細(xì)胞生物學(xué)知識點

細(xì)胞生物學(xué)知識點

緒論

一、細(xì)胞生物學(xué)研究的內(nèi)容和現(xiàn)狀

1、細(xì)胞生物學(xué)是現(xiàn)代生命科學(xué)的重要基礎(chǔ)學(xué)科

什么是細(xì)胞生物學(xué)？

細(xì)胞生物學(xué)是研究細(xì)胞基本生命活動規(guī)律的科學(xué)，它是在不同層次（顯微、亞顯微與分子水平）上以研

究細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能、細(xì)胞增殖、分化、衰老與凋亡、細(xì)胞信號傳遞、真核細(xì)胞基因表達(dá)與調(diào)控、細(xì)胞起源與

進(jìn)化等為主要內(nèi)容。核心問題是將遺傳與發(fā)育在細(xì)胞水平上結(jié)合起來。

二、細(xì)胞生物學(xué)的主要研究內(nèi)容

1、細(xì)胞核、染色體以及基因表達(dá)的研究

2、生物膜與細(xì)胞器的研究

3、細(xì)胞骨架體系的研究

4、細(xì)胞增殖及其調(diào)控

5、細(xì)胞分化及其調(diào)控

6、細(xì)胞的衰老與凋亡

7、細(xì)胞的起源與進(jìn)化

8、細(xì)胞工程

三、細(xì)胞生物學(xué)的發(fā)展趨勢

從分子水平T細(xì)胞水平，相互滲透交融

從細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能研究為主T細(xì)胞重大生命活動為主

分析T綜合

功能基因組學(xué)研究是細(xì)胞生物學(xué)研究的基礎(chǔ)與歸宿

（應(yīng)用）由基因治療T細(xì)胞治療

四、當(dāng)前細(xì)胞生物學(xué)研究的重點領(lǐng)域

染色體DNA與蛋白質(zhì)相互作用關(guān)系

細(xì)胞增殖、分化、衰老及凋亡的調(diào)控及其相互關(guān)系

細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

五、最近幾年諾貝爾獎與細(xì)胞生物學(xué)（2000—2010）

2000：神經(jīng)系統(tǒng)中的信號傳遞

2001：控制細(xì)胞周期的關(guān)鍵物質(zhì)

2002：細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)機制

2003：細(xì)胞膜水通道及離子通道結(jié)構(gòu)和機理

2004：泛素調(diào)節(jié)的蛋白質(zhì)降解系統(tǒng)

2005：幽門螺旋桿菌

2006：RNAi

2007：基因敲除小鼠

2008：綠色熒光蛋白

2009：端粒和端粒酶保護染色體的機理

2010：試管受精技術(shù)

2001年，美國人LelandHartwell、英國人PaulNurse、TimothyHunt因?qū)?xì)胞周期調(diào)控機理的研

究而獲諾貝爾生理醫(yī)學(xué)獎.

2002年，英國人悉尼?布雷諾爾、美國人羅伯特?霍維茨和英國人約翰?蘇爾斯頓，因在器官發(fā)育的遺

傳調(diào)控和細(xì)胞程序性死亡方面的研究獲諾貝爾諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎。

2003年，美國科學(xué)家彼得?阿格雷和羅德里克?麥金農(nóng)，分別因?qū)?xì)胞膜水通道，離子通道結(jié)構(gòu)和機

理研究而獲諾貝爾化學(xué)獎。

2004年，美國人RichardAxel和LindaB.Buck獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎，他們發(fā)現(xiàn)氣味受體和嗅覺

系統(tǒng)的組成。

2005年BarryJ.MarshalI和J。RobinWarren獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎，他們發(fā)現(xiàn)幽門螺桿菌及其

在胃炎和胃潰瘍方面的作用。

2006年美國人AndrewZ.Fire和CraigC.MelI。因?qū)NA干擾的研究而獲諾貝爾生理與醫(yī)學(xué)獎。

2009年美國人ElizabethBlackburn、CaroIGreider、JackSzostak獲諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎，他們

發(fā)現(xiàn)了端粒和端粒酶保護染色體的機理。

201。年度諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎在瑞典首都斯德哥爾摩揭曉.被譽為“試管嬰兒之父”的英國科學(xué)

家羅伯特?愛德華茲(RobertG.Edwards),因“在試管受精技術(shù)方面的發(fā)展”而被授予該獎項.

第二節(jié)細(xì)胞學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)發(fā)展簡史

細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

細(xì)胞學(xué)說的建立其意義

細(xì)胞生物學(xué)的研究內(nèi)容分三個層次：

1)顯微水平，光學(xué)顯微鏡下可見的結(jié)構(gòu).

