生物競賽輔導(dǎo)-細(xì)胞生物學(xué)第四章-細(xì)胞質(zhì)膜及其表面課件

生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）中學(xué)生生物學(xué)奧林匹克競賽細(xì)胞生物學(xué)1第四章細(xì)胞質(zhì)膜及其表面2019.2生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）本章內(nèi)容提要2第一節(jié)質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型與基本成分一、生物膜的結(jié)構(gòu)模型二、膜脂三、膜蛋白第二節(jié)生物膜基本特征與功能一、流動性二、不對稱性三、細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能第三節(jié)膜骨架一、膜骨架二、紅細(xì)胞的生物學(xué)特性三、紅細(xì)胞質(zhì)膜膜蛋白及膜骨架生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）細(xì)胞質(zhì)膜（plasma

membrane）又稱細(xì)胞膜。細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)：形成各種細(xì)胞器的膜。生物膜（biomembrane）：質(zhì)膜和內(nèi)膜的總稱。3生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）第一節(jié) 質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型與基本成分4一、質(zhì)膜結(jié)構(gòu)的研究歷史細(xì)胞有沒有細(xì)胞膜？細(xì)胞膜的成分？細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型？生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）1.

E.Overton1895推測細(xì)胞膜由連續(xù)的脂類物質(zhì)組成。5生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）62.E.Gorter

等1925推測細(xì)胞膜由雙層脂分子組成。他們有機(jī)溶劑抽提紅細(xì)胞質(zhì)膜的膜質(zhì)成分，測定了其水面的鋪展面積，發(fā)現(xiàn)是紅細(xì)胞表面積的二倍。生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）3

、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，提出三明治模型（蛋白質(zhì)-脂類-蛋白質(zhì)）。7生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）4

、

JD.

Robertson

1957

根據(jù)電鏡觀察提出單位膜模型。暗－明－暗三條帶。厚約7.5nm。8生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）5、Singer

和Nicolson

1972

根據(jù)免疫熒光、冰凍蝕刻的研究結(jié)果，提出了“流動鑲嵌模型”。Fluid-mosaicmodel9生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）6.脂筏模型（lipid

raft

model）10是富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域。就像一個蛋白質(zhì)停泊的平臺，與膜的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、跨膜運(yùn)輸?shù)染忻芮械年P(guān)系。生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）目前對生物膜結(jié)構(gòu)認(rèn)識的歸納11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。細(xì)胞膜由流動的脂雙層和嵌在其中的蛋白質(zhì)組成生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）質(zhì)膜的化學(xué)組成12主要由膜脂和膜蛋白組成，另外還有少量糖，以糖脂和糖蛋白存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）一、膜脂13膜脂主要包括磷脂、鞘脂和固醇三類。1、磷脂約占膜脂的50％以上。主要特征：一個極性頭、兩個非極性尾（脂肪酸鏈）。脂肪酸碳鏈為偶數(shù)，16，18或20個碳原子。常含有不飽和脂肪酸（如油酸）。生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）1）甘油磷脂14以甘油為骨架，主要有：①磷脂酰膽堿phosphatidylcholine，PC（卵磷脂）②磷脂酰絲氨酸phosphatidylserine，PS③磷脂酰乙醇胺phosphatidylethanolamine，PE（腦磷脂）④磷脂酰肌醇phosphatidylinositol，PI⑤雙磷脂酰甘油Diphosphatidylglycerol,DPG（心磷脂）生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）Phospholipids

in

Plasma

Membrane15生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）Diphosphatidylglycerol(心磷脂)16生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）2）鞘磷脂鞘磷脂（sphingomyelin，SM）以鞘胺醇（sphingosine）為骨架。腦和神經(jīng)細(xì)胞膜中特別豐富，原核和植物細(xì)胞膜中不含。17生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）3）膽固醇18存在真核細(xì)胞膜上，含量約膜脂的1/3，植物細(xì)胞膜中含量較少。功能是提高膜的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)流動性，降低水溶性物質(zhì)的通透性。生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）194）糖脂約占5％以下，神經(jīng)細(xì)胞膜含量高，約占5-10％。兩性分子，含糖而不含磷酸，由一個或多個糖殘基與鞘氨醇的羥基結(jié)合。糖脂結(jié)構(gòu)變化復(fù)雜，神經(jīng)節(jié)苷脂是神經(jīng)元之膜中的特征性成分。生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）Glycolipids20生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）神經(jīng)節(jié)苷脂21生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）222、膜脂的運(yùn)動方式①側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動；②旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；③擺動運(yùn)動;④伸縮震蕩運(yùn)動；⑤翻轉(zhuǎn)運(yùn)動；⑥旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）脂質(zhì)體（liposome）23是一種人工膜，在水中攪動后形成雙層或單層脂分子球體，直徑25~1000nm。人工脂質(zhì)體可用于：轉(zhuǎn)基因制備的藥物研究生物膜的特性生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）24生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）二、膜蛋白25根據(jù)與脂分子的結(jié)合方式分為：整合蛋白（integral

