002细胞膜及其表面1

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1、第二篇第二篇 细胞膜及其表面细胞膜及其表面第二篇第二篇 细胞膜及其表面细胞膜及其表面 细胞膜的分子结构和特性细胞膜的分子结构和特性 细胞表面及其特化细胞表面及其特化 细胞膜与物质转运细胞膜与物质转运 细胞膜与细胞识别细胞膜与细胞识别 膜受体与细胞的信号转导膜受体与细胞的信号转导 细胞膜与医药学细胞膜与医药学第五章第五章 细胞膜的分子结构和细胞膜的分子结构和特性特性molecular structure and molecular structure and character of the cell membranecharacter of the cell membrane第一节第一节 膜的

2、化学组成膜的化学组成一、膜脂一、膜脂(一一).).磷脂磷脂 膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类型类型：磷脂：膜脂的基本成分磷脂：膜脂的基本成分（5050以上以上）;包括包括甘油磷脂和鞘磷脂二类；甘油磷脂和鞘磷脂二类；1 1.甘油磷脂甘油磷脂：1 1).).具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪酸链）酸链）(心磷脂除外心磷脂除外)；2 2).).脂肪酸碳链碳原子为偶数脂肪酸碳链碳原子为偶数（多数由多数由1616，1818或或2020个组成个组成)；3 3).).有有饱和脂肪酸饱和脂肪酸（如软脂酸如软脂酸）及不饱和脂肪及不饱和脂

3、肪酸酸（如油酸如油酸）之分；）之分；2 2.鞘磷脂鞘磷脂(sphingomyelinsphingomyelin，SMSM)：在脑在脑和神经细胞膜中特别丰富。以鞘胺醇和神经细胞膜中特别丰富。以鞘胺醇(sphingoinesphingoine)为骨架，与一条脂肪酸链组成为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部也含胆碱与磷酸结合。疏水尾部，亲水头部也含胆碱与磷酸结合。原核细胞、植物中没有鞘磷脂。原核细胞、植物中没有鞘磷脂。磷酸胆碱磷酸胆碱磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）甘油甘油 phospholipids in plasma membranesphospholipids in plasm

4、a membranes PEPE 脑磷脂脑磷脂 PSPS 磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸 PCPC 卵磷脂卵磷脂 PIPI 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇 心磷脂心磷脂(DiphosphatidylglycerolDiphosphatidylglycerol)：具有四个非极性尾：具有四个非极性尾部部鞘磷脂鞘磷脂一、膜脂一、膜脂(二二).).胆固醇胆固醇胆固醇胆固醇 存在真核细胞膜上，存在真核细胞膜上，含量约膜脂的含量约膜脂的1/31/3，植，植物细胞膜中含量较少物细胞膜中含量较少;功能：提高膜的稳定功能：提高膜的稳定性，调节流动性，降低性，调节流动性，降低水溶性物质的通透性。水溶性物质的通透性。胆固醇分子结构

5、胆固醇分子结构(A A)及其在细胞膜中的位置及其在细胞膜中的位置(B B)一、膜脂一、膜脂(三三).).糖脂糖脂 约占约占5 5以下，神经细胞膜含量高，以下，神经细胞膜含量高，约占约占5-105-10；两性分子，含糖而不含磷酸，由一个两性分子，含糖而不含磷酸，由一个或多个糖残基与鞘氨醇的羟基结合或多个糖残基与鞘氨醇的羟基结合;糖脂结构糖脂结构变化复杂，神经节苷脂是神变化复杂，神经节苷脂是神经元经元细胞细胞膜中的特征性成分。膜中的特征性成分。脂质体脂质体是根据磷脂分子可在水相中形是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。直径直径2510

6、00nm251000nm不等不等；脂质体脂质体的的类型类型:脂质体的脂质体的应用应用:1 1.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；2 2.脂质体中裹入脂质体中裹入DNADNA可用于基因转移；可用于基因转移；3 3.在临床治疗中，脂质体作为药物或酶等载体在临床治疗中，脂质体作为药物或酶等载体;葡萄脑苷脂葡萄脑苷脂油酸油酸鞘氨醇鞘氨醇 GlycolipidsGlycolipids A:A:半乳糖脑苷脂半乳糖脑苷脂 B:B:G GM1M1神经苷脂神经苷脂 C:C:唾液酸唾液酸脂在水中的行为脂在水中的行为(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

7、质体；球形脂质体；(c c)平面单层脂质体膜；平面单层脂质体膜；(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 Protective layer of Protective layer of polyethyleneglycolpolyethyleneglycol聚乙二醇保聚乙二醇保护层护层A AD DB BC CAntibody Antibody 抗体抗体Drug crystallizes Drug crystallizes in aqueous fliuidin aqueous fliuid 水溶性水溶性药药物物结结晶晶Lipid-soluble Lipid-solub

8、le drug in bilayerdrug in bilayer双层双层膜包被的脂膜包被的脂溶性溶性药药物物Lipid Lipid bilayerbilayer二、膜蛋白二、膜蛋白 占核基因组编码蛋白质的占核基因组编码蛋白质的30%30%左右左右；根据与脂分子的结合方式分为：根据与脂分子的结合方式分为：1 1.整合蛋白整合蛋白(integral proteinintegral protein););2 2.外周蛋白外周蛋白(peripheral proteinperipheral protein););3 3.脂锚定蛋白脂锚定蛋白(lipid-anchored proteinlipid-an

