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1、会计学1细胞细胞(xbo)生物学：第生物学：第4章章-1细胞细胞(xbo)膜与表面膜与表面第一页，共33页。2细胞细胞(xbo)(xbo)质膜质膜细胞细胞(xbo)(xbo)表面特化结构表面特化结构第1页/共33页第二页，共33页。3 细胞质膜细胞质膜(plasma membrane)(plasma membrane)或细胞膜或细胞膜(cell membrane)(cell membrane)：生物膜生物膜(biomembrane)(biomembrane)：围绕围绕(wiro)在细胞最外层的由脂质和蛋白质组成的生物膜在细胞最外层的由脂质和蛋白质组成的生物膜细胞的所有细胞的所有(suyu)膜结
2、构的统称，包括细胞膜和细胞内膜。膜结构的统称，包括细胞膜和细胞内膜。第2页/共33页第三页，共33页。4细细系系第3页/共33页第四页，共33页。5“三明治式三明治式”结构结构(jigu)模型：模型： “蛋白质蛋白质-脂质脂质-蛋白质蛋白质” 。 Davision & Danielli (1935), Gorter & Grendel (1925)单位单位(dnwi)(dnwi)膜模型膜模型(unit membrane model(unit membrane model）：）： 所有所有的生物膜都是由的生物膜都是由“蛋白质蛋白质- -脂质脂质- -蛋白质蛋白质” ” 的单位的单位(dnwi)(
3、dnwi)膜构成。膜构成。 J.D.RobertsonJ.D.Robertson（19591959）流动镶嵌模型流动镶嵌模型(fluid mosaic model) (fluid mosaic model) ：生物膜是由磷脂双生物膜是由磷脂双分子层和蛋白质构成分子层和蛋白质构成, ,膜蛋白和膜脂均可侧向运动，膜蛋白是镶膜蛋白和膜脂均可侧向运动，膜蛋白是镶嵌于脂双分子层中，是不对称分布的。嵌于脂双分子层中，是不对称分布的。 S.J.SingerS.J.Singer和和G.NicolsonG.Nicolson（19721972）脂筏模型（脂筏模型（lipid rafts modellipid ra
4、fts model）：）：第4页/共33页第五页，共33页。6胆固醇胆固醇磷脂磷脂膜蛋白的非极性区膜蛋白的非极性区糖基链糖基链蛋白链蛋白链第5页/共33页第六页，共33页。7（一）、膜脂（一）、膜脂（Membrane Lipids）膜脂、膜蛋白膜脂、膜蛋白磷脂(phospholipids) 动、植物(zhw)细胞膜上都有磷脂,约占膜脂的50%以上； 磷脂分子的亲水端是磷酸基团，称为头部； 磷脂分子的疏水端是两条长短不一的烃链, 称为尾部,一般含有 1424个偶数碳原子； 其中一烃链常含有一个或数个双键,双键的存在造成这条不饱和链有一定角度的扭转。第6页/共33页第七页，共33页。8第7页/共3
5、3页第八页，共33页。9 糖脂普遍存在于原核和真核细胞膜上糖脂普遍存在于原核和真核细胞膜上, ,含量约占膜脂的含量约占膜脂的5%5%以下以下; ; 最简单最简单(jindn)(jindn)的糖脂是半乳糖脑苷脂的糖脂是半乳糖脑苷脂, ,它仅有一个半乳糖作为极性头部它仅有一个半乳糖作为极性头部; ; 变化最多、最复杂的是神经节苷脂变化最多、最复杂的是神经节苷脂, ,它是神经原质膜具特征性的成分。它是神经原质膜具特征性的成分。第8页/共33页第九页，共33页。10第9页/共33页第十页，共33页。11 胆固醇分子包括三部分胆固醇分子包括三部分: : 极性的头部：羟基极性的头部：羟基 非极性的类固醇环
6、结构非极性的类固醇环结构 一个非极性的碳氢尾部一个非极性的碳氢尾部(wi b)(wi b) 作用作用: :调节膜的流动性，增加膜的稳定性、降低水溶性物质的通透性等调节膜的流动性，增加膜的稳定性、降低水溶性物质的通透性等第10页/共33页第十一页，共33页。12 沿膜平面的侧向运动沿膜平面的侧向运动( (基本运动方式基本运动方式(fngsh)(fngsh)）, ,其扩散其扩散系数为系数为10-8cm/s10-8cm/s； 脂分子围绕轴心的自旋运动；脂分子围绕轴心的自旋运动； 脂分子尾部的摆动；脂分子尾部的摆动； 双层脂分子之间的翻转运动，发生频率还不到脂分子侧向交换频率的双层脂分子之间的翻转运动
