellrecognition）

——通過膜受體對(duì)其他細(xì)胞及各種化學(xué)信號(hào)分子的認(rèn)識(shí)和鑒別。

第77頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四細(xì)胞表面受體舉例第78頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四

細(xì)胞表面受體分三類①離子通道偶聯(lián)受體（ion-channel-linkedreceptor）②G蛋白偶聯(lián)受體（G-protein-linkedreceptor）；③酶偶聯(lián)受體（enzyme-linkedreceptor）

第一類主要存在于神經(jīng)、肌肉等可興奮細(xì)胞；后兩種存在于幾乎所有類型的細(xì)胞。第79頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四第80頁，共90頁，2023年，2月20日，星期四2、跨膜信息傳遞的機(jī)理（1）環(huán)腺苷酸信號(hào)通路—cAMP信號(hào)體系受體-----激活型激素受體（Rs）或抑制型激素受體（Ri）；

調(diào)節(jié)蛋白----G蛋白------活化型調(diào)節(jié)蛋白（Gs）或抑制型調(diào)節(jié)蛋白（Gi）；腺苷酸環(huán)化酶（AC）------使ATP成cAMP第81頁，共90頁，2023年