醫(yī)學細胞生物學細胞膜-PPT幻燈片

第五章

細胞膜的分子結(jié)構(gòu)與特性

1）作為屏障，使細胞具有相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境。2）高度選擇性的半透膜，能進行主動運輸。3）接受外界信號的傳感器，使細胞能對環(huán)境變化產(chǎn)生適當?shù)姆磻?。細胞膜?/p>

是包圍在細胞質(zhì)外面的一層生物膜，又稱質(zhì)膜(plasmamembrane)。是細胞膜外表面覆蓋的一層多糖物質(zhì)，由構(gòu)成細胞膜的糖蛋白、糖脂等的糖鏈向外伸展交織而成，又稱糖萼(glycocalyx)，屬于質(zhì)膜的一部分。細胞外被(cellcoat)：第一節(jié)細胞膜的化學組成一、細胞膜的化學組成膜脂膜蛋白膜糖其它細胞膜的主要化學成分是脂類、蛋白質(zhì)及糖類，各類型膜的組成成分比例各不相同。（一）膜脂

磷脂1）脂類約占細胞膜總量50%，膜脂主要包括膽固醇

糖脂脂分子結(jié)構(gòu)1.磷脂(Phospholipid)：

磷酸甘油酯

（Glycerolphospholipids）：一個甘油骨架、兩條脂肪酸鏈和一個磷酸化醇分子。磷脂酰膽堿（卵磷脂）（Phosphatidylethanolamine，PC）磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）（Phosphatidylcholine，PE）磷脂酰絲氨酸（Phosphatidylserine，PS）磷脂酰肌醇（Phosphatidylinositol，PI）鞘磷脂（Sphingomyelin，SM）：神經(jīng)酰氨骨架、一個磷脂酰膽堿。2.膽固醇(Cholesterol)：

四個聯(lián)合在一起的剛性甾環(huán)結(jié)構(gòu)，膽固醇分子包括三部分:極性的頭部：羥基非極性的類固醇環(huán)結(jié)構(gòu)一個非極性的碳氫尾部。占膜脂的50%**存在于真核動物細胞**膽固醇功能：極性頭部緊靠磷脂分子的極性頭部對磷脂的脂肪酸尾部的運動具有干擾作用，所以膽固醇對調(diào)節(jié)膜的流動性、加強膜的穩(wěn)定性有重要作用。影響膜穩(wěn)定性。3.糖脂（Glycolipid）：

含有一個（如半乳糖腦苷脂）或多個糖基的脂類（神經(jīng)節(jié)苷脂）。2）膜脂都是兼性分子，含有親水性（hydrophilic）頭部和疏水性（hydrophobic）尾部兩部分。例如：■磷脂分子的親水端是磷酸基團，稱為頭部；■磷脂分子的疏水端是兩條長短不一的烴鏈,稱為尾部,一般含有14～24個偶數(shù)碳原子；■其中一烴鏈常含有一個或數(shù)個雙鍵,雙鍵的存在造成這條不飽和鏈有一定角度的扭轉(zhuǎn)。親水頭部朝向膜的兩表面，疏水尾部彼此相對并朝向膜的中央，在水溶液中會自動形成雙分子層結(jié)構(gòu)，避免疏水的尾部與水接觸，疏水基團間的相互作用是形成脂類分子雙層（lipidbilayer）的主要力量。。脂質(zhì)體人工制備的連續(xù)脂雙層的球形脂質(zhì)小囊；作為生物膜的研究模型；作為生物大分子(如DNA分子)和藥物的載體