9、chored protein););二、膜蛋白二、膜蛋白(一一).).膜内在蛋白质膜内在蛋白质 1 1.内在内在/整合整合/镶嵌膜蛋白镶嵌膜蛋白(intrinsic/intrinsic/integral/mosaic membrane proteinsintegral/mosaic membrane proteins):非非水溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧水溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密，需用去垢剂才能从膜上洗涤下来密，需用去垢剂才能从膜上洗涤下来;2 2.内在膜蛋白与膜脂结合的方式：内在膜蛋白与膜脂结合的方式：膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏

10、水核心的心的相互作用相互作用。跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸残基与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，或带负电磷脂分子带负电的极性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过的氨基酸残基通过CaCa2+2+、MgMg2+2+等阳离子与带负电等阳离子与带负电的磷脂极性头的磷脂极性头相互作用相互作用。某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残某些膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合脂肪酸分子，插入脂双层之间，进基上共价结合脂肪酸分子，插入脂双层之间，进一步加强膜蛋白与脂双层的结合力，还有少数蛋一步加强膜蛋白与脂双层的结合力，还有少数蛋白与糖脂共价结合。白与糖脂

11、共价结合。3 3.X X射线晶体衍射技术分析跨膜蛋白射线晶体衍射技术分析跨膜蛋白:二、膜蛋白二、膜蛋白(二二).).膜外在蛋白质膜外在蛋白质 1 1.外在外在(外周外周)膜蛋白膜蛋白(extrinsic/peripheral membrane proteinsextrinsic/peripheral membrane proteins):水溶性蛋白，靠离子键或其它弱键与水溶性蛋白，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，易分离共价结合，易分离;2 2.脂质锚定蛋白脂质锚定蛋白(lipid-anchored proteinslip

12、id-anchored proteins):通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。分为两类：分为两类：1 1).).糖磷脂酰肌醇糖磷脂酰肌醇(GPIGPI)连接的蛋白连接的蛋白：用磷脂酶用磷脂酶C C(能识别含肌醇的磷脂能识别含肌醇的磷脂)处理处理细胞，能释放出结合的蛋白。许多细胞表面细胞，能释放出结合的蛋白。许多细胞表面的受体、酶、细胞粘附分子和引起羊瘙痒病的受体、酶、细胞粘附分子和引起羊瘙痒病的的PrPPrPC C都是这类蛋白。都是这类蛋白。2 2).).另一类脂锚定蛋白与插入质膜内小叶另一类脂锚定蛋白与插入质膜内小叶的长碳氢链结合。的长碳氢链结合。三、膜糖类三、

13、膜糖类 膜中的糖约占膜重量的膜中的糖约占膜重量的2%2%10%10%，糖含量的，糖含量的多少依细胞的不同而不同多少依细胞的不同而不同；细胞质膜上所有的膜糖细胞质膜上所有的膜糖(membrane carbomembrane carbo-hydratehydrate)都位于质膜的外表面，都位于质膜的外表面，内膜系统中的膜内膜系统中的膜糖都位于内表面；糖都位于内表面；动物细胞质膜上的动物细胞质膜上的膜糖种类：葡萄糖、半乳膜糖种类：葡萄糖、半乳糖、甘露糖、岩藻糖、糖、甘露糖、岩藻糖、氮乙酰葡萄糖胺氮乙酰葡萄糖胺、氮乙酰氮乙酰半乳糖胺和唾液酸半乳糖胺和唾液酸7 7种；种；膜糖的存在方式：膜糖的存在方式：

14、糖脂或糖蛋白糖脂或糖蛋白；MNMN血型抗原和血型抗原和ABOABO血型抗原血型抗原：整合蛋白整合蛋白跨膜多肽链以跨膜多肽链以螺旋的方式穿过脂质双层螺旋的方式穿过脂质双层外周蛋白外周蛋白脂锚定蛋白脂锚定蛋白末端氨基酸与脂肪酸末端氨基酸与脂肪酸之间的酰胺键之间的酰胺键半胱氨酸与异戊烯半胱氨酸与异戊烯之间的硫酯键之间的硫酯键蛋白质通过异戊烯蛋白质通过异戊烯基团锚定到膜上基团锚定到膜上蛋白质通过脂肪酸链蛋白质通过脂肪酸链锚定到膜上锚定到膜上十四烷基锚定十四烷基锚定法呢基锚定法呢基锚定,integral protein integral protein；,lipid-anchored lipid-anc

15、hored proteinprotein ,peripheral protein peripheral protein；A typical single-pass trans-A typical single-pass trans-membrane protein.membrane protein.Note Note that the polypeptide chain that the polypeptide chain tra-verses the lipid bilayer tra-verses the lipid bilayer as a right-handed a helix as

16、 a right-handed a helix a n d t h a t t h e a n d t h a t t h e oligosaccharide chains and oligosaccharide chains and disulfide bonds are all on disulfide bonds are all on the noncytosolic surface of the noncytosolic surface of the membrane.Disulfide the membrane.Disulfide bonds do not form between

17、bonds do not form between the sulfhydrylthe sulfhydryl groups in the groups in the cytoplasmic domain of the cytoplasmic domain of the p r o t e i n p r o t e i n b e c a u s e t h e b e c a u s e t h e reducing environment in the reducing environment in the cytosol maintains these cytosol maintains

18、 these groups in their reducedgroups in their reduced(-SHSH)formform.The three-dimensional structure of The three-dimensional structure of a bacteria rhodopsin molecule.The a bacteria rhodopsin molecule.The polypeptide chain crosses the lipid polypeptide chain crosses the lipid bilayerbilayer as sev

19、en a helices.as seven a helices.The location of the chro-mophore and the probable pathway taken by protons during the light-activated pumping cycle are shown.When activated by a photon,the chromophore is thought to pass an H+to the side chain of aspartic acid 85.Subsequently,three other H+transfers

