04细胞膜与细胞表面文档资料.ppt
第一节 细胞膜的结构,流体镶嵌模型,细胞膜(cell membrane)：围绕在细胞外由脂质和蛋白质组成的生物膜；质膜(plasma membrane)细胞内膜：围绕各种细胞器的膜；生物膜(biomembrane)：细胞内膜与质膜的统称。,1 细胞膜的有关概念,2 细胞膜的结构模型研究历史,E.Overton 1895 推测细胞膜由连续的脂类物质组成。E.Gorter&F.Grendel 1925 推测细胞膜由双层脂分子组成。,1932年，J.Danielli&H.Davson 提出了“三明治”模型,1959年，J.D.Robertson 在电镜下观察到了“暗-明-暗”的膜结构，厚度7-8 nm，提出了单位膜模型。,S.J.Singer&G.Nicolson 1972 据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出“流动镶嵌模型”。,3细胞膜的结构模型目前的认识,PLASMA MEMBRANE AND ITS SURFACE STRUCTURES,第二节 细胞膜的成分,膜脂 膜蛋白 占膜质量的50%。,一、膜脂是膜的基本骨架,膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇。（一）、磷脂 约占整个膜脂的50以上；,具有一个极性头和两个非极性的尾；脂肪酸碳链为偶数；常含有不饱和脂肪酸。,磷脂酰乙醇胺 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰胆碱 鞘磷脂,Packing arrangements of lipid molecules in an aqueous environment.,脂质体（Liposomes）,脂质体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,普遍存在于原核和真核细胞的细胞膜上，含量占膜脂总含量的5%以下。,（二）糖脂,半乳糖脑苷脂 GM1神经节苷脂 唾液酸,糖脂在生物膜上的分布完全不对称，糖侧链都在质膜的ES面上。,功能主要是保护质膜抵御细胞外环境，如低pH，降解酶。带电荷的糖脂调节膜表面的电荷分布。,胆固醇仅存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3，植物细胞膜中含量较少,（三）胆固醇,The structure of cholesterol.,Cholesterol in a lipid bilayer.,功能是提高脂双层的力学稳定性，调节脂双层流动性，降低水溶性物质的通透性。,二、膜蛋白,膜蛋白是膜功能的主要体现者.根据膜蛋白与脂分子的结合方式，可分为：-整合蛋白-周边蛋白-脂锚定蛋白,膜蛋白-类型,integral protein；,7 8 peripheral protein；,lipid-anchored protein,1 外在膜蛋白,占膜蛋白的比率：20%30%水溶性蛋白，靠离子键或其他较弱的键与膜表面的蛋白质分子或脂分子的亲水部分结合 可通过改变离子浓度分离外在蛋白,2 膜内在蛋白,多数为跨膜蛋白(transmembrane protein)，也有些插入脂双层中。有单螺旋，多螺旋，折叠 等。,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,膜蛋白的疏水区与脂双层分子的疏水核心作用，亲水区 与磷脂分子的极性头形成离子键。,3 脂锚定蛋白,一是脂锚定蛋白通过共价键与脂双分子层结合；二是通过糖基磷脂酰肌醇(GPI)连接的蛋白。,可以分为两类：,4 膜蛋白的分离去垢剂,十二烷基硫酸钠(SDS)，离子型，使膜崩溃，破坏膜蛋白内部共价键，蛋白质变性。,Triton X-100，非离子型，也使膜崩解，但对蛋白质的作用比较温和,三、膜的流动性,质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递。