齐鲁医学细胞基本知识概要.pptx

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1、细胞生物学 长江大学生命科学学院第三章第三章细胞质膜与跨膜运输细胞质膜与跨膜运输熊 涛2021/7/27 星期二1细胞生物学 长江大学生命科学学院细胞质膜细胞质膜概述概述细胞膜的结构细胞膜的结构细胞膜的功能细胞膜的功能红细胞膜结构红细胞膜结构膜的化学组成膜的化学组成膜的分子结构及特点膜的分子结构及特点2021/7/27 星期二2细胞生物学 长江大学生命科学学院细胞的膜结构细胞膜(cell membrane)是细胞膜结构的总称。有时特指细胞质膜。细胞质膜(plasma membrane)是指包围在细胞表面的一层极薄的膜，主要由膜脂和膜蛋白组成。质膜的基本作用是维护细胞内微环境的相对稳定，并参与同

2、外界环境进行物质交换、能量和信息传递。在细胞的生存、生长、分裂、分化中起重要作用。生物膜(biomembrane):细胞所有膜结构的统称，包括细胞内膜和质膜。2021/7/27 星期二3细胞生物学 长江大学生命科学学院细胞膜的功能界膜和区室化调节运输：膜对物质的运输具有选择性功能定位与组织化信号的检测与传递参与细胞间的相互作用能量置换2021/7/27 星期二4细胞生物学 长江大学生命科学学院红细胞膜结构红细胞(red blood cell,erythrocyte)是结构最简单的细胞，也是研究膜结构的最好材料。红细胞的生物学红细胞的生物学形形态态结结构构：成成熟熟的的红红细细胞胞呈呈双双面面凹

3、凹或或单单面面凹凹陷陷的的盘盘状状，直直径径约约为为7m,7m,厚厚度度1.7m,1.7m,表面积为表面积为145m145m2 2；表表面面积积与与体体积积的的比比值值较较大大，有有得得于于细细胞胞变变形形、气气体体交交换换和携带。和携带。2021/7/27 星期二5细胞生物学 长江大学生命科学学院红细胞的功能红细胞的主要功能是携带O2和运输CO2红细胞血影2021/7/27 星期二6细胞生物学 长江大学生命科学学院红细胞质膜红细胞的寿命约为120天，一生中要行走500,000米。红细胞膜骨架膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。红细胞膜(含膜骨架部分)大约有15种主要的蛋白带:血

4、影蛋白(Spectrin)血型糖蛋白(Glycophorin)带3蛋白(Band 3 protein)2021/7/27 星期二7细胞生物学 长江大学生命科学学院红细胞膜蛋白的组成血影蛋白：膜下蛋白，膜骨架的重要成分，占膜提取蛋白的30%血型糖蛋白A：单次跨膜糖蛋白带3蛋白：具有阴离子转运功能锚蛋白：将血影蛋白固定到RBC膜上肌动蛋白、带4.1蛋白、内收蛋白膜骨架蛋白的主要成分包括 血影蛋白、肌动蛋白、锚定蛋白、带4.1蛋白等，这些都是外周蛋白。肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白锚蛋白锚蛋白血影蛋白血影蛋白血型糖蛋白血型糖蛋白A带带3蛋白蛋白2021/7/27 星期二8细胞生物学 长江大学生

5、命科学学院膜的化学组成膜的化学组成：脂/蛋白质/糖膜中蛋白质与脂的比例，依据膜的类型(质膜、内质网膜)、细胞类型(肌细胞、肝细胞)、生物类型(动物、植物和原核生物)的不同而不同。蛋白质/脂：与膜的功能密切相关，线粒体 红细胞2021/7/27 星期二9细胞生物学 长江大学生命科学学院膜 脂生物膜上的脂类统称为膜脂，其分子排列呈连续的双层，构成了生物膜的基本骨架。所有的膜脂都具有两亲性：一个亲水末端(极性端)和一具疏水端(非极性端)。膜脂的主要类型磷脂、鞘脂、胆固醇2021/7/27 星期二10细胞生物学 长江大学生命科学学院胆固醇占膜脂的50%对磷脂的脂肪酸尾部的运动具有干扰作用，所以胆固醇对

6、调节膜的流动性、加强膜的稳定性有重要作用。胆固醇在脂双层中的位置胆固醇在脂双层中的位置2021/7/27 星期二11细胞生物学 长江大学生命科学学院Lipoprotein is an Class of NaturallyExisting Nanostructures2021/7/27 星期二12细胞生物学 长江大学生命科学学院Low-Density Lipoprotein(LDL)NanoparticleGoldstein and Brown won 1985 Nobel Prize for elucidating LDL receptor(LDLR)pathwayLDL delivery c