20、are thought to complete the cyclefrom aspartic acid 85 to the extracellular space,from aspartic acid 96 to the chromophore,and from the cytosol to aspartic acid 96.(R.Henderson et al.J.Mol.Biol.213:899-929)糖与多肽连接的两种方式糖与多肽连接的两种方式MNMN血型糖蛋白在红细胞膜中的结构方式血型糖蛋白在红细胞膜中的结构方式(多肽链含有多肽链含有131131个氨基酸残基。在脂质双层中个氨基酸残基

21、。在脂质双层中约有约有3030个氨基酸残基以个氨基酸残基以螺旋通过螺旋通过)半乳糖半乳糖葡萄糖葡萄糖氮乙酰葡萄糖胺氮乙酰葡萄糖胺岩藻糖岩藻糖氮乙酰半乳糖胺氮乙酰半乳糖胺前体物质前体物质ABOABO血型抗原血型抗原第五章第五章 细胞膜的分子结构和细胞膜的分子结构和特性特性molecular structure and molecular structure and character of the cell membranecharacter of the cell membrane第二节第二节 膜的分子结构膜的分子结构 膜的分子结构膜的分子结构模型模型 E.GorterE.Gorter和和F.

22、GrendelF.Grendel(19251925):):“蛋白质蛋白质-脂类脂类-蛋白质蛋白质”三夹板质膜结构模型；三夹板质膜结构模型；J.D.RobertsonJ.D.Robertson(19591959)：单位膜模型单位膜模型(unit unit membrane modelmembrane model););S.J.SingerS.J.Singer和和G.NicolsonG.Nicolson(19721972):):生物膜生物膜的流动镶嵌模型的流动镶嵌模型(fluid mosaic modelfluid mosaic model);K.SimonsK.Simons et al et a

23、l(19971997)：脂筏模型脂筏模型(lipid lipid rafts modelrafts model););Functional rafts in Cell membranes.Nature Functional rafts in Cell membranes.Nature 387:569-572387:569-572细胞膜的研究历史细胞膜的研究历史 E.OvertonE.Overton(18951895)用植物的根毛做实验，发用植物的根毛做实验，发现脂溶性物质很容易进入细胞，而水溶性的物质现脂溶性物质很容易进入细胞，而水溶性的物质却不能。却不能。OvertonOverton实际上发

24、现了实际上发现了亲脂性亲脂性(lipophiliclipophilic)物质与细胞的关系物质与细胞的关系;LangmuirLangmuir(19191717)提出了提出了脂单层的概念脂单层的概念，是，是2020世纪初膜结构研究的基础，导致了脂双层的发世纪初膜结构研究的基础，导致了脂双层的发现现；E.GorterE.Gorter和和F.GrendelF.Grendel(19251925)根据对红细根据对红细胞的研究，首次提出质膜的基本结构是双脂分子胞的研究，首次提出质膜的基本结构是双脂分子层；层；DanielliDanielli和和DavsonDavson(19193535)提出提出“双分子片双

25、分子片层层”结构模型结构模型(lamella structure modellamella structure model)，即，即“蛋白质蛋白质-脂类脂类-蛋白质蛋白质”三夹板质膜结构模型，三夹板质膜结构模型，又叫三明治模型又叫三明治模型(Sandwich modelSandwich model)；J.D.RobertsonJ.D.Robertson(19591959)：单位膜模型单位膜模型(unit unit membrane modelmembrane model)整个膜厚度约为整个膜厚度约为7.57.5，强调，强调蛋白质为单层伸展的蛋白质为单层伸展的片层折叠；片层折叠；S.J.Sing

26、erS.J.Singer和和G.NicolsonG.Nicolson(19721972):):生物生物膜的膜的流动镶嵌模型流动镶嵌模型(fluid mosaic modelfluid mosaic model)，根据，根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果提出免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果提出;M.K.Jain and H.B.WhiteM.K.Jain and H.B.White(19197777)提出，提出，板板块镶嵌模型块镶嵌模型：在流动的类脂双分子层中存在许多大：在流动的类脂双分子层中存在许多大小不同，刚度较大的彼此独立移动的类脂板块小不同，刚度较大的彼此独立移动的类脂板块(有

27、有序结构序结构“板块板块”)。板块之间被流动的脂质区。板块之间被流动的脂质区(无序无序结构的结构的“板块板块”)分割。分割。膜功能的多样性可能与板块的性质和变化有关。膜功能的多样性可能与板块的性质和变化有关。K.SimonsK.Simons et al et al(19971997)：脂筏模型脂筏模型(lipid lipid rafts modelrafts model););Functional rafts in Cell membranes.Nature 387 Functional rafts in Cell membranes.Nature 387:569-572569-572 富含胆

28、固醇和鞘磷脂的微结构域富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域(称微区称微区)。介于。介于无序液体与液晶之间动态结构无序液体与液晶之间动态结构;在低温下为抗去垢剂膜在低温下为抗去垢剂膜(detergent resistant detergent resistant membranesmembranes，DRMsDRMs););象象一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系白质分选均有密切的关系;Polar nonpolar Overton a).Lipid nature of membrane 1900 1880 b).Lipid monopla

29、yer Langmuir LipidLipid在在LangmuirLangmuir水盘水盘中展现中展现脂单层脂单层c).Lipidbilayerd).Lipid bilayer plus protein lamellaGorter andGrendelGrendelDavson andDanielli19201940DanielliDanielli-DavsonDavson片层片层膜结构模型膜结构模型(修改后修改后19541954)J.D.RobertsonJ.D.Robertson的的单位膜结构模型单位膜结构模型单位膜模型单位膜模型Cell MembraneCell Membrane液态镶嵌