protein）外周蛋白（peripheral

protein）脂錨定蛋白（lipid-anchored

protein）。生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）整合蛋白為跨膜蛋白（transmembraneproteins），兩性分子?？缒そY(jié)構(gòu)域為1至多個疏水的α螺旋。與膜的結(jié)合緊密，只有用去垢劑才能從膜上洗滌下來。26生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）外周蛋白靠離子鍵或其它較弱的鍵與膜表面蛋白或脂分子結(jié)合，改變?nèi)芤旱碾x子強(qiáng)度、提高溫度就可以從膜上分離下來。27生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）脂錨定蛋白分為三類：1）脂肪酸結(jié)合到膜蛋白N端的甘氨酸殘疾上。2）脂錨定蛋白與插入質(zhì)膜內(nèi)通過半胱氨酸殘基與小葉的長碳烴鏈鏈結(jié)合。3）糖磷脂酰肌醇(GPI)連接的蛋白位于細(xì)胞膜的外小葉，用磷脂酶C處理細(xì)胞，能釋放出結(jié)合蛋白。許多細(xì)胞表面的受體、酶、細(xì)胞粘附分子和PrPC都是這類蛋白。28生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）①,②

integral

protein；③,④

lipid-anchored

protein；⑤,⑥

peripheral

protein29生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式1、跨膜結(jié)構(gòu)域(1)

單次跨膜—α螺旋

，20個左右的氨基酸殘基30生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）（2）跨膜親水通道—多個α螺旋31生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）（3）跨膜親水通道—多個β折疊片32生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）β折疊桶33生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）2、跨膜結(jié)構(gòu)域兩端攜帶的氨基酸殘基與磷脂分子極性頭部的相互作用3、膜蛋白通過半胱氨酸上共價結(jié)合的脂肪酸分子插入到脂雙層之間344、少數(shù)蛋白與糖脂共價結(jié)合生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）（三）去垢劑（detergent）—兩性小分子離子型去垢劑

SDS非離子型去垢劑Triton

X-10035生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）去垢劑溶解膜蛋白36生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）第二節(jié)生物膜基本特征與功能（一）質(zhì)膜的流動性膜脂和蛋白質(zhì)的分子運(yùn)動組成。1、膜脂分子的運(yùn)動①側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動；②旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；③擺動運(yùn)動④伸縮震蕩運(yùn)動；⑤翻轉(zhuǎn)運(yùn)動；⑥旋轉(zhuǎn)異構(gòu)化運(yùn)動。37生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）影響膜脂流動性的因素:38膽固醇：膽固醇分子短而具有剛性,含量增加會降低膜的流 動性。脂肪酸鏈的飽和度：不飽和脂肪酸鏈在雙鍵處產(chǎn)生紐結(jié)， 使尾部難聚集,膜流動性增加脂肪酸鏈的鏈長：短鏈減少了烴尾相互作用的機(jī)會,增加膜 的流動性

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(qiáng)度等。生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）（二）膜蛋白的流動性1、熒光抗體免疫標(biāo)記實驗（細(xì)胞融合技術(shù)

）39生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）2、成斑現(xiàn)象或成帽現(xiàn)象40生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）3、熒光漂白恢復(fù)技術(shù)41生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）4、膜蛋白流動性的限制因素細(xì)胞骨架的影響細(xì)胞之間的連接42生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）膜流動性的生理意義43當(dāng)膜的流動性低于一定的閾值時，許多酶的活動和跨膜運(yùn)輸將停止，反之如果流動性過高，又會造成膜的溶解。生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）二、質(zhì)膜的不對稱性

——質(zhì)膜內(nèi)外兩層的組分和功能有明顯的差異（一）、質(zhì)膜各部分的名稱細(xì)胞外細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)44樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，各斷面命名為：ES

細(xì)胞外表面；EF

細(xì)胞外小頁斷裂面；PS

原生質(zhì)表面；PF

原生質(zhì)小頁斷面。生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）（二）、膜脂的不對稱性——同一種膜脂分子在雙層中不均勻分布45生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）（三）、膜蛋白的不對稱性

——每種膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的方向性和分布的區(qū)域性46生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）復(fù)合糖的不對稱性：糖脂和糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面。47生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）三、細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能48生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）三、細(xì)胞膜的功能49保護(hù)；運(yùn)輸；通信；提供酶結(jié)合位點(diǎn)；介導(dǎo)細(xì)胞連接；形成細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu)。生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）第三節(jié) 膜骨架50質(zhì)膜下纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；位于質(zhì)膜下約0.2μm厚的溶膠層。主要作用：維持質(zhì)膜的形態(tài)。模式材料：生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）二、紅細(xì)胞的的生物學(xué)特性:51電子顯微鏡下的紅細(xì)胞生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）血影（ghost）:

紅細(xì)胞，經(jīng)低滲處理破裂釋放出內(nèi)容物，留下一個保持原形的空殼，稱為血影。52紅細(xì)胞血影及封閉、未封閉小泡的形成生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）人紅細(xì)胞膜蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分部53生物競賽—細(xì)胞生物學(xué)—四川（2019.2）經(jīng)SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，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。帶三蛋白：陰離子載體，通過交換Cl－，使HCO

3

－進(jìn)入紅細(xì)胞。為二聚體，每個