2)超微水平，電子顯微鏡下可見的結(jié)構(gòu)。

3)分子水平，細(xì)胞結(jié)構(gòu)的分子組成，及其在生命活動中的作用.

細(xì)胞生物學(xué)經(jīng)歷了四個主要發(fā)展階段：

1)1665—1830s,細(xì)胞發(fā)現(xiàn)，顯微生物學(xué)。

2)1830s-1930s,細(xì)胞學(xué)說,Cytology誕生

3)1930s—1970s,電鏡技術(shù)應(yīng)用，Cytology發(fā)展為細(xì)胞生物學(xué).

4)1970s以來，分子細(xì)胞生物學(xué)時代.

一、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)

顯微鏡之于生物學(xué)，猶如望遠(yuǎn)鏡之于天文學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)的變革無不和顯微技術(shù)的改進(jìn)息息相關(guān)。

1590年J.和Z。Janssen父子制作第一臺復(fù)式顯微鏡，放大倍數(shù)不超過10倍。

1665年英國人RobertHooke出版《顯微圖譜》.觀察了軟木，并首次用celIs來描述“細(xì)胞”

1680年荷蘭學(xué)者A.vanLeuwenhoek當(dāng)選為英國皇家學(xué)會會員。他觀察過植物、原生動物、水、鞋魚的

紅細(xì)胞、牙垢中的細(xì)菌、唾液、血液、精液等等。

1830s消色差顯微鏡出現(xiàn)，人們才對細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能有了新的認(rèn)識.

1831年R。Brown在蘭科植物表皮細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核。

1836年GG.Valentin在動物神經(jīng)細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞核與核仁。這些工作對于細(xì)胞學(xué)說的誕生具有重要意

義。

二、細(xì)胞學(xué)說的建立及其意義

1838年Schleiden發(fā)表“植物發(fā)生論“，認(rèn)為無論怎樣復(fù)雜的植物都由細(xì)胞構(gòu)成。但他以free—celI

formation理論來解釋細(xì)胞形成.

Schwann提出了“細(xì)胞學(xué)說”(CelITheory);1939年發(fā)表了“關(guān)于動植物結(jié)構(gòu)和生長一致性的顯微研

究”。

Schwann提出：

有機體是由細(xì)胞構(gòu)成的；細(xì)胞是構(gòu)成有機體的基本單位。但他也采用了的Schleiden細(xì)胞形成理論.

1855德國人R。Virchow提出“一切細(xì)胞來源于細(xì)胞"(omnisceIIuIaeceIIuIa)的著名論斷；進(jìn)一

步完善了細(xì)胞學(xué)說。

細(xì)胞學(xué)說是19世紀(jì)的重大發(fā)現(xiàn)之一，其基本內(nèi)容有三條：

1o認(rèn)為細(xì)胞是有機體，一切動植物都是由細(xì)胞發(fā)育而來，并由細(xì)胞和細(xì)胞產(chǎn)物所構(gòu)成；

2o每個細(xì)胞作為一個相對獨立的單位，既有它“自己的"生命，又對與其它細(xì)胞共同組成的整體的生命

有所助益；

3.新的細(xì)胞可以通過老的細(xì)胞繁殖產(chǎn)生。

三、細(xì)胞學(xué)發(fā)展的經(jīng)典時期

19世紀(jì)30年代至20世紀(jì)初，細(xì)胞學(xué)得到了蓬勃的發(fā)展。其研究方法主要是顯微鏡下細(xì)胞形態(tài)的描述。

研究的主要特點是應(yīng)用生物固定和染色技術(shù)，在光學(xué)顯微鏡下觀察細(xì)胞的形態(tài)和細(xì)胞的分裂活動.

原生質(zhì)理論的提出、細(xì)胞分裂活動的研究以及重要細(xì)胞器的發(fā)現(xiàn)等，構(gòu)成了細(xì)胞學(xué)發(fā)展的經(jīng)典時期。

四、實驗細(xì)胞學(xué)與細(xì)胞學(xué)的分支及其發(fā)展

從20世紀(jì)初到中葉，為實驗細(xì)胞學(xué)的發(fā)展時期。這一時期細(xì)胞學(xué)研究的特點是由對細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)的觀

察，深入到對其生理功能、生物化學(xué)、遺傳發(fā)育機理的研究。

1932年德國人E.Ruska和M。KnolI發(fā)明透射電鏡，人類視野進(jìn)入超微領(lǐng)域。

1939年Siemens公司生產(chǎn)商品電鏡.