30、模型示意图液态镶嵌模型示意图Mechanisms of raft clustering.Mechanisms of raft clustering.(a a)Rafts Rafts(redred)are small at the plasma membrane,containing are small at the plasma membrane,containing only a subset of proteins.only a subset of proteins.(b b)Raft size is Raft size is increased by clustering,leading

31、 to a new mixture increased by clustering,leading to a new mixture of molecules.This clustering can be triggered in of molecules.This clustering can be triggered in different way.different way.脂质双层具有不同的脂筏结构，外层微区主脂质双层具有不同的脂筏结构，外层微区主要含有鞘磷脂、胆固醇及要含有鞘磷脂、胆固醇及GPIGPI-锚定蛋白锚定蛋白;内层微区主要含许多酰化的蛋白质，特别是内层微区主要含许多酰化的

32、蛋白质，特别是信号传导蛋白等信号传导蛋白等;脂筏在膜内形成的平台，一方面使许多蛋白脂筏在膜内形成的平台，一方面使许多蛋白质聚集在脂筏内，便于相互作用；另一方面，提质聚集在脂筏内，便于相互作用；另一方面，提供了有利于蛋白质变构的环境，使蛋白质形成有供了有利于蛋白质变构的环境，使蛋白质形成有效的构象效的构象;脂筏不仅存在于细胞膜，而且也存在于高尔脂筏不仅存在于细胞膜，而且也存在于高尔基体膜上基体膜上;SummarySummary:structures about biomembranestructures about biomembrane.磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分磷脂双分子层是组成

33、生物膜的基本结构成分,尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白；但在脂筏；但在脂筏中存在某些有助于其结构相对稳定的功能蛋白。中存在某些有助于其结构相对稳定的功能蛋白。蛋白分子以蛋白分子以不同方式镶嵌不同方式镶嵌在脂双层分子中或在脂双层分子中或结合在其表面结合在其表面,膜蛋白是赋予生物膜功能的主要膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者决定者;生物膜生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维流是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二维流体体;整合蛋白整合蛋白疏水疏水螺旋螺旋糖脂糖脂寡糖链寡糖链胆固醇胆固醇磷脂磷脂整合蛋白整合蛋白第五章第五章 细胞膜的分子结构和细胞膜的分子结构和特性特性molec

34、ular structure and molecular structure and character of the cell membranecharacter of the cell membrane第三节第三节 膜的特性膜的特性一、膜的不对称性一、膜的不对称性(一一).).膜蛋白分布的不对称膜蛋白分布的不对称ESES(extrocytoplasmicextrocytoplasmic surface surface)：质膜的细胞外表面：质膜的细胞外表面;PSPS(protoplasmicprotoplasmic surface surface)：质膜的原生质表面：质膜的原生质表面;EFE

35、F(extrocytoplasmicextrocytoplasmic face face)：质膜的细胞外小页断裂面质膜的细胞外小页断裂面;PFPF(protoplasmicprotoplasmic face face)：原生质小页断裂面原生质小页断裂面；膜蛋白的不对称性膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方向性和分布的区域性；膜蛋胞膜上都具有明确的方向性和分布的区域性；膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各种生理功能的保证有序的各种生理功能的保证;跨膜蛋白跨越脂质双分子层有一定方向性跨膜蛋白

36、跨越脂质双分子层有一定方向性;糖蛋白糖残基均分布在质膜的糖蛋白糖残基均分布在质膜的ESES面面;某些膜蛋白只有在特定膜脂存在时才能发挥某些膜蛋白只有在特定膜脂存在时才能发挥其功能。如：蛋白激酶其功能。如：蛋白激酶C C结合于膜的内侧，需要磷结合于膜的内侧，需要磷脂酰丝氨酸的存在下才能发挥作用；线粒体内膜的脂酰丝氨酸的存在下才能发挥作用；线粒体内膜的细胞色素氧化酶，需要心磷脂存在才具活性细胞色素氧化酶，需要心磷脂存在才具活性;一、膜的不对称性一、膜的不对称性(二二).).膜脂分布的不对称膜脂分布的不对称 糖脂仅存在于质膜的糖脂仅存在于质膜的ESES面，是完成其面，是完成其生理功能的结构基础生理功

37、能的结构基础;脂质双分子层中，脂质双分子层中，各层所含的磷脂种各层所含的磷脂种类有明显不同类有明显不同;无论在任何情况下无论在任何情况下，糖脂和糖蛋白只糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面，这些成分可能是细分布于细胞膜的外表面，这些成分可能是细胞表面受体，并且与细胞的抗原性有关。胞表面受体，并且与细胞的抗原性有关。二、膜的流动性二、膜的流动性(一一).).膜脂的流动性膜脂的流动性 膜膜脂的流动性脂的流动性;脂肪酸链越短，不饱和程度越高，膜脂的流脂肪酸链越短，不饱和程度越高，膜脂的流动性越大动性越大;温度对膜脂的运动有明显的影响温度对膜脂的运动有明显的影响;在动物细胞中，胆固醇对膜的流动性起重要在

38、动物细胞中，胆固醇对膜的流动性起重要的双向调节作用的双向调节作用;膜脂的种热运动方式：膜脂的种热运动方式：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););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双层脂分子之间的翻转运动;膜脂运动的几种形式膜脂运动的几种形式二、膜的流动性二、膜的流动性(二二).).膜蛋白的运动性膜蛋白的运动性荧光抗体免疫标记与细胞融合实验显示膜蛋白的流动性荧光抗体免疫标记与细胞融合实验显示膜蛋白的流动性荧光抗体免疫标记实验显示荧光抗体免疫标记实验显示:成斑现象成斑现象(patchingpa