由膜脂和蛋白质的分子运动两个方面组成,1 膜脂分子的运动,侧向扩散2.旋转运动 3.摆动运动 4.伸缩震荡 5.翻转运动：在翻转酶（flippase）的催化下完成6.旋转异构,2 影响膜流动性的因素,胆固醇：含量增加降低膜的流动性脂肪酸链的饱和度：不饱和，使膜流动性增加脂肪酸链的链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低,3 膜蛋白分子的运动,主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式.旋转扩散指膜蛋白围绕与膜平面垂直的轴进行旋转运动,细胞融合技术观察蛋白质测向扩散运动,1970年，Larry Frye,用荧光标记的抗体与细胞膜上的抗原反应，使细胞膜带有荧光，然后用激光束或紫外线照射使荧光淬灭。依据荧光恢复的速度可推算膜蛋白或膜脂的扩散速率,光脱色恢复技术（FRAP),四、膜的不对称性,质膜内外两层的组分和功能有明显的差异，称为膜的不对称性,膜的不对称性,1 膜脂的不对称性,膜脂和糖脂在膜上均呈不对称分布。糖脂只分布在ES。四种磷脂呈不均匀分布。,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。导致膜功能的不对称性和方向性，使物质传递有一定方向，信号的接受和传递也有一定方向。,2 膜蛋白的不对称性,五、膜骨架,质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，厚约0.2 m。作用：维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。,红细胞经低渗处理，细胞破裂释放出内容物，留下一个保持原形的空壳，称为血影(ghost),膜骨架的组成,血影蛋白(spectrin)：锚蛋白(ankyrin)：肌动蛋白(actin)带4.1蛋白带4.2蛋白带3蛋白 血型糖蛋(glycophorin),膜骨架,细胞膜的功能,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，并伴随着能量的传递提供细胞识别位点，完成细胞内外信息的跨膜传递为多种酶提供结合位点，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参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构,细 胞 膜 小 结,细胞膜的结构模型膜脂、膜蛋白膜的流动性和不对称性膜骨架细胞膜的功能,细 胞 表 面,质膜的特化结构细胞外被细胞外基质,一、质膜的特化结构,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。,1.微绒毛 microvilli,细胞表面伸出的细长指状突起，广泛存在于动物细胞 如小肠上皮细胞刷状缘中的微绒毛。扩大了细胞的表面积，有利于细胞同外环境的物质交换,2.皱褶,细胞表面还有一种扁形突起，称为皱褶(ruffle)或片足(lamllipodia)在巨噬细胞的表面上，普遍存在着皱褶结构，与吞噬颗粒物质有关,3.内褶,内褶(infolding)是质膜由细胞表面内陷形成的结构同样具有扩大细胞表面积的作用常见于液体和离子交换活动比较旺盛的细胞,4.纤毛和鞭毛,纤毛（cilia）和鞭毛（flagella）是细胞表面伸出的条状运动装置;二者在发生和结构上并没有什么差别，均由9+2微管构成纤毛和鞭毛都来源于中心粒,二、细胞外被,动物细胞表面存在着一层富含糖类物质的结构，称为细胞外被(cell coat)或糖萼(glycocalyx)细胞外被是由构成质膜的糖蛋白和糖脂伸出的寡糖链组成的，实质上是质膜结构的一部分,细胞外被功能,起保护作用，防止机械和化学损伤。参与细胞识别等细胞与环境的相互作用。