1940—50s用電鏡觀察了各類細(xì)胞超微結(jié)構(gòu)。并結(jié)合超速離心、電泳、無細(xì)胞體系等分析技術(shù)研究這些

結(jié)構(gòu)的功能。CytoIogy發(fā)展為CelIBiology.

五、細(xì)胞生物學(xué)學(xué)科的形成和發(fā)展

從20世紀(jì)60年代起，細(xì)胞學(xué)發(fā)展成為細(xì)胞生物學(xué)。細(xì)胞生物學(xué)是隨著分子生物學(xué)的發(fā)展而興起的.

1869年瑞士人F.Miescher從膿細(xì)胞中分離出核酸，但未引起重視。

1941年BeatIe和Tatum提出了“一個基因一個酶”的理論.

1944年0.Avery等通過細(xì)菌轉(zhuǎn)化試驗，1952年M.Chase等通過噬菌體標(biāo)記感染實驗肯定了核酸與遺

傳的關(guān)系。

1952年RE.Franklin拍攝到清晰的DNA晶體的X—衍射照片。1953年她認(rèn)為DNA是一種對稱結(jié)構(gòu)，可能

是螺旋。

1953年，JD.Watson和FHC.Crick提出DNA雙螺旋模型。與WiIkins分享1962年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)

學(xué)獎。

1958年Crick提出分子遺傳的“中心法則

19617964年Nirenberg等破譯遺傳密碼。

1972年DA。Jackson,RH.Symons和P。Berg創(chuàng)建DNA體外重組。

1973年SN.Cohen和HW。Boyer將外源基因拼接在質(zhì)粒中，并在大腸桿菌中表達(dá).

一系列技術(shù)和理論的提出，使細(xì)胞生物學(xué)與分子生物學(xué)的結(jié)合越來越緊密。

20世紀(jì)80年代以來，細(xì)胞生物學(xué)的主要發(fā)展方向是細(xì)胞的分子生物學(xué)，即在分子水平上探索細(xì)胞的基

本生命規(guī)律，把細(xì)胞看成是物質(zhì)、能量、信息過程的結(jié)合，并在分子水平上深入探索其生命活動的規(guī)律，深

刻性與綜合性是細(xì)胞生物學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的特點。

1983年，KBoMuiIis發(fā)明PCR儀，于1993年獲諾貝爾化學(xué)獎。

1990年，美國國會正式批準(zhǔn)的”人類基因組計劃”(HumanGenomeProject)o

我國于1993年加入該計劃，承擔(dān)其中1%的任務(wù)，即人類3號染色體短臂上約30Mb的測序任務(wù)。

2000年6月27日科學(xué)家公布完成人類基因組草圖。

2001年2月12日聯(lián)合公布人類基因組圖譜及分析結(jié)果。初步分析表明，人類基因組由31。647108bp

組成，共有3萬?4萬個基因。

同年，美國國立衛(wèi)生研究院給一名患有先天性重度聯(lián)合免疫缺陷病的4歲女孩實施了首例基因治療。

這種疾病因腺首脫氨酶(ADA)基因變異引起。

1996年7月5日，世界上第一只克隆羊“多利”在英國蘇格蘭盧斯林研究所的試驗基地誕生。

目前細(xì)胞生物學(xué)研究的基本特點和趨勢可歸納如下：

細(xì)胞結(jié)構(gòu)功能細(xì)胞生命活動.

細(xì)胞中單一基因與蛋白基因組與蛋白質(zhì)組及其在細(xì)胞生命活動中的協(xié)同作用。

細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑信號調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。

體外研究體內(nèi)研究.

靜態(tài)已經(jīng)活細(xì)胞的動態(tài)研究。

研究為主計算生物學(xué)更多地介入并與之結(jié)合。

細(xì)胞生物學(xué)與生物學(xué)其他學(xué)科的滲透與數(shù)、理、化及納米科學(xué)等多學(xué)科的交叉。

總的特點是從靜態(tài)的分析到活細(xì)胞的動態(tài)綜合,這在很大程度也反映了生命科學(xué)研究的趨勢。

第二章細(xì)胞的統(tǒng)一性與多樣性

第一節(jié)細(xì)胞的基本概念

一、細(xì)胞是生命活動的基本單位

二、細(xì)胞的基本共性

一、細(xì)胞是生命活動的基本單位

1、一切有機體都由細(xì)胞構(gòu)成，細(xì)胞是構(gòu)成有機體的基本單位。

2、細(xì)胞具有獨立的、有序的自控代謝體系，細(xì)胞是代謝與功能的基本單位

3、細(xì)胞是有機體生長與發(fā)育的基礎(chǔ)