7、，发生频率还不到脂分子侧向交换频率的10101010。但在内质网膜上。但在内质网膜上, ,新新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高。合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高。第11页/共33页第十二页，共33页。13是人工膜，是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势是人工膜，是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势(qsh)(qsh)而制备的。而制备的。脂质体的形成过程脂质体的形成过程第12页/共33页第十三页，共33页。14脂质体脂质体第13页/共33页第十四页，共33页。15 研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质； 脂质体中裹入脂质体中裹入DNADNA可用
8、于基因转移；可用于基因转移； 在临床治疗中在临床治疗中, ,脂质体作为脂质体作为(zuwi)(zuwi)药物或酶等载体药物或酶等载体第14页/共33页第十五页，共33页。16生物膜的特定功能主要生物膜的特定功能主要(zhyo)(zhyo)是由蛋白质完成的是由蛋白质完成的; ;膜蛋白约占膜的膜蛋白约占膜的40%40%50%, 50%, 有有5050余种膜蛋白余种膜蛋白; ; 在不同细胞中膜蛋白的种类及含量有很大差异。有的含在不同细胞中膜蛋白的种类及含量有很大差异。有的含量不到量不到25%, 25%, 有的达到有的达到75%;75%;一般来说一般来说, ,功能越复杂的膜功能越复杂的膜, , 其上的
9、蛋白质含量越多。其上的蛋白质含量越多。第15页/共33页第十六页，共33页。17整合整合(zhn h)(zhn h)蛋白、膜周边蛋白蛋白、膜周边蛋白 部分或全部镶嵌部分或全部镶嵌在细胞膜中或内外两侧的蛋白质；在细胞膜中或内外两侧的蛋白质； 整合蛋白约占膜蛋白的整合蛋白约占膜蛋白的70-80%。第16页/共33页第十七页，共33页。18-+第17页/共33页第十八页，共33页。19 跨膜结构域与脂双分子层的疏水核心相互作用跨膜结构域与脂双分子层的疏水核心相互作用 跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与磷脂分子带 负电的极性头形成离子键，或带负电的氨
10、基酸残基通过负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过 Ca2+、Mg2+等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。等阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。 某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价(n ji)结结 合脂肪酸分子合脂肪酸分子,插入脂双层之间插入脂双层之间,进一步加强膜蛋白与脂进一步加强膜蛋白与脂 双层的结合力双层的结合力,还有少数蛋白与糖脂共价还有少数蛋白与糖脂共价(n ji)结合。结合。第18页/共33页第十九页，共33页。20第19页/共33页第二十页，共33页。21第20页/共33页第二十一页，共33页。22根据膜的组成
11、特性，可用去污剂分离小的跨膜蛋白根据膜的组成特性，可用去污剂分离小的跨膜蛋白, , 这是膜蛋白研究的重要手段：这是膜蛋白研究的重要手段： 去污剂去污剂(detergent)(detergent)是一种是一种(y zhn)(y zhn)一端亲水一端亲水一端疏水的两性小分子，可以使膜崩解一端疏水的两性小分子，可以使膜崩解 当它们与膜蛋白作用时当它们与膜蛋白作用时, ,其疏水端与膜蛋白的疏水区其疏水端与膜蛋白的疏水区域相结合域相结合, ,极性端指向水中极性端指向水中, ,形成溶于水的去垢剂形成溶于水的去垢剂- -膜蛋膜蛋白复合物白复合物, ,从而使膜蛋白在水中溶解而达到分离的目的从而使膜蛋白在水中溶
12、解而达到分离的目的 常用的有常用的有SDSSDS， Triton X-100 Triton X-100 当去除去垢剂并加入磷脂后当去除去垢剂并加入磷脂后, ,可使膜蛋白复性并恢可使膜蛋白复性并恢复功能复功能第21页/共33页第二十二页，共33页。23第22页/共33页第二十三页，共33页。24膜蛋白的运动膜蛋白的运动(yndng)第23页/共33页第二十四页，共33页。25第24页/共33页第二十五页，共33页。26特殊结构特殊结构(jigu)：膜下的膜骨架系统，膜表面的其它特化结构：膜下的膜骨架系统，膜表面的其它特化结构(jigu)：鞭毛、纤毛、微绒毛、细胞变形足等。：鞭毛、纤毛、微绒毛、细