39、tching)膜蛋白流动性的证据膜蛋白流动性的证据:成帽现象成帽现象(cappingcapping)二、膜的流动性二、膜的流动性(三三).).影响膜流动性的因素影响膜流动性的因素 膜膜的流动性受多种因素影响的流动性受多种因素影响;脂肪酸链的长度和不饱和程度脂肪酸链的长度和不饱和程度;胆固醇与磷脂之间的比值胆固醇与磷脂之间的比值;卵磷脂和鞘磷脂之间的比值卵磷脂和鞘磷脂之间的比值;膜蛋白的影响膜蛋白的影响;其他因素：温度、酸碱度、离子强度等其他因素：温度、酸碱度、离子强度等;膜流动性的生理意义：膜流动性的生理意义：质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。当膜

40、的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止跨膜运输将停止；如果流动性过高，又会造成膜的溶解如果流动性过高，又会造成膜的溶解；细胞膜的冰冻蚀刻图细胞膜的冰冻蚀刻图0%total membrane lipid%total membrane lipidSMPEPICIPSPCTPLExoplasmicExoplasmicCytosolicCytosolic人红细胞膜上磷脂人红细胞膜上磷脂(和胆固醇和胆固醇)的不对称分布的不对称分布SM：鞘磷脂：鞘磷脂PE：磷脂酰乙醇胺：磷脂酰乙醇胺PI：磷脂酰肌醇：磷脂酰肌醇CI：胆固醇：胆固醇PS：磷脂酰丝氨

41、酸：磷脂酰丝氨酸PC：磷脂酰胆碱：磷脂酰胆碱TPL：总脂量总脂量2525第六章第六章 细胞表面及其特化细胞表面及其特化cell surface and specificitycell surface and specificity第一节第一节 细胞细胞外被与胞质溶胶外被与胞质溶胶 细胞表面细胞表面：细胞膜细胞膜 +细胞外被细胞外被 +细胞外基质细胞外基质；细胞表面的功能细胞表面的功能:保护细胞，使细胞有一个相对稳定的内环境保护细胞，使细胞有一个相对稳定的内环境;参与信号的识别和信息的传递参与信号的识别和信息的传递；参与细胞运动参与细胞运动；维护细胞的各种形态；维护细胞的各种形态；与免疫、癌变等

42、有十分密切关系；与免疫、癌变等有十分密切关系；一、细胞外被一、细胞外被 细胞细胞外被：外被：动物细胞表面的一层富含糖类物质的结构，动物细胞表面的一层富含糖类物质的结构，称为细胞外被或糖萼称为细胞外被或糖萼(glycocalyxglycocalyx)。往往与膜蛋白。往往与膜蛋白或膜脂共价结合；或膜脂共价结合；细胞外被的功能细胞外被的功能:Mediate cell-cell and cell-substratum Mediate cell-cell and cell-substratum interactionsinteractions.Provide mechanical protection

43、to cell.Provide mechanical protection to cell.Simplified diagram of the cell coat Simplified diagram of the cell coat(glycocalyxglycocalyx)二、胞质溶胶二、胞质溶胶细胞表面结构示意图细胞表面结构示意图 膜骨架：膜骨架：膜骨架的概念：指细胞质膜下与膜蛋白相膜骨架的概念：指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，位于细胞质膜下连的由纤维蛋白组成的网架结构，位于细胞质膜下约约0.20.2厚的溶胶层；它参与维持细胞质膜的形状厚的溶胶层；它参与维持细胞质膜的

44、形状并协助质膜完成多种生理功能。并协助质膜完成多种生理功能。膜骨架膜骨架的功能的功能:维持质膜形状并协助质膜完成多种生理功维持质膜形状并协助质膜完成多种生理功能能;红细胞红细胞的生物学特性的生物学特性：血影血影(ghostghost)：红细胞经低渗处理破裂：红细胞经低渗处理破裂后，后，释放出内容物，留下一个保持原形的空壳释放出内容物，留下一个保持原形的空壳；膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度具有较高强度；红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白及膜骨架：经经SDSSDS-聚聚丙烯酰胺凝胶电泳分析，血影成分主要有丙烯酰胺凝胶电泳分析，血影成分主要有：

45、血影蛋白：由结构相似的血影蛋白：由结构相似的链、链、链组成链组成异二聚体，两个二聚体头与头相接连形成四聚体异二聚体，两个二聚体头与头相接连形成四聚体;锚蛋白锚蛋白(ankyrinankyrin)：与血影蛋白和带：与血影蛋白和带3 3蛋白蛋白的胞质部相连，将血影蛋白网络连接到质膜上的胞质部相连，将血影蛋白网络连接到质膜上;带带3 3蛋白：阴离子载体，通过交换蛋白：阴离子载体，通过交换ClCl-，使，使HCOHCO3 3-进入红细胞。为二聚体，每个单体跨膜进入红细胞。为二聚体，每个单体跨膜1212次次；血型糖蛋白：单次跨膜糖蛋白，血型糖蛋白：单次跨膜糖蛋白，有有131131个个氨基酸，氨基酸，N-

