第二章生命的基本单位 细胞之细胞膜ppt课件.ppt

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1、,第二节细胞的基本结构,Contents细胞膜的分子组成及结构模型细胞膜表面及其特化结构,细胞膜是原始的非细胞生物演化为细胞生物的一个转折点-细胞是生命的基本结构单位和功能单位,细胞膜（cell membrane)是包围在细胞质表面的一层薄膜，又称质膜（plasma membrane)和细胞的内膜系统(内质网膜、线粒体膜、高尔基体膜、溶酶体膜、核膜等）统称为生物膜。生物膜系统使细胞空间区域化，不用区域进行不同的代谢活动。,biological membrane=plasma membrane+intracellular membrane 生物膜=质膜+细胞内膜,生物膜概述,生物膜功能,生物膜有

2、多种生物功能物质运输：主动运输和被动运输；能量转换：线粒体和叶绿体；细胞识别：抗原和受体；细胞免疫：免疫细胞的受体抗原；神经传导：离子转运与神经冲动的传导；代谢调控：各种细胞器在参与代谢中的作用；激素和药物的作用：细胞通讯；肿瘤发生：异常的细胞通讯；,生物膜的研究意义,人工膜研究电子感受器：人工鼻、人工舌等；水处理：海水淡化、污水处理；受体研究：药物作用机制、疾病机理；细胞代谢研究生物信号转导癌症研究发育机理研究膜生物学,一、细胞膜的化学组成,一些膜的化学组成,（一）膜脂,生物膜的脂类物质有磷脂（主要的）、胆固醇、糖脂等。磷脂：两亲性脂类甘油磷脂鞘磷脂糖脂胆固醇,膜脂,膜脂,半乳糖脑苷脂,神经

3、节苷脂,胆固醇,主要存在真核细胞膜上，含量一般不超过膜脂的1/3，功能：提高双脂层的力学稳定性，调节双脂层流动性，降低水溶性物质的通透性。,磷脂 主要特征：（1）具有一个极性头和两个非极性的尾（脂肪酸链），线粒体内膜上的心磷脂具有4个非极性局部（2）脂肪酸碳链为偶数，多数碳链由16，18或20个碳原子组成（3）常含有不饱和脂肪酸（如油酸）,糖脂 是含糖而不含磷酸的脂类，含量约占脂总量的5以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高，约占5%10。,是一种人工膜 在水中，搅动后磷脂形成双层脂分子的球形脂质体，直径251000nm不等。,脂质体（liposome）：,直径251000nm不等。,受体研究、药物

4、作用机制、疾病机理,双层微囊,（二）膜蛋白 生物膜所含有的蛋白质称为膜蛋白（membrane protein），是生物膜最主要的组成成分，其含量和种类与膜的功能密切相关。分类 外周蛋白（外在蛋白,peripheral protein）内在蛋白（镶嵌蛋白,integral protein）脂锚定膜蛋白(lipid-anchored protein),膜蛋白的类型,膜蛋白主要是球状蛋白质，单体或多聚体。一般为螺旋,膜蛋白,膜外周蛋白,膜蛋白,膜内在蛋白：跨膜蛋白,膜蛋白,膜内在蛋白：锚定蛋白,膜蛋白,膜内在蛋白：半镶嵌蛋白,膜蛋白,膜内在蛋白种类,（三）膜糖类 含量：占膜重量的2%10%。分布：在

5、质膜的外表面的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等黏附在一起形成细胞外被称细胞衣(cell coat)或糖萼（glycocalyx）。,膜糖类,糖类+膜脂,共价键,糖脂,糖类+膜蛋白,共价键,细胞内,脂双层,膜蛋白,细胞外被,糖蛋白功能：细胞识别、黏着、信息传递、免疫、癌变。,膜糖类和细胞外被示意图,糖蛋白,血型抗原抗体系统,第二节 质膜的结构,一、质膜结构的研究历史,E.Overton 1895 发现凡是溶于脂肪的物质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组成。1899，Overton提出脂质和胆固醇可能是细胞膜的主要成分。E.Gorter&F.G

6、rendel 1925 用有机溶剂提取了人的红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测细胞膜由双层脂分子组成。,4、J.Danielli&H.Davson 1935 发现质膜的表面张力比油水界面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质。但认为膜蛋白应该存在于脂双层两侧，形似三明治结构（蛋白质-脂双层-蛋白质）。,5、J.D.Robertson 1959 用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜照片，显示暗-明-暗三层结构，它由厚约3.5nm的双层脂分子和内外表面各厚约2nm的蛋白质构成，总厚约7.5nm。1959年在上述基础上（4）提出了修正模型，认为膜上还具有贯穿脂双

7、层的蛋白质通道，供亲水物质通过。,6、S.J.Singer&G.Nicolson 1972根据免疫荧光技术、冰冻蚀刻技术的研究结果，提出了“流动镶嵌模型”。,冰冻蚀刻亦称冰冻断裂。冰冻：标本置于-100的干冰或-196的液氮中，进行冰冻。蚀刻：然后用冷刀骤然将标本断开，升温后，冰在真空条件下迅即升华，暴露出了断裂面的结构。复膜：蚀刻后，再向断裂面上喷涂一层蒸汽碳和铂，然后将组织溶掉，把碳和铂的膜剥下来，此膜即为复膜。复膜显示出了标本蚀刻面的形态，可置于电镜下观察。,Fluid-mosaic model：细胞膜由流动的双脂层和嵌在其中的蛋白质组成磷脂分子以疏水性尾部相对，极性头部朝向水相组成生物

