05a 细胞膜及其表面-膜结构与特性080315

MedicalCellBiology医学细胞生物学细胞生物学与遗传学教研室杨保胜教授E-mail:[e-mail]:3029960(O)2008.3第二篇细胞的结构及其功能StructureandFunctionoftheCellMedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]2第二篇细胞的结构及其功能第五章细胞膜及其表面第六章细胞质和细胞器第七章细胞核MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]3细胞膜(cellmemberane)是细胞质和外界相隔的一层薄膜，又称质膜(plasmam.)。在生命进化过程中细胞膜的形成是关键的一步，因为没有细胞膜，细胞形式的生命就不能存在。细胞膜围在每个细胞的外面，使细胞内外环境之间保持必要的差别。细胞膜不是被动的屏障，它是有高度选择性的半透膜，能进行主动运输，在细胞内外形成不同的离子浓度。细胞膜还是接受外界信号的传感器，使细胞能对环境变化产生适当的反应。MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]4第5章细胞膜及其表面(CellMembraneandcellSurface)2008.3MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]6PlasmaMembrane(CellMembrane)Theplasmamembraneregulatestheentranceandexitofmoleculesandionsintoandoutofthecell.Themembraneiscomposedofaphospholipidbilayerwithembeddedproteinsandcholesterol.MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]7生物膜细胞膜细胞内膜：除了细胞膜以外的细胞内所有膜性结构。细胞内膜系统(cellendomembranesystem)：细胞质内在形态结构、功能和发生上具有相互联系的膜相结构的总称，包括核膜、内质网、高尔基复合体、溶酶体、过氧化物酶体以及细胞质内各种膜性小泡。细胞膜功能：维持细胞形态、界膜、内环境稳定、物质运输、能量转换、信息传递、免疫、癌变等。(Biologicalmembrane)MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]8§1细胞膜的分子结构和特性MolecularStructureandPropertiesofCellMembrane膜的化学组成膜的分子结构膜的理化特性MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]9脂和蛋白质是膜的主要成分，还有少量的糖类。构成膜的蛋白质与脂的比例依据膜的类型(如质膜、内质网膜)、细胞类型(肌细胞、肝细胞)、生物类型(动物、植物)的不同而不同。一般而言，脂占50%，蛋白质占40%，碳水化合物约占1％～10%。一、膜的化学组成MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]10细胞膜的化学组成主要是脂类、蛋白质和糖类.MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]11MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]12不同生物膜中的蛋白、脂和碳水化合物的量干重的百分比(%)膜蛋白质脂碳水化合物质膜红细胞49438神经鞘18793肝细胞543610核膜66322高尔基体642610内质网622710线粒体外膜5545痕迹量内膜7822-MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]13(一)膜脂生物膜上的脂类统称膜脂(Membranelipid)。膜脂以磷脂和胆固醇为主，并含糖脂。膜脂磷脂：膜的主要成份糖脂胆固醇MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]141.磷脂磷脂磷酸甘油酯鞘磷脂(SM)X极性头部基团（亲水）非极性尾部基团(疏水)磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸鞘胺醇磷脂酰肌醇(IP)PCPEPSSM兼性分子MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]15MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]16MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]17BASICSTRUCTUREOFAGLYCEROPHOSPHOLIPIDPolarHeadGroupPhosphateGroupGlycerolBackboneFattyAcidChainsHydrophobicHydrophilicXOO=P-O-OCH2CHCH2OOC=OC=OR1R2EsterBondMedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]182.胆固醇极性头部平面甾环结构非极性尾部MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]19CHOLESTEROLCH3OHC8H17ABCDHYDROPHOBICREGIONHYDROPHILICREGIONMedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]203.糖脂(GL)鞘胺醇鞘胺醇糖脂分子半乳糖苷脂糖脂与鞘磷脂相似，也是鞘氨醇的衍生物。MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]21表5-2某些生物膜膜脂的组成(脂总重量百分数)脂人的红细胞人的髓鞘牛心脏线粒体E.coli磷脂酸(PA)1.50.500磷脂酰胆碱(PC)1910390磷脂酰乙醇胺(PE)18202765磷脂酰甘油(PG)00018磷脂酰丝氨酸(PS)8.58.50.50心磷脂0022.512鞘磷脂17.58.500糖脂102600胆固醇222630MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]22表5-3某些膜脂的功能脂存在的膜功能磷脂酰胆碱存在于大多数膜中形成脂双层磷脂酰乙醇胺存在于大多数膜中起界膜的作用，防止水磷脂酰丝氨基存在于大多数膜中溶性物质的自由扩散心磷脂线粒体内膜激活染色体磷脂酰肌醇存在于大多数膜作为三磷酸肌醇供体鞘脂多数哺乳动物细胞，特别是神经细胞屏障作用，激活某些酶糖脂叶绿体类囊体的膜的主要脂类屏障作用胆固醇大多数动物细胞膜大多数动物细胞膜膜的流动性MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]23水水水磷脂分子团磷脂双层磷脂脂质体脂类分子是兼性分子，在水溶液中能自动形成双分子层结构。当兼性分子被水环境包围时，它们就聚集起来，使疏水的尾部埋藏在里面，亲水的头部露在外面，与水接触。可能存在有两种形式，形成球状的分子团(micelle)，或把尾部包在里面；形成双分子层(bilayer)，把疏水的尾部夹在头部的中间。MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]24LiposomeMedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]25MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]26(二)膜蛋白在不同细胞中膜蛋白(membraneproteins)的含量及类型有很大差异。MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]27依在膜上存在方式不同可分为两大类(五小类)。膜蛋白：生物膜所含的蛋白质。膜蛋白外周蛋白(周围蛋白)：镶嵌蛋白(整合蛋白)：多附在膜的内外表面，为水溶的，非共价地结合在镶嵌蛋白上。不同程度镶嵌在脂双层的内部，也称膜内在蛋白。有的跨越膜双层，也称做跨膜蛋白(transmembraneprotein)。1.膜蛋白的类型MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]28MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]291.单次穿膜：单条α-螺旋贯穿脂质双层。脂质双层非胞质面胞质面123452.多次穿膜：数条α-螺旋几次折返穿越脂质双层。3.非穿越性共价结合：不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层脂质的烃链结合。4.与磷脂酰肌醇结合：镶嵌蛋白通过自己的一个寡糖链与磷脂酰肌醇（在非胞质面的单层）共价结合。镶嵌蛋白5.外周蛋白：附在膜的内外表面，非共价地结合在镶嵌蛋白上。跨膜蛋白人红细胞血影MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]30Integralmembraneproteins:1,2,3,and4Peripheralmembraneproteins:5and6MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]31膜周边蛋白(外在蛋白)不直接与脂双层疏水部分相互连接，它们常常通过内在蛋白间接与膜连接，或直接与脂类分子极性头部结合，例如血影蛋白、锚定蛋白和细胞骨架蛋白结合于红细胞的细胞膜的内表面，而糖被的一些蛋白结合于外表面。大多数膜周边蛋白溶解于水，通过离子键或弱键与特定的膜内在蛋白相结合。用高浓度盐溶液或某些化学物质可以将许多周边蛋白从膜上除去，高盐溶液可以破坏离子键。多数膜周边蛋白不用去垢剂溶解，它们不与膜的疏水部分直接连接。膜周边蛋白一般约占膜蛋白的20％～30％，而红细胞膜中占50％左右。MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]322.膜蛋白的功能维持细胞的形态（机械支持）物质运输能量转换信息传递免疫癌变MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]33SOMECLASSESOFMEMBRANEPROTEINSAdenylylcyclaseCatalysisEnzymesGlucose,GlutamateImportandexportofsubstancesTransportersAcetylcholine(nicotinic),GABAAMaintenanceofionicgradients,transmissionIonChannelsInsulin,GlucagonSignalrecognitionandtransductionReceptorsActin,Spectrin,AnkyrinCell-cellcontact,cytoskeletalorganisationStructuralEXAMPLESFUNCTIONSCLASS按功能不同可将膜蛋白分为五类。MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]34表5-4某些膜蛋白及其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MedicalCellBiology杨保胜细胞生物学与遗传学教研室[e-mail]35膜中含有的糖类称为膜糖类或膜碳水化合物。膜糖类糖类+膜脂共价键糖脂糖类+膜蛋白