7、ount for 90%of cholesterol supply(only 10%from de novo synthesis)Endogenous carrier nonimmunogenic and escape RES escape RES biocompatible and biodegradable2021/7/27 星期二13细胞生物学 长江大学生命科学学院基于LDL的纳米平台技术靶向LDL受体完整的 ApoB-100信号通过LDL受体扩大靶向其它的癌症信号通过覆盖Lys或改变apoB-100的构型，以封闭与LDL受体的结合位点。偶联肿瘤相对特异性靶分子的配体或多肽 生物相容性好

8、生物相容性好(无免疫原性，能够逃避内皮网状系统，可生物降解无免疫原性，能够逃避内皮网状系统，可生物降解)多功能多功能(结合结合MRI和和NIRF成像，成像和治疗成像，成像和治疗)靶向性可变靶向性可变(LDLR或非或非LDLR)纳米尺寸可调纳米尺寸可调(过装载过装载LDL或用不同尺寸的脂蛋白或用不同尺寸的脂蛋白)22nm2021/7/27 星期二14细胞生物学 长江大学生命科学学院膜脂的特性和功能在水溶液中能够自动形成微球或双分子层结构；脂双层的厚度为6nm；膜脂的主要功能是构成膜的基本骨架。2021/7/27 星期二15细胞生物学 长江大学生命科学学院脂质体人工制备的连续脂双层的球形脂质小囊；

9、作为生物膜的研究模型；作为生物大分子(如DNA分子)和药物的载体。(a)(a)水溶液中的磷脂分子团；水溶液中的磷脂分子团；(b)(b)球形脂质体；球形脂质体；(c)(c)平面脂质体膜；平面脂质体膜；d)d)用于疾病治疗的脂质体的示意图用于疾病治疗的脂质体的示意图2021/7/27 星期二16细胞生物学 长江大学生命科学学院膜 糖膜糖的位置：细胞质膜上所有膜糖都位于质膜的外表面，内膜系统中的膜糖则位于内表面。膜糖的种类：动物细胞质膜上主要有7种D-葡萄糖、D-半乳糖、D-甘露糖、L-岩藻糖、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：通过共价键同膜脂或膜蛋白相连，即以糖脂或糖

10、蛋白的形式存在于细胞质膜上。真核生物细胞膜上的蛋白质几乎都是糖蛋白。糖蛋白主要存在于细胞质膜上，内膜中糖蛋白极少。2021/7/27 星期二17细胞生物学 长江大学生命科学学院膜糖的功能提高膜的稳定性，增强膜蛋白对细胞外基质中蛋白酶的抗性，帮助膜蛋白进行正确的折叠维持正确的三维构型；参与细胞的信号识别、细胞的粘着；糖蛋白中的糖基还帮助新合成蛋白质进行正确的运输和定位；ABO血型决定子(determinant)，即ABO血型抗原，它是一种糖脂，其寡糖部分具有决定抗原特异性的作用。A血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)，B血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是半乳糖(Gal)

11、，O型则没有这两种糖基，AB型的人则在末端同时具有这两种糖。2021/7/27 星期二18细胞生物学 长江大学生命科学学院膜蛋白(membraneprotein)膜蛋白分类内在（整合）膜蛋白(intrinsic/integral membrane proteins)：水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密,需用去垢剂使膜崩解后才可分离。外在(外周)膜蛋白(extrinsic/peripheral membrane proteins)：水溶性蛋白,靠离子键或其它弱键与膜内表面的蛋白质分子或脂分子极性头部非共价结合，易分离。脂质锚定蛋白（lipid-anchored proteins)：通过磷脂

12、或脂肪酸锚定，共价结合。2021/7/27 星期二19细胞生物学 长江大学生命科学学院膜蛋白的功能功能蛋白示例作用方式运输蛋白Na泵主动将Na+泵出细胞，K+泵入细胞连接蛋白整合素将细胞内肌动蛋白与细胞外基质蛋白相连受体蛋白血小板生长因子(PDGF)受体同细胞外的PDGF结合、在细胞质内产生信号，引起细胞的生长与分裂酶腺苷酸环化酶在细胞外信号作用下，导致细胞内cAMP产生2021/7/27 星期二20细胞生物学 长江大学生命科学学院膜蛋白的研究方法膜蛋白的分离去垢剂的作用机理去垢剂是一端亲水一端疏水的双亲媒性分子，它们具有极性端和非极性的碳氢链。当它们与膜蛋白作用时，可以用非极性端同蛋白质的疏

