细胞膜与物质的穿膜运输

医学细胞生物学（配套教材）第四章细胞膜与物质的穿膜运输CellMembraneandMembraneTransport学习目的和要求1.掌握细胞膜的化学组成分子、生物学特性及细胞膜的分子结构模型。2.掌握小分子物质穿膜运输方式及特点，大分子和颗粒物质运输的胞吞与胞吐作用，受体介导的胞吞作用。3.熟悉细胞表面的特化结构，细胞膜异常时与某些疾病发生的关系。第四章细胞膜与物质的穿膜运输CellMembraneandMembraneTransport第一节第二节第三节中英文退出第四节细胞膜（cellmembrane）是包围在细胞质表面的一层薄膜，又称质膜（plasmamembrane），维持细胞特有的内环境。除质膜外，细胞内还有各种膜性细胞器，如内质网、高尔基复合体、溶酶体、各种膜泡等称为细胞内的膜系统。细胞膜的结构退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输生物膜（biomembrane）：质膜和细胞内膜系统总称为生物膜。电子显微镜下，生物膜呈“两暗夹一明”的形态结构，又称为单位膜（unitmembrane）。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输第一节细胞膜的化学组成与生物学特性一、细胞膜的化学组成二、细胞膜的生物学特性脂类蛋白质糖类膜的不对称性膜的流动性三、细胞膜的分子结构模型退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架细胞膜上的脂类称为膜脂（membranelipid),它是细胞膜的基本组成成分，形成膜的基本骨架。主要有三种类型：磷脂(phospholipid)胆固醇(cholesterol)糖脂(glycolipid)退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架1.磷脂磷脂分子：分子中含有磷酸基团，占膜脂的50%以上。分子末端亲水基团和磷酸基团共同形成了亲水的头部，脂肪酸链是疏水的无极性称疏水尾。为双亲性分子或兼性分子。一、细胞膜的化学组成退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输磷脂甘油磷脂鞘磷脂磷脂酰胆碱（PC)磷脂酰乙醇胺（PE）磷脂酰丝氨酸(PS)磷脂酰肌醇（PI）(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架1.磷脂一、细胞膜的化学组成退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输⑴甘油磷脂的化学结构甘油磷脂以甘油为骨架，甘油分子的1、2位羟基分别与脂肪酸形成酯键，3位羟基与磷酸形成酯键。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架1.磷脂一、细胞膜的化学组成⑴甘油磷脂的化学结构磷酸基团可分别与胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇结合，形成亲水的头部。两条长短不一的脂肪酸链构成疏水的尾部，通常为14～24个碳原子组成，一条烃链不含双键（饱和链），另一烃链含有一个或几个顺式排列的双键（不饱和链），形成一个约30°角的弯曲。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架1.磷脂质膜中的主要磷脂分子结构退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输⑵鞘磷脂的化学结构极性头部基团（亲水）非极性尾部基团（疏水）退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架1.磷脂⑵鞘磷脂的化学结构鞘磷脂以鞘氨醇代替甘油，长链的不饱和脂肪酸结合在鞘氨醇的氨基上，分子末端的一个羟基与胆碱磷酸结合。鞘磷脂及其代谢产物神经酰胺、鞘氨醇及1-磷酸鞘氨醇参与各种细胞活动，如细胞分化、凋亡和增殖等。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架1.磷脂结构：双亲性分子，极性头部为羟基，非极性疏水结构为固醇环和烃链。定位：分布在膜中的磷脂分子之间。极性羟基紧靠磷脂的极性头部，固醇环固定在磷脂分子邻近头部的烃链上，疏水的烃链尾部埋在脂双层的中央。功能：调节膜的流动性，增强膜的稳定性。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架2.胆固醇胆固醇分子化学结构退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输质膜中胆固醇与磷脂分子的关系示意图退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输定位：均位于质膜非胞质面单层，糖基暴露于细胞表面。组成：由脂类和寡糖构成。细菌和植物细胞的糖脂几乎都是甘油磷脂的衍生物；动物细胞质膜的糖脂几乎都是鞘氨醇的衍生物。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架3.糖脂结构：双亲性分子，极性头由一个或几个糖残基构成，疏水尾部为脂肪酸链或鞘氨醇衍生的烃链。功能：作为某些分子的受体，与细胞识别及信号转导相关。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架3.糖脂⑴半乳糖脑苷脂是一种最简单的糖脂，头部极性基团仅有一个半乳糖，是髓鞘中的主要糖脂。⑵神经节苷脂极性头部除含有半乳糖和葡萄糖外，还含有一个或几个唾液酸残基，神经细胞膜中含量丰富。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架3.