8、膜骨架；蛋白质或嵌在双脂层表面，或嵌在其内部，或横跨整个双脂层，表现出分布的不对称性。,液态镶嵌模型不足之处,忽略了蛋白质对膜稳定性的调节作用忽略了膜各部分流动的不均匀性,推测一个100微米大小的脂筏上有大概600 个蛋白质分子 脂筏就像蛋白质停泊的平台，与膜的信号 转导，蛋白质分选有密切联系脂筏最初可能在内质网上形成，转运到膜 上,三、细胞膜的特性 膜的不对称性（asymmetry）膜的流动性（fluidity）。,（一）膜的不对称性,质膜内外两层的组分和功能的差异，称为膜的不对称性。,膜脂、蛋白质、糖类的分布都是不对称的,1.膜脂的不对称性 同一种脂分子在脂双层中呈不均匀分布,膜脂的不对称

9、性还表现在膜表面具有胆固醇和鞘磷脂等形成的微结构域脂筏。,2复合糖的不对称性 糖脂和糖蛋白只分布于细胞膜的外表面 3.膜蛋白的不对称性 每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有特定的方向性和分布的区域性。,膜结构的主要特征,膜组分的不对称分布,（二）质膜的流动性,1膜脂分子的运动,侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分子交换位置。旋转运动：围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。摆动运动：围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。旋转异构化运动：脂肪酸链围绕C-C键旋转。,2.膜蛋白的分子运动 侧向扩散 旋转扩散 膜蛋白的侧向运动受细胞

10、骨架的限制，破坏微丝的药物如细胞松弛素B能促进膜蛋白的侧向运动。,利用细胞融合技术观察蛋白质运动,4、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。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，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。,四、细胞表面及其特化结构,细胞表面概念：包围在细胞质外层的一个复合结构体系和多功能体系，是细胞与外环境物质相互作用，并产生各种复杂功能的部位。包括细胞的质膜、质膜外的细胞外被以及质膜内的胞质溶胶层。功能复杂：对细胞起支持和保护，与整个细胞的行为、生理活动、相互识别、黏着、物质运输、信息转导、细胞运动、生长分化、衰老以及病理过程都有密切关系

11、。,二、膜骨架,膜骨架是质膜下纤维蛋白组成的网架结构；位于细胞质膜下约0.2m厚的溶胶层。作用：维持质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。成熟的哺乳动物血红细胞没有核和内膜系统，是研究膜骨架的理想材料。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）。,血影,（二）细胞表面的特化结构 细胞表面的特化结构：1.微绒毛、纤毛和鞭毛；2.内褶；3.不同形状的变形足和皱褶。对于细胞的特定活动有重要的作用。,1.微绒毛 微绒毛（microvilli）是细胞表面伸出的细长突起，广泛存在于动物细胞表面，直径约为0.1m。,作用：扩大了细胞的表面积，有利于细胞同外环境的物

12、质交换。如小肠上微绒毛，使细胞表面积扩大了30倍。,小鼠肾曲管上皮细胞微绒毛（冰冻蚀刻）,2.皱褶（ruffle）细胞表面的扁形突起，也称为片足（lamellipodia）。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。,功能：摆动，排出 灰尘及细菌,3.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。纤毛和鞭毛都来源于中心粒。,纤毛横切面（透射电镜）,微绒毛和纤毛（扫描电镜）,（四）细胞外基质（extracellular matrix）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。,ECM(ex

13、tracellular matrix)是细胞外大分子构成的网络。包括：胶原、非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、弹性蛋白等。ECM在结缔组织中含量较高。ECM的成分及组装形式由所产生的细胞决定，并与组织的功能相适应。如：角膜、肌腱。ECM影响细胞的存活、死亡、增殖和分化。,生物膜小结,复习思考题,1.细胞膜的结构如何？有哪些主要功能？2.为什么说细胞膜具有流动性和不对称性，这对细胞膜的功能有何意义？3.细胞膜的分子结构与细胞膜的功能有何关系？,构成细胞膜的基本骨架成分是A 镶嵌蛋白B 周边蛋白C 多糖D 脂类,下列哪种物质在活细胞中仅存在于细胞膜的内侧面A 磷脂酰胆碱B 乙酰乙醇胺C 乙酰丝氨酸D 磷脂酰丝氨酸,生物膜是指（）A、单位膜 B、蛋白质和脂质二维排列构成的液晶态膜C、包围在细胞外面的一层薄膜 D、细胞内各种膜的总称E、细胞膜及内膜系统的总称,生物膜的液态流动性主要取决于（）。A、蛋白质 B、多糖 C、类脂 D、糖蛋白 E、糖脂,细胞膜中外周蛋白与脂类的结合主要通过（）A、共价键 B、氢键 C、离子键 D、疏水键 E、非共价键,