13、水区作用，取代膜脂，极性端指向水中，形成溶于水的去垢剂-膜蛋白复合物，从而使膜蛋白在水中溶解、变性、沉淀。去垢剂可分为离子型和非离子型两种十二烷基磺酸钠(SDS)是常用的离子型去垢剂，它不仅可使细胞膜崩溃，并与膜蛋白的疏水部分结合使其分离，而且还破坏膜蛋白内部的非共价键，使蛋白变性，所以不宜用于分离有功能的膜蛋白。TritonX-100是温和性去垢剂，它可以使膜脂溶解，又不使蛋白变性，可分离到有生物功能的膜蛋白。2021/7/27 星期二21细胞生物学 长江大学生命科学学院膜的分子结构及特点结构模型(a)1935年提出年提出双分子片层双分子片层结构模型结构模型(b)流动镶嵌模型；流动镶嵌模型；

14、(c)生物膜结构模型生物膜结构模型胆固醇胆固醇磷脂磷脂寡糖寡糖糖脂糖脂内在蛋白内在蛋白2021/7/27 星期二22细胞生物学 长江大学生命科学学院膜的不对称性细胞质膜的不对称性是指细胞质膜脂双层中各种成分不是均匀分布的，包括种类和数量的不均匀。膜脂的不对称性膜蛋白的不对称膜糖的不对称不对称性的意义膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不对称性和方向性。保证了生命活动的高度有序性。2021/7/27 星期二23细胞生物学 长江大学生命科学学院膜的流动性膜的流动性是指构成膜的脂和蛋白质分子的运动性。膜的流动性不仅是膜的基本特性之一，也是细胞进行生命活动的必要条件。膜的流动性的生理意义细胞

15、质膜适宜的流动性是生物膜正常功能的必要条件。酶活性与流动性有极大的关系，流动性大活性高。如果没有膜的流动性，细胞外的营养物质无法进入，细胞内合成的胞外物质及细胞废物也不能运到细胞外，这样细胞就要停止新陈代谢而死亡。膜流动性与信息传递有着极大的关系。如果没有流动性，能量转换是不可能的。膜的流动性与发育和衰老过程都有相当大的关系。2021/7/27 星期二24细胞生物学 长江大学生命科学学院流动性的表现形式流动性的表现形式膜脂的运动方式膜脂的运动方式(脂的流动是造成脂的流动是造成膜流动性的主要因素膜流动性的主要因素)侧向扩散侧向扩散(lateral diffusion)旋转运动旋转运动(rotat

16、ion)伸缩运动（伸缩运动（flex）翻转扩散翻转扩散(transverse diffusion)膜蛋白的运动膜蛋白的运动随机移动随机移动定向移动定向移动局部扩散局部扩散2021/7/27 星期二25细胞生物学 长江大学生命科学学院膜流动性的研究方法人、鼠细胞融合实验1970年，L.DavidFrye和MichaelEdidin进行了人、鼠细胞融合实验，令人信服地证明了膜蛋白的流动。免疫球蛋白与单克隆抗免疫球蛋白与单克隆抗2021/7/27 星期二26细胞生物学 长江大学生命科学学院淋巴细胞的成斑和成帽反应通过抗体交联膜蛋白分子聚集成斑(patching)、成帽(capping)的现象也是证明

17、膜蛋白在膜平面侧向扩散的例子。2021/7/27 星期二27细胞生物学 长江大学生命科学学院光脱色荧光恢复技术(fluorescencerecoveryafterphotobleachingFRAP)这种方法不仅能够证明膜的流动性，同时也能测量膜蛋白扩散的速率。2021/7/27 星期二28细胞生物学 长江大学生命科学学院细胞质膜的功能2021/7/27 星期二29细胞生物学 长江大学生命科学学院非离子型去垢剂的作用机制2021/7/27 星期二30细胞生物学 长江大学生命科学学院Glycophorin2021/7/27 星期二31细胞生物学 长江大学生命科学学院带3蛋白的功能碳酸酐酶碳酸酐酶

18、2021/7/27 星期二32细胞生物学 长江大学生命科学学院磷脂酰丝氨酸外翻分析（AnnexinV法）2021/7/27 星期二33细胞生物学 长江大学生命科学学院细胞凋亡细胞凋亡2021/7/27 星期二34细胞生物学 长江大学生命科学学院Imagingapoptoticresponsein vivoVasilis Ntziachristos,et al.Visualization of antitumor treatment by means of fluorescence molecular tomography with an annexin VCy5.5 conjugate,PNAS,2004,101(33):1229412299.2021/7/27 星期二35