￡細(xì)胞是遺傳的基本單位。細(xì)胞具有遺傳的全能性

5、沒漕情就沒有完整的生命_________原核細(xì)胞真核細(xì)胞

6o細(xì)胭廄愚的信遢薪思考少多

（1）細(xì)胭）楚多喔^E線性的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體系12個以上

細(xì)胞具加篇觸獸腥和組織性環(huán)狀線狀

In2n,多n

（2）細(xì)月端粒（結(jié)構(gòu)）、能量與信息過程精巧結(jié)盾率綜合體

大于幾萬，十萬

1、細(xì)胞^辰嬤R復(fù)”十

2、窗跑需?要福利用能量；

3、細(xì)月簪卻夷避的嘯活動；十

4、細(xì)胞處耨璃悟朝后不與或與少量類組蛋白結(jié)與5種組蛋白結(jié)合

（3）細(xì)感管高覆邕等島軟翼省普組裝器力與自組織體系。十

T魏標(biāo)叫雌色質(zhì)

十

2、零褊!3賃篇扃筋聶周期性

復(fù)雜性，多層次性

二、細(xì)胞勺調(diào)控主要以操縱子方式核內(nèi)轉(zhuǎn)錄，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)翻

1o所:森的蛔&都南招金施蔡學(xué)組成轉(zhuǎn)錄與翻譯同時同地譯

2?脂-蛋白體系的生物膜進(jìn)行嚴(yán)格的階段性與區(qū)域

醉舜胸毓膻爛詞有衡璘月旨雙分子層與鑲嵌蛋白質(zhì)構(gòu)成的生物膜，即細(xì)胞膜.

3。的神I冬與麻嘴遺傳裝置十

上、簫贊鬲羽南御耨輛物虹即DNAj-作為遺傳信息復(fù)照

4「譙禰狼/￡器一核糖體

一切細(xì)胞均存在合成蛋白質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)體一核糖體.

-----------5.一分為二|償分秋■萬丸。--------------------------

埸孩細(xì)胞與產(chǎn).核細(xì)胞基本特展繇的夔真核細(xì)胞

細(xì)胞膜有（多功能性）有

核膜無有

染色體由一個環(huán)狀DNA分子構(gòu)成的單2個染色體以上，染色體由線狀DNA與蛋白

個染色體，DNA不與或很少與蛋質(zhì)組成

核仁白質(zhì)結(jié)合

線粒體

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)

高體

溶酶體

核糖體

光合作用結(jié)70S（包括50S與30S的大小亞80S（包括60S與40S的大小亞單位,

構(gòu)單位）植物葉綠體具有葉綠素a與b

藍(lán)藻含有葉綠素a的膜層結(jié)構(gòu)，

核夕卜DNA細(xì)菌具有菌色素線米立體DNA,葉綠體DNA

細(xì)胞壁細(xì)菌具有裸露的質(zhì)粒DNA動物細(xì)胞無細(xì)胞壁，植物細(xì)胞壁的主要成分

主要成分是氨基糖與壁酸為纖維素與果膠

細(xì)胞骨架有

細(xì)胞增殖〈分裂）：無以有絲分裂（間接分裂）為主

式無絲分裂（直接分裂）

原核細(xì)胞與真核細(xì)胞的遺傳結(jié)構(gòu)裝置和基因表達(dá)的比較

細(xì)胞的體積受什么因素控制？

可以從3個方面進(jìn)行探討：

1、不論細(xì)胞體積相差多大，各種細(xì)胞核的大小相差不大。

2、細(xì)胞的表面積限制了細(xì)胞的大小

(1)細(xì)胞體積相對細(xì)胞表面積呈反比關(guān)系，體積越大，表面積就越小

(2)細(xì)胞體積比表面積增大速度快

3、細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的交流運輸與細(xì)胞體積有關(guān)，細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)從一端向另一端運輸或擴散是有時間與空間關(guān)系

的。

4.細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

細(xì)胞的形態(tài)有球形、星形、扁平、立方形、長柱形、梭形等.