,三、细胞外基质,细胞外基质(extracellular matrix,ECM)是指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构。成分：胶原、非胶原糖蛋白（层粘连蛋白、纤连蛋白）、糖胺聚糖与蛋白聚糖、弹性蛋白,1.胶原(collagen),胶原是动物体内含量最丰富的蛋白质，约占人体蛋白质总量的30以上。遍布于体内各种器官和组织，是细胞外基质中的框架结构，可由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞及某些上皮细胞合成并分泌到细胞外。,成纤维细胞周围的胶原纤维,胶原,基本结构单位为原胶原：由三条多肽链盘绕成的三股螺旋结构。原胶原分子间侧向共价交联，呈阶梯式有序排列聚合成胶原纤维。,胶原功能,构成细胞外基质的骨架结构胶原纤维具有很高的抗张力强度，胶原纤维束构成肌腱，连接肌肉和骨骼胶原可被胶原酶特异降解，而参入到胞外基质信号传递的调控网络中,结构：由1条重链(A)和2条轻链(B1、B2)借二硫键交联成十字形分子，是高分子糖蛋白已发现由不同基因编码的8种亚单位(1-3,1-3,1-2)，至少构成7种蛋白.,2.层粘连蛋白(laminin,LN),层粘连蛋白功能,基膜的结构,具有与IV型胶原、细胞表面受体及其它蛋白聚糖结合位点。作为桥梁分子，介导细胞同基膜结合，是个体发生中出现最早的细胞外基质蛋白，在胚胎发育及组织分化中具有重要作用,3.纤连蛋白(fibronectin,FN),结构：也是高分子糖蛋白，各亚单位在C端形成二硫键交联每个亚单位由数个结构域构成（不同的结合部位）RGD(Arg-Gly-Asp)三肽序列是细胞识别的最小结构单位,纤连蛋白功能：,FN将细胞连接到细胞外基质上,通过RGD序列与细胞表面整联蛋白的结合，将细胞与胞外基质相连，从而介导细胞粘着促进细胞迁移（胚胎发生早期神经脊细胞的迁移）,4.糖胺聚糖(glycosaminoglycan,GAG),GAG是重复二糖单位构成的无分支长链多糖。这些二糖都含有一个氨基糖，并至少含有一个磺酸基或羧基团。它们既能结合阳离子又能结合水分子。创造了水合的、胶状的细胞外基质的基质材料。,糖胺聚糖(氨基聚糖)的分子特性及分布,5.蛋白聚糖(proteoglycan),是氨基聚糖与核心蛋白质的共价结合物。透明质酸既能参与蛋白聚糖的形成，又能游离存在。HA以非共价键连接许多 蛋白聚糖单体分子，组 成更大更复杂的蛋白聚 糖聚合体，使细胞外基 质具有更大抗压性。,单个的蛋白聚糖或透明质酸-蛋白聚糖复合物直接与胶原纤维连接形成动物细胞外的纤维网络结构。,6.弹性蛋白(elastin),是弹性纤维的主要成分。弹性纤维主要存在于脉管壁及肺赋予组织以弹性和抗张能力。特征：构象呈无规则卷曲状态；通过赖氨酸残基相互交联成网状结构,四、植物细胞壁,组成：纤维素、半纤维素、果胶质、木质素、糖蛋白等几种大分子功能：为细胞提供一个细胞外网架，对细胞起支持、保护作用。细胞壁中某些寡糖成分可作为信号物质,细 胞 连 接,封闭连接紧密连接为典型代表锚定连接桥粒、半桥粒；粘着带、粘着斑通讯连接间隙连接、化学突触、胞间连丝,细胞识别：细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞以及对自己和异己分子的认识好鉴别。细胞黏着：相邻细胞或细胞与细胞外基质一某种方式粘合在一起，组成组织或与其它组织分开。细胞连接：是细胞间的联系结构，是细胞质膜局部区域特化形成的。,紧密连接(tight junction)，相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙。,一、封闭连接(occluding junction),连接区域具有蛋白质焊接线，也称嵴线，认为由成串排列的跨膜蛋白（整合蛋白）组成。,作用1：封闭相邻细胞间的接缝，防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内。