因此脂質(zhì)體不僅是研究膜脂與膜蛋白及其生物學性質(zhì)的極好材料，同時在基因轉(zhuǎn)移藥物治療方面有著誘人的應用前景。

((a)水溶液中的磷脂分子團；(b)球形脂質(zhì)體；(c)平面脂質(zhì)體膜；d)用于疾病治療的脂質(zhì)體的示意圖脂質(zhì)體的幾種形式(二)膜蛋白(Membraneprotein)構(gòu)建生物膜的蛋白質(zhì)，它約占細胞總蛋白量的25%。行使膜的各種功能。運輸?shù)鞍啄さ鞍酌高B接蛋白受體蛋白細胞接受外界信號“配體(Ligand)

”的特殊裝置，也稱細胞表面受體（Cellsurfacereceptor）或膜受體。（1）含量少，多為糖脂、糖蛋白復合物。（2）受體配體結(jié)合具有專一性、高親和性、可飽和性等。細胞膜受體(Membranereceptor)：分類：

膜內(nèi)在蛋白（Integralprotein）

膜周邊蛋白（Peripheralprotein）一、膜內(nèi)在蛋白（integralprotein）也稱整合蛋白，多為跨膜蛋白，有的共價結(jié)合于脂分子，占膜蛋白70%～80%，多是兼性分子?？缒さ鞍祝?/p>

疏水部分穿越脂雙層的疏水區(qū)，而親水的極性部分位于膜的內(nèi)外兩側(cè)。

鑲嵌蛋白：疏水部分插入細胞膜內(nèi)，直接與脂雙層的疏水區(qū)域相互作用，親水部分露于膜的外面或內(nèi)面。膜內(nèi)在蛋白與脂類結(jié)合方式：1）單次穿膜：以單條

-螺旋穿越膜脂質(zhì)雙層2）多次穿膜：以數(shù)條

-螺旋幾次往返穿越脂質(zhì)雙層3）非穿越性共價結(jié)合：與胞質(zhì)側(cè)單層脂質(zhì)烴鏈共價結(jié)合4）肽鏈與磷脂酰肌醇結(jié)合：糖蛋白C端通過一個寡糖鏈與膜的非胞質(zhì)面脂質(zhì)單層中的磷脂酰肌醇共價結(jié)合。2）膜外在蛋白（Peripheralprotein）又稱膜周邊蛋白，附著在膜的內(nèi)外表面，與膜蛋白、膜脂非共價地結(jié)合，一般約占膜蛋白的20%～30%。結(jié)合松散，多數(shù)溶解于水，分離提取比較容易。（三）膜糖類糖類約占膜總重量的2%～10%。由各種己糖聚合成低聚糖糖鏈與膜蛋白或膜脂結(jié)合。復雜的糖基的結(jié)合方式，是細胞之間相互識別的分子基礎。膜糖類膜糖的位置：細胞質(zhì)膜上所有膜糖都位于質(zhì)膜的外表面，內(nèi)膜系統(tǒng)中的膜糖則位于內(nèi)表面。膜糖的種類：動物細胞質(zhì)膜上主要有7種D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、L-巖藻糖、N-乙酰-D-半乳糖胺、N-乙酰葡萄糖胺、唾液酸膜糖的存在方式：通過共價鍵同膜脂或膜蛋白相連，即以糖脂或糖蛋白的形式存在于細胞質(zhì)膜上。真核生物細胞膜上的蛋白質(zhì)幾乎都是糖蛋白。糖蛋白主要存在于細胞質(zhì)膜上，內(nèi)膜中糖蛋白極少。主要是兩種連接方式：O－連接、N－連接糖蛋白(Glycoproteins)：結(jié)合糖鏈的膜蛋白，一個糖蛋白分子可有許多低聚糖側(cè)鏈。糖脂(Glycolipids)：結(jié)合糖殘基或糖鏈的脂類，每個膜糖脂分子只帶一個糖基或低聚糖側(cè)鏈。膜糖的功能提高膜的穩(wěn)定性，增強膜蛋白對細胞外基質(zhì)中蛋白酶的抗性，幫助膜蛋白進行正確的折疊維持正確的三維構(gòu)型；參與細胞的信號識別、細胞的粘著；糖蛋白中的糖基還幫助新合成蛋白質(zhì)進行正確的運輸和定位；ABO血型決定子(determinant)，即ABO血型抗原，它是一種糖脂，其寡糖部分具有決定抗原特異性的作用。A血型的人紅細胞膜脂寡糖鏈的末端是N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)，B血型的人紅細胞膜脂寡糖鏈的末端是半乳糖(Gal)，O型則沒有這兩種糖基，AB型的人則在末端同時具有這兩種糖。第二節(jié)細胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型一、片層結(jié)構(gòu)模型二、單位膜模型三、流動鑲嵌模型四、脂筏模型流動鑲嵌模型