細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)與功能的相關(guān)性與一致性是很多細(xì)胞的共同特點，在分化程度較高的細(xì)胞中更為明顯，這

是生物漫長進(jìn)化過程的產(chǎn)物。

5.植物細(xì)胞和動物細(xì)胞的比較

細(xì)胞器動物細(xì)胞植物細(xì)胞

細(xì)胞wall)無有

o+^^/t^^diloroplasts)無有

無有

溶酶體有無

中心粒有無

通訊連接方式間隙連胞同逢絲

胞質(zhì)分裂方式收縮環(huán)細(xì)胞板

第四章細(xì)胞質(zhì)膜

Plasmmembrane

細(xì)胞質(zhì)膜(plasmmembrane)曾稱細(xì)胞膜(ceIImembrane),是指圍繞在細(xì)胞最外層，由脂質(zhì)(lipid)

和蛋白質(zhì)(protein)組成的生物膜。

質(zhì)膜不僅是細(xì)胞結(jié)構(gòu)的邊界，使細(xì)胞具有一個相對穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，同時在細(xì)胞與環(huán)境之間的物質(zhì)運輸、

能量轉(zhuǎn)換及信息傳遞過程中也起著重要作用.

細(xì)胞內(nèi)的膜與細(xì)胞質(zhì)膜統(tǒng)稱為生物膜(biomembrane)。

它是圍繞細(xì)胞的保護層，一層薄而透明的油層，允許食物，氧氣和水份進(jìn)入細(xì)胞，廢物排出細(xì)胞。

第一節(jié)細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型

生物膜的結(jié)構(gòu)模型

膜脂

膜蛋白

一、生物膜的結(jié)構(gòu)模型

單位膜模型(UnitmembranemodeI)

用超薄切片技術(shù)獲得了清晰的細(xì)胞膜照片，顯示暗-明一暗三層結(jié)構(gòu)，它由厚約3o5nm的雙層脂分子和

內(nèi)外表面各厚約2nm的蛋白質(zhì)構(gòu)成，總厚約7。5nm.

“生物膜的流動鑲嵌模型"

這種模型認(rèn)為細(xì)胞膜是由流動的脂雙分層子和嵌在其中的蛋白質(zhì)構(gòu)成的。

該模型主要強調(diào)：1)膜的流動性，膜蛋白和膜脂均可側(cè)向運動；2)膜蛋白分布的不對稱性，有的鑲

在膜表面，有的嵌入或橫跨脂雙分子層。

r

KoSimonsetal(1997)：lipidraftsmodel(脂筏模型)

生物膜結(jié)構(gòu)的特征

具有極性頭部和非極性尾部的磷脂分子在水相中具有自發(fā)形成封閉的膜系統(tǒng)的性質(zhì)。磷脂雙分子層是組

成生物膜的基本結(jié)構(gòu)成分，尚未發(fā)現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)中起組織作用的蛋白；

蛋白分試不同方式鑲嵌在脂雙層分子中或結(jié)合在其表面，膜蛋白是賦予生物膜功能的主要決定者；

生物膜可｝成是在雙層脂分子中嵌有蛋白質(zhì)的二維溶液。

二、膜的化學(xué)組成

MembraneLipid（膜脂）

PhosphoIipids（phosphogIycerides,磷脂）

GIycolipid（糖脂類）

Cholesterol（膽固醇）

MembraneProtein（膜蛋白）

IntegraIproteins（膜內(nèi)在蛋白）

ChanneIProteins（通道蛋白）

CarrierProteins（載體蛋白）

PeripheraIproteins（膜外周蛋白）

Lipid-anchoredproteins（脂錨定蛋白）

MembraneCarbohydrates（膜碳水化合物）

1.膜脂(MembraneLipid):

膜脂主要包括磷脂、糖脂和膽固醇三種類型

磷脂(phospholipids):膜脂的基本成分(50%以上)

分為二類：甘油磷脂(phosphoglycerides)和鞘磷脂(sphingolipids)

主要特征：

①具有一個極性頭部和兩個非極性的尾部(心磷脂除外)；

②脂肪酸碳鏈碳原子為偶數(shù)，大多數(shù)由16,18或20個組成；

③飽和脂肪酸(如軟脂酸)及不飽和脂肪酸(如油酸)；

糖脂(glycolipids):

糖脂普遍存在于原核和真核細(xì)胞的質(zhì)膜上(5%以下)，神經(jīng)細(xì)胞膜上糖脂含量較高；

膽固醇(Cholesterol)和中性脂質(zhì)：

存在于真核細(xì)胞膜上，其含量不超過膜脂的1/3o細(xì)菌質(zhì)膜不含有膽固醇，但某些細(xì)菌的膜脂中含有甘

油脂等中性脂。

Features(特征):

FcholesterolVpathic...............................