糖脂糖脂的化学结构退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架3.糖脂膜脂可能的存在形式：形成球状分子团（micelle），把尾部包藏在里面。形成双分子层（bilayer），把疏水的尾部夹在头部的中间，其游离端往往能自动闭合，形成自我封闭的脂质体（liposome）。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架3.糖脂退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架3.糖脂脂双层的特点：构成分隔两个水溶液环境的屏障，保障细胞内环境的稳定。自然状态下是粘滞的二维流体，影响特殊膜蛋白的活性，与膜的许多重要功能有关。受到损伤时能自动封闭。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架3.糖脂脂质体的应用：用于膜功能的研究。作为DNA或体内药物的运载体，用于基因转移或治疗某些遗传性代谢病。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(一)膜脂构成细胞膜的结构骨架3.糖脂(二)膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合1.生物膜的特定功能主要由蛋白质完成载体蛋白—胞内外的物质运输连接蛋白—细胞间的相互作用受体蛋白—信号转导各种酶类—相关的代谢反应退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(二)膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合2.膜蛋白含量膜蛋白约占膜含量的40%～50%。在不同细胞中膜蛋白的种类及含量有很大差异，有的含量不到25%，有的达到75%。膜的功能越复杂,其中的蛋白质含量越多。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成根据膜蛋白与脂双层结合的不同方式，膜蛋白可分为三种基本类型：3.膜蛋白的基本类型膜内在蛋白（intrinsicprotein）膜外在蛋白（extrinsicprotein）脂锚定蛋白（lipidanchoredprotein）退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输(二)膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合一、细胞膜的化学组成⑴膜内在蛋白（整合膜蛋白）占膜蛋白总量的70～80%。主体部分多以α螺旋构象穿过脂双层，又称穿膜蛋白（transmembraneprotein），可单次跨膜、多次跨膜或多亚基跨膜。穿膜蛋白与膜结合紧密，需用去垢剂处理才能分离。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输3.膜蛋白的基本类型(二)膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合一、细胞膜的化学组成⑵膜外在蛋白占膜蛋白总量的20～30%。位于脂双层的内、外表面，通过非共价键间接与膜结合，又称外周蛋白（peripheralprotein）。外周蛋白与膜结合较弱，较易从膜上分离。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输3.膜蛋白的基本类型(二)膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合一、细胞膜的化学组成⑶脂锚定蛋白位于膜的两侧，通过共价键与脂双层内的脂分子结合，又称脂连接蛋白（lipid-linkedprotein）。脂锚定蛋白以两种方式与脂类分子共价结合：退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输3.膜蛋白的基本类型(二)膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合一、细胞膜的化学组成⑶脂锚定蛋白胞质侧的蛋白与脂双层中的某些脂肪酸链结合质膜外表面的蛋白与磷脂酰肌醇相连的寡糖链结合共价键共价键糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白（GPI）退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输3.膜蛋白的基本类型(二)膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合一、细胞膜的化学组成A、B、C.穿膜蛋白，以一次或多次穿膜的α螺旋和β筒形式；D.位于胞质侧，通过暴露于蛋白质表面的α螺旋的疏水面与胞质面脂单层相互作用而与膜结合；E.位于胞质侧的脂锚定蛋白，以共价键直接与胞质面脂单层中的脂肪酸链结合。F.位于质膜外表面的脂锚定蛋白GPI；G、H.膜外在蛋白，与内在蛋白亲水区以非共价键相互作用间接与膜结合膜蛋白在膜中的几种结合方式退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输(三)膜糖类覆盖细胞膜表面含量：细胞膜中含有的糖类称为膜糖类，约占细胞膜重量的2％～10％。形成方式：膜糖类糖类（低聚糖）+膜脂共价键糖脂糖类（低聚糖或多聚糖）+膜蛋白糖蛋白共价键退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成(三)膜糖类覆盖细胞膜表面功能：有助于蛋白质在膜上的定位与固定，参与细胞识别及与周围环境的相互作用。退出首页CellMembraneandMembraneTransport第四章细胞膜与物质的穿膜运输一、细胞膜的化学组成1.细胞外被（cellcoat）大多数真核细胞膜外表面富含糖类的周缘区，也称糖萼。退出首页C