46、N-端在膜外侧，结合端在膜外侧，结合1616条寡糖链；条寡糖链；C-C-端端在胞质面，链较短，在胞质面，链较短，功能尚不明确，与功能尚不明确，与MNMN血型有血型有关，与带关，与带4.14.1蛋白相连；蛋白相连；红细胞质膜蛋白及膜骨架问题提出的红细胞质膜蛋白及膜骨架问题提出的依据：依据：没有细胞器；质膜是惟一的膜结构；没有细胞器；质膜是惟一的膜结构；行程：行程：500,000500,000米，要多次穿过小于自身直米，要多次穿过小于自身直径一半径一半的微小通道；又要经过心脏内瓣膜涡流冲击的微小通道；又要经过心脏内瓣膜涡流冲击;要在脾脏内经受少氧、低要在脾脏内经受少氧、低pHpH值的不利条件值的不

47、利条件;但始终保持结构的完整但始终保持结构的完整；所以，骨架系统赋与了红细胞质膜的刚性与韧所以，骨架系统赋与了红细胞质膜的刚性与韧性。性。膜骨架的构成膜骨架的构成：血血影蛋白四聚体游离端与短肌动蛋白纤维影蛋白四聚体游离端与短肌动蛋白纤维(约约13131515单体单体)相连，形成血影蛋白网络。通过相连，形成血影蛋白网络。通过两个锚定点两个锚定点固定在质膜下方固定在质膜下方：1.1.通过带通过带4.14.1蛋白与血型糖蛋白连结；蛋白与血型糖蛋白连结；2.2.通过锚蛋白与带通过锚蛋白与带3 3蛋白相连蛋白相连;这一骨架系统赋与了红细胞质膜的刚性与这一骨架系统赋与了红细胞质膜的刚性与韧性，得以几百万次

48、地通过比它直径还小的微血管、韧性，得以几百万次地通过比它直径还小的微血管、动脉、静脉动脉、静脉。低渗裂解低渗裂解 封闭血影封闭血影 渗漏血影渗漏血影 裂解和再封闭裂解和再封闭 洗涤和重封洗涤和重封 洗涤洗涤 外翻性小泡外翻性小泡 正常方向的小泡正常方向的小泡 红细胞血影及封闭、未封闭小泡的形成红细胞血影及封闭、未封闭小泡的形成(A A)考马斯亮蓝染色的胶考马斯亮蓝染色的胶;(;(B B)表示凝胶上主要蛋白质的位置。表示凝胶上主要蛋白质的位置。原肌球调节原肌球调节蛋白蛋白锚蛋白锚蛋白血型糖蛋白血型糖蛋白血影蛋白四聚体血影蛋白四聚体内收蛋白内收蛋白原肌球原肌球蛋白蛋白肌动肌动蛋白蛋白带带3 3蛋白

49、二聚体蛋白二聚体第六章第六章 细胞表面及其特化细胞表面及其特化cell surface and specificitycell surface and specificity第二节第二节 细胞细胞表面的特化结构表面的特化结构一、微绒毛一、微绒毛 质膜常带有许多特化的附属结构。如：微绒质膜常带有许多特化的附属结构。如：微绒毛、褶皱、纤毛、鞭毛等等，这些特化结构在细毛、褶皱、纤毛、鞭毛等等，这些特化结构在细胞执行特定功能方面具有重要作用。由于其结构胞执行特定功能方面具有重要作用。由于其结构细微，多数只能在电镜下观察到。细微，多数只能在电镜下观察到。微绒毛微绒毛(microvillimicrovil

50、li):):是细胞表面伸出的细长突起，广泛存在于动是细胞表面伸出的细长突起，广泛存在于动物细胞表面物细胞表面;直径约为直径约为0.10.1。内芯由肌动蛋白丝束组成。内芯由肌动蛋白丝束组成。肌动蛋白丝之间由许多微绒毛蛋白肌动蛋白丝之间由许多微绒毛蛋白(villinvillin)和丝束和丝束蛋白蛋白(fimbrinfimbrin)组成的横桥相连组成的横桥相连;微绒毛微绒毛的功能的功能:扩大了细胞的表面积，有利于细胞同外环扩大了细胞的表面积，有利于细胞同外环境的物质交换。如小肠上微绒毛，使细胞表面积境的物质交换。如小肠上微绒毛，使细胞表面积扩大了扩大了3030倍。倍。小鼠小肠上皮细胞的冰冻断裂电镜照

51、片小鼠小肠上皮细胞的冰冻断裂电镜照片MM为线粒体，为线粒体，MVMV为微绒毛为微绒毛 冰冻蚀刻示小鼠肾曲管上皮细胞微绒毛冰冻蚀刻示小鼠肾曲管上皮细胞微绒毛扫描电子显微镜输显示的输卵管表面微绒毛扫描电子显微镜输显示的输卵管表面微绒毛Surface of oviduct epithelial cellSurface of oviduct epithelial cell彩色扫描电子显微镜照片看到的气管表面的花粉和尘埃彩色扫描电子显微镜照片看到的气管表面的花粉和尘埃二、细胞内褶二、细胞内褶 皱褶皱褶(ruffleruffle):):细胞表面的扁形突起，细胞表面的扁形突起，也称为片足也称为片足(lame

52、llipodialamellipodia).).在巨噬细胞的表面上，在巨噬细胞的表面上，普遍存在着皱褶结构，与普遍存在着皱褶结构，与吞噬颗粒物质有关。吞噬颗粒物质有关。SEM image of SEM image of alveolar alveolar(Lung)macrophage(Lung)macrophage attacking E.coli.(Showattacking E.coli.(Show ruffle on the cell surfaceruffle on the cell surface)内褶内褶:内褶内褶(infoldinginfolding)是质是质膜由细胞表面内陷形