13、胞变形足等。膜骨架的概念膜骨架的概念 指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构网架结构,它参与维持它参与维持(wich)细胞质膜的形状并协助细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。质膜完成多种生理功能。人们对膜骨架的认识，大多人们对膜骨架的认识，大多(ddu)来自于对红来自于对红细胞的研究。细胞的研究。第25页/共33页第二十六页，共33页。27第26页/共33页第二十七页，共33页。28 Red Blood Cells Red Blood Cells是结构最简单的细胞是结构最简单的细胞: : 成熟的红细胞没有细胞器；成熟的红细胞没有细胞器
14、； 质膜是红细胞惟一的膜结构；质膜是红细胞惟一的膜结构； 红细胞质膜易于提纯和分离；红细胞质膜易于提纯和分离； 红细胞的基本红细胞的基本(jbn)(jbn)性质性质 成熟的红细胞呈双面凹或单面凹陷的盘状，直成熟的红细胞呈双面凹或单面凹陷的盘状，直径约为径约为7m,7m,厚度厚度1.7m,1.7m,表面积为表面积为145m2145m2； 红细胞的主要功能是携带红细胞的主要功能是携带O2O2和运输和运输CO2CO2，红细，红细胞的寿命约为胞的寿命约为120120天，一生中要行走天，一生中要行走500,000500,000米。米。第27页/共33页第二十八页，共33页。29问题提出的依据 行程500
15、,000米 要多次穿过小于自身直径(zhjng)一半的微小通道; 要在脾脏内经受少氧、低pH值的不利条件; 又要经过心脏内瓣膜涡流冲击，但始终保持结构的完整。第28页/共33页第二十九页，共33页。30第29页/共33页第三十页，共33页。31大约大约(dyu)(dyu)有有1515种主要的种主要的蛋白带，蛋白带，主要蛋白主要蛋白: : 血影蛋白血影蛋白(Spectrin)(Spectrin)、锚蛋白（锚蛋白（ankyrinankyrin）、）、肌动蛋白（肌动蛋白（actinactin）、）、带带4.14.1蛋白蛋白(Band4.1protein)(Band4.1protein)、带带3 3蛋
16、白蛋白(Band 3 protein)(Band 3 protein)、血型糖蛋白、血型糖蛋白(Glycophorin)(Glycophorin)第30页/共33页第三十一页，共33页。32主要主要(zhyo)(zhyo)膜骨架蛋白膜骨架蛋白: : 血影蛋白血影蛋白锚蛋白锚蛋白肌动蛋白肌动蛋白带带4.14.1蛋白蛋白( (都是外周蛋白都是外周蛋白) )第31页/共33页第三十二页，共33页。33膜的特征膜的特征(tzhng)：细胞膜的功能细胞膜的功能(gngnng)：脂质双分子层，蛋白质镶嵌其中；不对称性、流动脂质双分子层，蛋白质镶嵌其中；不对称性、流动性性 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环
17、境为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境; 选择性的物质运输选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢包括代谢底物的输入与代谢 产物的排除产物的排除,其中伴随着能量的传递其中伴随着能量的传递; 提供细胞识别位点提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递并完成细胞内外信息跨膜传递; 为多种酶提供结合位点为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行使酶促反应高效而有序地进行; 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接; 质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。膜的成分：膜的成分：第32页/共33页第三十三页，共33页。