,作用2：将上皮细胞的游离端与基底细胞膜上的膜蛋白相互隔离,分布：存在于脊椎动物的上皮细胞之间。无脊椎动物细胞间的连接为间壁连接。,二、锚定连接(anchoring junction),将相邻细胞的骨架系统，或将细胞与基质相连。,作用：组织内的细胞连接起来具有一定机械强度。,分布：在动物组织中广泛分布，如 上皮组织，心肌 等组织。,类型：桥粒和半桥粒与中间纤维连接 粘合带和粘合斑与微丝连接。,1 粘合带（adhesion belt）：呈带状环绕细胞，位于紧密连接下方。,相邻细胞间的粘合分子为E-钙粘素。连接的细胞骨架成分为actin。,整联蛋白,2 粘合斑：位于细胞与细胞外基质间。,3 桥粒（desmosome）是相邻细胞间形成的纽扣状结构。,相邻两细胞的致密斑由跨膜连接蛋白（钙黏着蛋白）相互连接，质膜下的致密斑连接中间纤维。,角蛋白纤维,盘状致密斑,桥粒蛋白,分布：承受强拉力的组织中，如皮肤、口腔、食管、心肌中。,4 半桥粒：位于上皮细胞基面与基膜之间，连接蛋白为整合素。连接的中间纤维成分为角蛋白。,三、通讯连接,相邻细胞膜上的两个连接子对接,间隙连接 gap junction胞间连丝 plasmodesmata化学突触 synapse,1 间隙连接 存在于大多数动物组织。,连接基本单位称连接子。连接处有24nm的缝隙。,由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单位环绕而成。相邻细胞膜上的两个连接子对接形成间隙连接,功能：1、细胞之间小分子物质的通讯；2、实现细胞之间的代谢偶联；3、影响细胞分化。,由相互连接的相邻细胞的细胞膜共同组成的直径20-40 nm的管状结构。,2 胞间连丝 普遍存在于高等植物组织。,功能上与动物细胞间的间隙连接类似，在相邻细胞间起通讯作用。胞间连丝的孔可扩张或缩小。,存在于可兴奋细胞间的一种连接方式；作用是通过释放神经递质来传导兴奋,3 化学突触,四、细胞粘附分子(cell adhesion molecule,CAM),参与细胞与细胞之间及细胞与细胞外基质之间相互作用的分子。可大致分为五类：钙粘素、选择素、免疫球蛋白超家族、整合素及透明质酸粘素,细胞粘附分子都是跨膜糖蛋白，由三部分组成：胞外区，肽链的N端部分，带有糖链，负责与配体的识别跨膜区，多为一次跨膜胞质区，肽链的C端部分，一般较小，或与质膜下的骨架成分直接相连，或与胞内的化学信号分子相连，以活化信号转导途径,作用机制有三种模式：,多数细胞粘附分子的作用依赖于二价阳离子，如Ca2+、Mg2+-两相邻细胞表面的同种CAM分子间的相互识别与结合（亲同性粘附）-两相邻细胞表面的不同种CAM分子间的相互识别与结合（亲异性粘附）-两相邻细胞表面的相同CAM分子借细胞外的连接分子相互识别与结合,1.钙粘素cadherin,属于亲同性CAM，依赖Ca2+胞外形成5个结构域，均含有钙离子结合部位介导细胞黏着、连接参与细胞分化，决定胚胎细胞间的粘附，影响细胞分化、抑制细胞迁移。,属于亲异性CAM，作用依赖Ca2+识别细胞表面特异的糖基团，并与之特异结合，参与细胞之间的识别与粘合P选择素贮存于血小板及内皮细胞E选择素存在于活化的血管内皮细胞表面L选择素存在于各种白细胞表面，参与炎症部门白细胞的出脉管过程。,2.选择素Selectin,3.免疫球蛋白超家族Ig-superfamily,一般不依赖于Ca2+，包括亲同性和亲异性。免疫球蛋白样结构域指借二硫键维持双向平行的折叠结构，介导细胞黏着。N-CAM存在于神经细胞Pe-CAM存在于血小板及大多数免疫细胞I-CAM，V-CAM在活化的血管内皮细胞表达,4.整合素integrin,多为亲异性细胞粘附分子，作用依赖于Ca2+是，亚单位形成异二聚体作用：介导细胞间相互作用、细胞与ECM之间的粘附、介导血小板凝集，参与血栓形成、以层粘连蛋白为配体，参与形成半桥粒,细胞连接几种连接的比较,细胞连接几种连接的比较,紧密连接粘着连接桥粒间隙连接 半桥粒,细胞膜,细胞包被,细胞表面,小肠,