53、膜由细胞表面内陷形成的结构，以相反的成的结构，以相反的方式扩大了细胞的表方式扩大了细胞的表面积。这种结构常见面积。这种结构常见于液体和离子交换活于液体和离子交换活动比较旺盛的细胞。动比较旺盛的细胞。三、纤毛和鞭毛三、纤毛和鞭毛 纤毛和鞭毛纤毛和鞭毛:纤毛纤毛(ciliacilia)和鞭和鞭毛毛(flagellaflagella)是细胞是细胞表面伸出的条状运表面伸出的条状运动装置。二者在发动装置。二者在发生和结构上并没有生和结构上并没有什么差别。什么差别。Human sperm第六章第六章 细胞表面及其特化细胞表面及其特化cell surface and specificitycell surf

54、ace and specificity第三节第三节 细胞细胞间的连接间的连接第六章第六章 细胞表面及其特化细胞表面及其特化cell surface and specificitycell surface and specificity第四节第四节 细胞细胞外基质外基质 细胞外基质细胞外基质(extrocellular matrix,ECMextrocellular matrix,ECM)的的结构组成：结构组成：是指分布于细胞外空间是指分布于细胞外空间,由细胞分泌的蛋白由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构和多糖所构成的网络结构;主要主要的功能的功能:连接和连接和支持细胞的框架，负责组织的构建支

55、持细胞的框架，负责组织的构建;维系胞外基质三维结构及成份的变化，改变维系胞外基质三维结构及成份的变化，改变细胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、分化细胞微环境从而对细胞形态、生长、分裂、分化和凋亡起重要的调控作用。和凋亡起重要的调控作用。胞外基质的信号功能胞外基质的信号功能；macromolecular orgnizationmacromolecular orgnization of ECM of ECM一、氨基聚糖和蛋白聚糖一、氨基聚糖和蛋白聚糖(一一).).氨基聚糖氨基聚糖 氨基聚糖氨基聚糖(glycosaminoglycan,GAGglycosaminoglycan,GAG)：氨基聚糖是

56、由重复的氨基聚糖是由重复的二糖单位二糖单位构成的构成的无分支无分支直直长链多糖长链多糖，又称为粘多糖，又称为粘多糖;二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成;氨基聚糖氨基聚糖:透明质酸、透明质酸、4-4-硫酸软骨素、硫酸软骨素、6-6-硫硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素和硫酸角质素等；硫酸角质素等；除除HAHA及肝素外，其他及肝素外，其他GAGGAG不游离存在；不游离存在；HAHA是唯一不硫酸化的是唯一不硫酸化的GAGGAG，含多达，含多达1010万个万个糖基。可结合大量水分子，赋予组织一定的抗压糖基。可结合大量水

57、分子，赋予组织一定的抗压性性;氨基聚糖的分子特性及组织分布氨基聚糖的分子特性及组织分布氨基聚糖氨基聚糖二糖单位二糖单位硫酸硫酸分布组织分布组织透明质酸透明质酸葡萄糖醛酸，葡萄糖醛酸，N-N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖0 0结缔组织、皮肤、软结缔组织、皮肤、软骨、玻璃体、滑液骨、玻璃体、滑液硫酸软骨素硫酸软骨素葡萄糖醛酸，葡萄糖醛酸，N-N-乙酰半乳糖乙酰半乳糖1.21.22.32.3软骨、角膜、骨、皮软骨、角膜、骨、皮肤、动脉肤、动脉硫酸皮肤素硫酸皮肤素葡萄糖醛酸，或艾杜糖葡萄糖醛酸，或艾杜糖醛酸，醛酸，N-N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖1.01.02.02.0皮肤、血管、心、心皮肤、血管、心、心瓣膜瓣膜

58、硫酸乙酰肝素硫酸乙酰肝素葡萄糖醛酸，或艾杜糖葡萄糖醛酸，或艾杜糖醛酸，醛酸，N-N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖0.20.23 3肺、动脉、细胞表面肺、动脉、细胞表面肝素肝素葡萄糖醛酸，或艾杜糖葡萄糖醛酸，或艾杜糖醛酸，醛酸，N-N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖2.02.03.03.0肺、肝、皮肤、肥大肺、肝、皮肤、肥大细胞细胞硫酸角质素硫酸角质素半乳糖，半乳糖，N-N-乙酰葡萄糖乙酰葡萄糖0.90.91.81.8软骨、角膜、椎间盘软骨、角膜、椎间盘 透明质酸透明质酸(hyaluronichyaluronic acid acid)：透明质酸是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质主透明质酸是增殖细胞和迁移细胞的胞外基质

59、主要成分要成分，也是蛋白聚糖的主要结构组分也是蛋白聚糖的主要结构组分;透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作透明质酸在结缔组织中起强化、弹性和润滑作用用;透明质酸使细胞保持彼此分离，使细胞易于运透明质酸使细胞保持彼此分离，使细胞易于运动迁移和增殖并阻止细胞分化；动迁移和增殖并阻止细胞分化；一、氨基聚糖和蛋白聚糖一、氨基聚糖和蛋白聚糖(二二).).蛋白聚糖蛋白聚糖 蛋白聚糖蛋白聚糖(proteoglycanproteoglycan,PG,PG)：蛋白聚糖见于所有结缔组织和细胞外基质及蛋白聚糖见于所有结缔组织和细胞外基质及许多细胞表面许多细胞表面;是是由氨基聚糖与核心蛋白由氨基聚糖与核心蛋白(c

60、ore proteincore protein)的的丝氨酸残基共价连接形成的巨分子丝氨酸残基共价连接形成的巨分子;核心蛋白在高尔基体中装配核心蛋白在高尔基体中装配GAGGAG链链；先合成先合成4 4糖连接桥糖连接桥(Xyl-Gal-Gal-GlcUAXyl-Gal-Gal-GlcUA)连连接到接到SerSer上上(Ser-Gly-X-GlySer-Gly-X-Gly)，然后延长糖链，然后延长糖链;若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与若干蛋白聚糖单体借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合形成多聚体透明质酸结合形成多聚体;硫酸角质素硫酸角质素硫酸软骨素硫酸软骨素透明质酸透明质酸Galactose N