Functismallhydrophilic（親水性）hydroxylgroup（羥基）

到towardthemembranesurface親水的羥基對著膜表面

theremainderofthemoleculeembeddedinthelipidbilayer

其余的部分埋在脂雙層間'

TheNatureoftheLipid

膜脂的基本性質(zhì)是兩性物質(zhì)，能夠自我裝配成雙層結(jié)構(gòu)或自我封閉成球狀。

膜脂的功能

?構(gòu)成膜的基本骨架，去除膜脂，則使膜解體；

?是膜蛋白的溶劑，一些蛋白通過疏水端同膜脂作用，使蛋白鑲嵌在膜上，得以執(zhí)行特殊的功能；

?膜脂為某些膜蛋白(酶)維持構(gòu)象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境，一般膜脂本身不參與反應(yīng)(細(xì)菌的膜脂參與反應(yīng))；

?膜上有很多酶的活性依賴于膜脂的存在.有些膜蛋白只有在特異的磷脂頭部基團存在時才有功能。

20膜脂的運動方式

Fourkindsofmovement:

沿膜平面的側(cè)向運動(LateraIdiffusionbyexchangingplaces):基本運動方式，其擴散系數(shù)為10—

8cm2/s;

脂分子圍繞軸心的自旋運動(RotationaboutitsIongaxis);

脂分子尾部的擺動(Wave);

雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運動(Transversediffusion,or"flip-flop"fromonemonoIayertothe

other):發(fā)生頻率還不到脂分子側(cè)向交換頻率的10-10o但在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，新合成的磷脂分子翻轉(zhuǎn)運動發(fā)生

頻率很高。

3.Liposome脂質(zhì)體

脂質(zhì)體是根據(jù)磷脂分子可在水相中形成穩(wěn)定的脂雙層膜的趨勢而制備的人工膜。

脂質(zhì)體的應(yīng)用：

(1)研究膜脂與膜蛋白及其生物學(xué)性質(zhì)；

(2)脂質(zhì)體中裹入DNA可用于基因轉(zhuǎn)移；

(3)在臨床治療中，脂質(zhì)體作為藥物或酶等載體

(二)膜蛋白(MembraneProtein)

The“Mosaic"PartoftheModeI

Functi

TranspNa+-K+pump

Metabo???lipid

???????bilayer

IonsaCYTOSOLTheuse0fmild

Anchordetergentsforsolubilizing.

Contensolubilizedmembranedetergentmicelles

proteins+monomersQurifvinciand

CIassirecocstitutinqfunctional

membraneQrotein

1.膜號

PURIFICATIONOFsystems

根據(jù)膜Na+-K+pump

外周

4

3

REMOVALOF

DETERGENT

ADDITIONOF

整WPHOSPHOLIPIDSdetergent

(mixedwithImicelles+

(1)detergent)monomers

(2)

nF,點

『^AfunctionalNa*pump

incorporatedinto

(3)才phospholipidvesicle

脂錨定言目kIipiaancnoreaproxein;

又稱脂連接蛋白(IipidTinkedproteins),同脂的結(jié)合有兩種方式:

?一種方式是通過一個糖分子間接同脂雙層中的脂結(jié)合；

?一種是蛋白質(zhì)直接與脂雙層中的脂結(jié)合。

2O內(nèi)在膜蛋白與膜脂結(jié)合的方式

(1)膜蛋白的跨膜結(jié)構(gòu)域與脂雙層分子的疏水核心的相互作用。

(2)跨膜結(jié)構(gòu)域兩端攜帶正電荷的氨基酸殘基與磷脂分子帶負(fù)電的極性頭形成離子鍵，或帶負(fù)電的氨基酸

殘基通過Ca2+、Mg2+等陽離子與帶負(fù)電的磷脂極性頭相互作用.

(3)某些膜蛋白在細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)一側(cè)的半胱氨酸殘基上共價結(jié)合脂肪酸分子，插入脂雙層之間，進(jìn)一步加強

膜蛋白與脂雙層的結(jié)合力，還有少數(shù)蛋白與糖脂共價結(jié)合。

30去垢劑(detergents)

去垢劑是一端親水一端疏水的兩性小分子，是分離與研究膜蛋白的常用試劑.

離子型去垢劑(theionicdetergentSDS)和非離子型去垢劑(thenonionicdetergentTritonX—

100)

膜蛋白的研究方法

?用去垢劑分離小的跨膜蛋白，是膜蛋白研究的重要手段：

■當(dāng)它們與膜蛋白作用時，其疏水端與膜蛋白的疏水區(qū)域相結(jié)合，極性端指向水中，形成溶于水的去垢劑-膜

蛋白復(fù)合物，從而使膜蛋白在水中溶解、變性、沉淀.