(fluidmosaicmodel)：脂雙分子層構(gòu)成生物膜的連續(xù)主體，既具有固體分子排列的有序性，又具有液體的流動性，呈液晶態(tài)；球形蛋白質(zhì)分子以各種形式與脂雙分子層相結(jié)合。脂筏模型(lipidraftsmodel)即在生物膜上膽固醇富集而形成有序脂相,如同脂筏一樣載著各種蛋白.脂筏是質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域。大小約70nm左右，是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)，1.膜蛋白的不對稱性分布：膜蛋白在細胞膜中有特定的位置，在脂雙層中的兩個剖面分布是不對稱的。第三節(jié)膜的特性一、膜的不對稱性1.膜脂分布的不對稱性：脂雙層的內(nèi)外兩層的脂類分子的種類有差異。

外層:鞘磷脂

磷脂酰膽堿脂雙層

內(nèi)層:磷脂酰絲氨酸

磷脂酰乙醇胺3.糖鏈的不對稱性分布：糖蛋白或糖脂的寡糖側(cè)鏈只分布在細胞膜外側(cè)表面。磷脂酰絲氨酸外翻分析

（AnnexinV法）Annexin-V是一種分子量為35~36KD的Ca2+依賴性磷脂結(jié)合蛋白，能與PS高親和力特異性結(jié)合。將Annexin-V進行熒光素（FITC、PE）或biotin標記，以標記了的Annexin-V作為熒光探針，ImagingapoptoticresponseinvivoVasilisNtziachristos,etal.VisualizationofantitumortreatmentbymeansoffluorescencemoleculartomographywithanannexinV–Cy5.5conjugate,PNAS,2004,101(33):12294–12299.

二膜的流動性1.膜脂的流動性：①異構(gòu)運動：膜脂分子的烴鏈的C-C鍵旋轉(zhuǎn)引起的異構(gòu)運動。②彎曲運動(Flexion)：膜脂分子的烴鏈可作彎曲運動。③旋轉(zhuǎn)運動(Rotation)：膜脂分子繞著膜平面垂直縱軸快速旋轉(zhuǎn)運動。④側(cè)向擴散(Lateraldiffusion)：同分子層內(nèi)的脂類分子交換位置。⑤翻轉(zhuǎn)運動(Flip-flop)：膜脂分子在脂雙層之間轉(zhuǎn)移（需由專一的酶幫助）。磷脂分子在膜脂雙分子層中的運動方式2.膜蛋白在膜內(nèi)的運動：膜蛋白在膜脂中可進行側(cè)向運動旋轉(zhuǎn)運動膜蛋白流動性的研究方法光脫色熒光恢復技術

(fluorescencerecoveryafterphotobleachingFRAP)這種方法不僅能夠證明膜的流動性，同時也能測量膜蛋白擴散的速率。3.影響膜流動性的因素1）脂肪酸鏈的長度和不飽和程度2）膽固醇與磷脂的比值3）卵磷脂與鞘磷脂的比值4）膜蛋白的影響2）位于磷脂分子之間的膽固醇（填補不飽和烴鏈造成的縫隙，穩(wěn)定膜結(jié)構(gòu)）。影響脂類流動性因素：

1）烴鏈的長度及飽