61、-Acetyl-D-glucosamineD-glucuronic acid N-Acetyl-D-galactosamine 蛋白聚糖蛋白聚糖的特性与功能的特性与功能：显著特点是多态性：不同的核心蛋白显著特点是多态性：不同的核心蛋白,不同不同的氨基聚糖的氨基聚糖;软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一软骨中的蛋白聚糖是最大巨分子之一,赋予赋予软骨以凝胶样特性和抗变形能力软骨以凝胶样特性和抗变形能力;蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，蛋白聚糖可视为细胞外的激素富集与储存库，可与多种生长因子结合，完成信号的传导可与多种生长因子结合，完成信号的传导;二、胶原和弹性蛋白二、胶原和弹性蛋白(一一).)

62、.胶原胶原 胶原胶原(collagencollagen)：是是细胞细胞外基质外基质中的一个纤维蛋白家族中的一个纤维蛋白家族，动物体内含量，动物体内含量最丰富的蛋白最丰富的蛋白(总量的总量的3030以上以上),),型胶原含量最丰型胶原含量最丰富富,形成类似的纤维结构；形成类似的纤维结构；但并非所有胶原都形成纤维但并非所有胶原都形成纤维;已知至少已知至少1919种，由不同基因编码。种，由不同基因编码。I I、IIII、IIIIII、V V、XIXI型为有横纹的纤维结构型为有横纹的纤维结构;型胶原纤维束型胶原纤维束,主要分布于皮肤、肌腱、韧带及主要分布于皮肤、肌腱、韧带及骨中骨中,具有很强的抗张强度

63、具有很强的抗张强度;型胶原主要存在于软骨中型胶原主要存在于软骨中;型胶原形成微细的原纤维网型胶原形成微细的原纤维网；广泛分布于伸展性广泛分布于伸展性的组织的组织，如疏松结缔组织如疏松结缔组织;型胶原形成二维网格样结构型胶原形成二维网格样结构,是基膜的主要成分及是基膜的主要成分及支架支架；CollagenCollagen 胶原的分子结构胶原的分子结构：胶原纤维的基本结构单位是原胶原胶原纤维的基本结构单位是原胶原;原胶原是由三条肽链盘绕成的三股螺旋结构原胶原是由三条肽链盘绕成的三股螺旋结构;原胶原肽链具有原胶原肽链具有Gly-x-yGly-x-y重复序列重复序列，对胶原对胶原纤维的高级结构的形成是

64、重要的纤维的高级结构的形成是重要的;在胶原纤维内部在胶原纤维内部，原胶原蛋白分子呈原胶原蛋白分子呈1/41/4交替交替平行排列平行排列，形成周期性横纹形成周期性横纹；Structures of the collagen 胶原的功能胶原的功能：胶原在胞外基质中含量最高胶原在胞外基质中含量最高，刚性及抗张力刚性及抗张力强度最大强度最大，构成细胞外基质的骨架结构构成细胞外基质的骨架结构，细胞外细胞外基质中的其它组分通过与胶原结合形成结构与功基质中的其它组分通过与胶原结合形成结构与功能的复合体能的复合体;在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式在不同组织中，胶原组装成不同的纤维形式,以适应特定功能的需要

65、以适应特定功能的需要;胶原可被胶原酶特异降解，而参入胞外基质胶原可被胶原酶特异降解，而参入胞外基质信号传递的调控网络中信号传递的调控网络中；二、胶原和弹性蛋白二、胶原和弹性蛋白(二二).).弹性蛋白弹性蛋白 弹性蛋白弹性蛋白(elastinelastin)：弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要存在弹性蛋白是弹性纤维的主要成分；主要存在于脉管壁及肺，由于脉管壁及肺，由2 2类短肽交替排列构成：类短肽交替排列构成：1 1.疏水短肽，赋予分子以弹性疏水短肽，赋予分子以弹性;2 2.富富AlaAla(丙丙)及及LysLys(赖赖)残基的残基的螺旋，负责在螺旋，负责在相邻分子间交联，形成网状结构相邻分子间

66、交联，形成网状结构；构象呈无规则构象呈无规则卷曲状态卷曲状态;老年组织中弹性蛋白的生成减少，降解增强老年组织中弹性蛋白的生成减少，降解增强,以致组织失去弹性；以致组织失去弹性；三、非胶原糖蛋白三、非胶原糖蛋白(一一).).层粘连蛋白层粘连蛋白 层粘连蛋白层粘连蛋白(lamininlaminin)：层粘连蛋白是高分子糖蛋白层粘连蛋白是高分子糖蛋白(820KDa820KDa),),动物动物胚胎及成体组织的基膜的主要结构组分之一胚胎及成体组织的基膜的主要结构组分之一;其结构由一条重链和两条轻链构成其结构由一条重链和两条轻链构成:1 1.细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上细胞通过层粘连蛋白锚定于基膜上;2 2.层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位：层粘连蛋白中至少存在两个不同的受体结合部位：1 1).).与与型胶原的结合部位；型胶原的结合部位；2 2).).与细胞质膜上的整合素结合的与细胞质膜上的整合素结合的Arg-Gly-AspArg-Gly-Asp(R-R-G-DG-D)序列；序列；层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重层粘连蛋白在胚胎发育及组织分化中具有重要作用；层粘连蛋白也与肿瘤细胞