■當(dāng)去除去垢劑并加入磷脂后，可使膜蛋白復(fù)性并恢復(fù)功能。

■有人用這種方法研究了膜中Na+-K+—ATP酶的功能

鈉鉀ATP酶功能的研究圖

(三)膜碳水化合物(MembraneCarbohydrates)

與脂類和蛋白質(zhì)共價結(jié)合在脂雙層的外表面

糖蛋白(GIycoproteins):haveshort,branchedcarbohydratesforinteractionswithothercells

andstructuresoutsidethecell.

糖脂(Glycolipids):havelargercarbohydratechainsthatmaybeceII-to-ceIIrecognitionsiteso

Fundions

與其它細(xì)胞和結(jié)構(gòu)相互作用

細(xì)胞與細(xì)胞之間的識別位點

穩(wěn)定細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)

識別激素和分子

第二節(jié)生物膜基本特征與功能

(Thepropertiesandfunctionsofmembranes)

膜的流動性

膜的不對稱性

細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能

一、膜的流動性(Fluidity)

1.膜脂的流動性(MembraneIipidsfluidity)

影響膜流動性的因素(ThefactorsaffectonmembranefIuidity):

1)脂肪酸鏈長度和不飽和程度

膜脂的流動性主要由脂分子本身的性質(zhì)決定的，脂肪酸鏈越短，不飽和程度越高，膜脂的流動性越大.

2)溫度(Temperature):

溫度對膜脂的運動有明顯的影響.在細(xì)菌和動物細(xì)胞中常通過增加不飽和脂肪酸的含量來調(diào)節(jié)膜脂的相變溫

度以維持膜脂的流動性。

相變溫度(transitiontemperature)

在生理條件下，膜脂多呈擬液態(tài)(liquid-likestate)o溫度下降至某點，則變?yōu)榫B(tài)(frozen

crystallinegel)o一定溫度下，晶態(tài)又可熔解再變成液晶態(tài)，這種臨界溫度稱為相變溫度.

?相變(phasetransition)

在不同溫度下發(fā)生的膜脂狀態(tài)的改變稱為相變。

不同的膜脂由于成分不同而各有其相變溫度.

3)膽固醇(Cholesterol)

在動物細(xì)胞中，膽固醇對膜的流動性起重要的雙向調(diào)節(jié)作用.

■在相變溫度以上，它可使磷脂分子的脂酰鏈末端的運動減小，即限制膜的流動性.

■在相變溫度以下，可增加脂類分子脂酰鏈的運動，這樣可以增強膜的流動性。

4)卵磷脂/鞘磷脂比值的影響

■哺乳動物膜中,卵磷脂(phosphatidycholine)和鞘磷脂(sphingomyeIin)的含量約占整個膜脂的50%;

■卵磷脂所含的脂肪酸鏈的不飽和程度高，鏈較短，相變溫度低，因此卵磷脂含量高，流動性大；

■而鞘磷脂的脂肪酸鏈的飽和程度高，相變溫度也高，因此，鞘磷脂的含量高，流動性低。

2.膜蛋白的流動(Movementofintegralmembraneproteins)

熒光抗體免疫標(biāo)記實驗

內(nèi)在膜蛋白的運動方式

影響膜蛋白移動的因素

■整合蛋白相互間的影響

■膜骨架的影響

■細(xì)胞外基質(zhì)的影響

■相鄰細(xì)胞的影響

■細(xì)胞外配體、抗體、及藥物大分子的影響

細(xì)胞外基質(zhì)對整合蛋白移動的影響

膜骨架對膜蛋白流動性的影響

3.熒光漂白恢復(fù)技術(shù)

研究膜蛋白或膜脂流動性的基本實驗技術(shù)之一.

程序：

根據(jù)熒光恢復(fù)的速度可推算出膜蛋白或膜脂擴散速度。

TheImportanceofMembraneFluidity

?酶活性

?物質(zhì)運輸

?信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

?細(xì)胞周期

在M期，膜的流動性最大，而在G1期和S期，膜流動性最低；

?能量轉(zhuǎn)換

二、不對稱性(Theasymmetryofmembranes)

1.細(xì)胞質(zhì)膜各部分的名稱

細(xì)胞質(zhì)膜內(nèi)外兩個單層的組成、結(jié)構(gòu)和功能有很大的差異，把這種差異稱為膜的不對稱性。膜脂、膜蛋

白和復(fù)合糖在膜上均呈不對稱性分布，導(dǎo)致膜功能的不對稱性和方向性。

樣品經(jīng)冰凍斷裂處理后，細(xì)胞膜可從脂雙層中央斷開，各斷面命名為：ES,細(xì)胞外表面(extrocytopIasmic

surface)；EF,細(xì)胞外小頁斷面(extrocytopIasmicface);PS,原生質(zhì)表面(protoplasmicsurface)；PF,

