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当前位置:首页 > 行业资料 > 交通运输 > 第五章 细胞膜的分子结构和特性
郑州大学基础医学院细胞生物学与医学遗传学教研室封青川fengqingchuan@zzu.edu.cn第五章细胞膜的分子结构和特性2Contents细胞膜的分子结构膜的理化特征3构成细胞的三大要素一套完整的代谢系统(独立生存)一套遗传信息(繁殖)质膜(包围)4biologicalmembrane=plasmamembrane+intracellularmembrane生物膜=质膜+细胞内膜生物膜biologicalmembrane5第一节细胞膜的化学组成6膜的化学组成成分含量脂质30%-60%蛋白质20%-70%糖类2%-10%其他水、无机盐、金属离子等7一、膜脂1、磷脂•磷酸甘油酯•鞘磷脂2、胆固醇3、糖脂:脑苷脂、神经节苷脂磷脂酰胆碱(卵磷脂)磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)磷脂酰丝氨酸8鞘氨醇磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰胆碱鞘磷脂9胆固醇与磷脂的碳氢链相互作用,增加质膜的强度,降低膜的流动性10糖脂:脑苷脂、神经节苷脂半乳糖脑苷脂GM1神经节苷脂鞘磷脂11膜脂的共同特征:兼性分子(双亲媒性分子)非极性尾部疏水极性头部亲水12膜脂分子的物理特性脂质体分子团磷脂双层13二、膜蛋白按照与膜的结合关系分类:1、内在蛋白质(integralprotein)镶嵌蛋白质(mosaicprotein)2、周围蛋白质(peripheralprotein)外在蛋白质14分子结构:膜蛋白主要是球状蛋白质,单体或多聚体。一般为α螺旋。15Theperipheralproteincanattachtothemembranesurfacebyionicinteractionwithanintegralmembraneproteinoranotherperipheralmembraneprotein,orbyinteractionwiththepolarheadgroupsofthephospholipids.16根据Singer分类法,整合性膜蛋白有以下六种类型:I型:一次跨膜,多肽链的N端在胞膜外,C端在胞内。如免疫球蛋白超家族(1gSF)成员。Ⅱ型:一次跨膜,多肽链的C端在胞膜外,N端在胞内。如肿瘤坏死因子超家族成员的分子。Ⅲ型:一条多肽链多次跨膜,跨膜次数有二、三、四、五、六或七次等,其中四次跨膜超家族(TM4—SF)和七次跨膜受体超家族(STR-SF)分子较为常见。如趋化因子受体均属STM-SF,又称G蛋白偶联受体(Gprotein-coupledreceptor)。Ⅳ型:由多个跨膜亚单位组成。V型:多肽链以糖基磷脂酰肌醇(GPl)连接于细胞膜的脂质双层中,如GPI连接的CDl6、CD55和CD58等。Ⅵ型:一条多肽链的一端以GPI形式连接于胞质膜,另一端是一次或多次跨膜,如膜桥蛋白。17TypeIVproteinsareshownincross-sectionashavingtwohomologousdomainsdefininganaqueoustransmembranechannel,butthenumber,n,ofdomainscanvary.18三、膜糖类1、结构:一般由1~10个单糖或单糖衍生物(葡萄糖、葡萄糖胺、半乳糖、半乳糖胺、甘露糖、岩藻糖、唾液酸等)组成寡糖链(直链、分支链)192、存在方式:糖脂、糖蛋白20一、膜的分子结构模型1902,Overton,细胞膜由脂类构成1925,Gorter等,膜由双层脂类构成1935,Denielli等,片层结构模型1972,S.J.Singer等,液态镶嵌模型1975,Wallach,晶格镶嵌模型1977,Jain等,板块镶嵌模型1959,Roberson,单位膜模型21Lipidbilayersselfformbecausethehydro-phobicendsoftheirconstituentmoleculesfaceinward,packedtogetherawayfromwater,whilethehydrophilicheadsfaceoutward,towardthewatersolvent.LipidbilayersselfformmicellesurfacefilmwaterwatersyntheticPLbilayersphericalliposomelipidmonolayerH2OH2OH2OH2OH2OH2O22So,themembraneisformedfromtwolayersofamphipathiclipidmolecules.Thehydrophilicpolarheadsofthelipidsfacetheaqueoussolutiononbothsidesofthemembrane,whereasthehydrophobicnonpolarfattyacidtailsfaceinward,towardeachother.GorterandGrendel’smodal23ThemodelproposedbyDanielliandDavsonwasbasicallyasandwichoflipidscoveredonbothsideswithproteins(In1935).Laterversionsofthemodelincludedactivepatchesandproteinlinedpores(Danielli1975).TheLamellaStructureModelHowever,theyvisualizedtheproteinasbeingattachedtoonlytheperipheryofthemembranebyassociationwiththepolarheadgroupsofthephospholipids.24TheUnitMembraneModelIn1950's,Underelectronmicroscope,Robertsonnotedmembraneshaveacharacteristictrilaminarappearanceconsistingoftwodarkerouterlinesandalighterinnerregion.