原生質(zhì)小頁斷面(protopIasmicface)。

2.膜脂的不對稱性(Theasymmetryofmembranelipid)：

同一種脂分子在脂雙層中呈不均勻分布，組成膜兩個單層的膜脂種類不同。

例如在紅細(xì)胞膜中：

?外層含鞘磷脂SM、磷脂酰膽堿PC較多；

?內(nèi)層含磷脂酰乙醇胺PE、磷脂酰絲氨酸PS較多.

3o膜蛋白的不對稱性(Theasymmetryofmembraneprotein):

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。各種生物膜的特征及功能主要由膜蛋

白決定，膜蛋白的不對稱性是生物膜完成復(fù)雜的在時間與空間上有序的各種生理功能的保證。

在膜兩側(cè)分布不對稱，如：

?紅細(xì)胞的血型糖蛋白分子伸向膜內(nèi)、外側(cè)面的氨基酸殘基的數(shù)目不對稱。

?血影蛋白分布在紅細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)面。

■一般說，細(xì)胞質(zhì)面的蛋白比外表面少，一些酶和受體多處于外表面，如：

?5'-核甘酸酶、磷酸脂酶、Mg2+-ATP酶、激素受體、生長因子受體位于外表面；

?腺甘酸環(huán)化酶則處于膜的內(nèi)表面.

4.復(fù)合糖的不對稱性(Theasymmetryofmembranecarbohydrates):

糖脂和糖蛋白只分布于細(xì)胞膜的外表面。

糖脂的不對稱分布是完成其生理功如心"川甘小

膜糖分布的不對稱性|DIFFUSION|

Thebiologicalroleofasymmetry

?膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不對稱I

?膜不僅內(nèi)外兩側(cè)的功能不同，不同

膜糖分布不對稱引起的。

?細(xì)胞間的識別、運動、物質(zhì)運輸、信

膜脂和膜糖來提供。

OSMOSIS

三、細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能

(CellmembraneFunctic

(1)為細(xì)胞的生命活動提供相對才

(2)選擇性的物質(zhì)運輸，包括代成

(3)提供細(xì)胞識別位點，并完成2Water

movement

(4)為多種酶提供結(jié)合位點，使酉

(5)介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基/

質(zhì)月靈參與形成具有不同功￡Figure5-27ComparisonofSimpleDiffusionanti

膜蛋白可作為疾病治療的2

擴散與滲透？

上：在簡單擴散中，膜允許

溶質(zhì)通過；溶質(zhì)從濃度高

的一側(cè)移向濃度低的一側(cè)，

當(dāng)達(dá)到平衡時，兩側(cè)的濃

度相等。下：在滲透中，

膜不允許溶質(zhì)通過,但是，

水能夠從溶質(zhì)濃度低的一

側(cè)向溶質(zhì)濃度高的一側(cè)擴

散；當(dāng)達(dá)到平衡時，兩側(cè)

溶質(zhì)的濃度是相等的，但

含有過多水分的一■側(cè)具有

較高水壓.

DiffusionandOsmosis

擴散(Diffusion)

是指物質(zhì)沿著濃度梯度從半透性膜濃度高的一側(cè)向濃度低的一側(cè)移動的過程。

擴散(Diffusion)high-energy

■雖然這種移動不需要消耗

ATIL它利用的是自由能。

■如果改變膜兩側(cè)的條件,如加是改變了自由能。

■嚴(yán)格地說,擴散是物質(zhì)從自由

滲透(Osmosis)

是指水分子以及溶劑通過半

滲透

(Osmosis)BHI

?水的滲透同樣是從自由能高￡2度，水是從溶質(zhì)濃度低的

地方向溶質(zhì)濃度高的地方流動。

例如：細(xì)胞的膨脹(Swell)

質(zhì)壁分離(pIasmoIy

?根據(jù)水與水中溶質(zhì)在膜通透力

高滲(hypertonic)

低滲(hypoosmotic)

等滲(iso-osmotic)

動物細(xì)胞和植物細(xì)胞在不同濃度的蔗糖溶液中的行為

紅細(xì)胞膨脹與收縮

1o簡單擴散(Simplediffusion)

也叫自由擴散(freediffusion),特點:

①沿濃度梯度(或電化學(xué)梯度)擴散；

②不需要提供能