(Hesawnospacesforporesintheelectronmicrographs.)Hehypothesizedthatthetwoouter,darkerlinesaretheproteinlayersandtheinnerregionisthelipidbilayer.25冰冻蚀刻技术示意图糖链外层内层蛋白质磷脂26(三)液态镶嵌模型fluidmosaicmodel观点:1、流动的脂双层构成膜的连续主体;流动性,有序性2、球状蛋白质镶嵌在脂双层中;分布不对称性缺陷:忽视蛋白质对脂类流动性的控制;忽视膜各部分流动性的不均一性。27Since1972,thefluidmosaicmodelhasbeenmodifiedbecauseofmorerecentdiscoveries,butitstillremainsthemodelpreferredbybiologiststoday.Itexplainsthecurrentknowledgeofmembranestructureandalsoservesasthebasisforourunderstandingofhowmembranesfunction.281、液态与晶态、有序与无序之间变化;2、强调流动的局部性。(四)晶格镶嵌模型1、有序结构板块被无序的流动板块分割;2、板块流动性不同。(五)板块镶嵌模型29脂筏模型•在生物膜的脂双分子层的外层,富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域,大小约70nm左右。由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链,分子间的作用力较强,所以这些区域结构致密,介于无序液体与液晶之间,这些微结构域是鞘磷脂与胆固醇的动态集合,如同“脂筏”一样,脂筏上载着蛋白质。•推测一个100µm大小的脂筏可载有600个蛋白质分子•脂筏可以选择地接受某种蛋白质,它对特定的蛋白质的亲和性由胞内或胞外的刺激物调控.301.Non-raftmembrane2.Lipidraft3.Lipidraftassociatedtransmembraneprotein4.Non-raftmembraneprotein5.Glycosylationmodifications(onglycoproteinsandglycolipids)6.GPI-anchoredprotein7.Cholesterol8.Glycolipid31膜脂分布的不对称性膜蛋白分布的不对称性膜糖分布的不对称性二、膜的理化特征(一)膜的不对称性功能的方向性32膜脂分布的不对称性外层磷脂层占磷脂总量的百分数胞质面磷脂层磷脂总量神经磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰丝氨酸磷脂酰乙醇胺33膜蛋白、膜糖分布的不对称性蛋白颗粒在内外两层磷脂中的分布不同跨膜蛋白两亲水端的不对称分布34Freeze-fractureelectronmicrographoftheredbloodcellmembrane.TheextracellularleafletiscalledtheE-face,theprotoplasmicleafletiscalledtheP-face.Intramembranousparticlesarefoundonbothleafletfaces,butaremoredenselydistributedontheconvexP-face.•Biologicalmembranesareasymmetric353637(二)膜的流动性1、膜脂的流动性1.侧向扩散2.旋转运动3.摆动运动4.伸缩震荡5.翻转运动6.旋转异构382、膜蛋白的运动性45分钟后人细胞小鼠细胞融合细胞人-鼠细胞融合过程中膜蛋白的相互扩散运动39Experimentdemonstrationthemixingofplasmamembraneproteinsonmouse-humanhybridcells40成帽反应荧光素标记蛋白激光漂白某一区域荧光恢复荧光漂白恢复法413、影响膜流动性的因素(1)脂肪酸链的长度和不饱和程度(2)胆固醇与磷脂的比例(3)卵磷脂与鞘磷脂的比例(4)膜蛋白的影响(5)其他因素(环境温度、pH等)42脂肪酸链的长度和不饱和程度的影响胆固醇的影响43膜蛋白的运动性受细胞内细胞骨架的控制44晶态液晶态液态温度对膜流动性的影响45第六章细胞表面及其特化46Contents细胞表面细胞表面的特化结构细胞连接细胞外基质47细胞微绒毛扫描电镜照片一、细胞表面48指包围在细胞质外层的一个复合结构体系和多功能体系,是细胞与外界环境物质相互作用并产生各种复杂功能的部位。其结构以质膜为主体,包括质膜外的细胞外被(糖萼)和质膜内侧的胞质溶胶。广义上还包括细胞连接和其它一些特化结构。(一)定义49细胞表面结构示意图50(二)细胞外被(糖萼,glycocalyx)1.组成与细胞膜相连的糖链部分2.功能保护作用细胞识别与通讯作用物质运输作用抗原部位51(三)胞质溶胶1.组成细胞膜下厚0.1-0.2µm的较粘滞物质,含较多微丝和微管。2.功能与细胞的形态、运动等有密切关系52二、细胞表面的特化结构微绒毛(microvillus)褶皱(ruffle)圆泡(bleb)细胞内褶(cellinfolding)纤毛和鞭毛(ciliaandflagella)531.分布动物细胞的游离面2.结构质膜突出,内部细胞质延伸支撑3.功能(1)扩大细胞膜表面积,利于物质交换(2)游走细胞的“运动工具”(一)微绒毛(microvillus)54微绒毛55(二)细胞内褶(cellinfolding)1.分布肾小管等细胞基底面2.结构质膜向胞质内陷3.功能扩大表面积56(三)纤毛和鞭毛(ciliaandflagellum)1.分布鞭毛是原生动物和精子的运动器官纤毛分布于呼吸道上皮,生殖道上皮2.
本文标题:第五章 细胞膜的分子结构和特性
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