[医学]医学细胞生物学细胞膜与物质的跨
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细胞生物学 名词解释 第五章 物质的跨膜运输
钙泵作用
维持细胞内较低的Ca2+浓度
钙泵作用机制
原理与钠钾泵相似，Ca2+泵含有10个α螺旋，Ca2+泵处于非磷酸化状态时，2个α螺旋中断形成胞质侧结合2个Ca2+的空穴，ATP在胞质侧与其结合位点结合，水解使相邻结构域Asp磷酸化，导致跨膜螺旋重排，破坏了Ca2+结合位点并释放Ca2+到膜的另一侧。每分解一个ATP，泵出2个Ca2+，将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来
膜转运蛋白分为两类：载体蛋白和通道蛋白
载体蛋白
多次跨膜蛋白，能与特定的溶质分子结合，通过改变构象介导跨膜转运，有专一性，介导被动运输，也可以介导主动运输
通道蛋白
3种类型：离子通道、孔蛋白、水孔蛋白
形成选择性和门控性跨膜通道。
离子通道
亲水性跨膜通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过
离子通道的特征：转运速率高，没有饱和值，并非连续性开放而是门控（可开/关控制其活性）、选择性。
胞吐作用
exocytosis
细胞内合成的生物分子（蛋白质和脂质等）和代谢物以分泌泡的形式与质膜融合，将内容物释放到细胞表面或胞外的过程。分为组成型和调节性胞吐途径
胞吞作用
endocytosis
通过质膜内陷形成膜泡，将细胞外或细胞质膜表面的物质包裹到膜泡内并转运到细胞内以维持细胞正常的代谢活动。（胞饮和吞噬作用）。
细胞生物学
第五章物质的跨膜运输
简单扩散、被动运输（协助扩散）、主动运输、胞吞胞吐中文英Fra bibliotek/备注解释
被动运输
指溶质顺着电化学梯度或浓度梯度，在膜转运蛋白协助下的跨膜转运方式，又叫协助扩散。不需要能量。
简单扩散
小分子的热运动使分子以扩散的方式，从膜的一侧沿浓度梯度降低的方向进入另一侧，也叫自由扩散(无需能量和转运蛋白协助)
维持细胞内较低的Ca2+浓度
钙泵作用机制
原理与钠钾泵相似，Ca2+泵含有10个α螺旋，Ca2+泵处于非磷酸化状态时，2个α螺旋中断形成胞质侧结合2个Ca2+的空穴，ATP在胞质侧与其结合位点结合，水解使相邻结构域Asp磷酸化，导致跨膜螺旋重排，破坏了Ca2+结合位点并释放Ca2+到膜的另一侧。每分解一个ATP，泵出2个Ca2+，将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来
膜转运蛋白分为两类：载体蛋白和通道蛋白
载体蛋白
多次跨膜蛋白，能与特定的溶质分子结合，通过改变构象介导跨膜转运，有专一性，介导被动运输，也可以介导主动运输
通道蛋白
3种类型：离子通道、孔蛋白、水孔蛋白
形成选择性和门控性跨膜通道。
离子通道
亲水性跨膜通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过
离子通道的特征：转运速率高，没有饱和值，并非连续性开放而是门控（可开/关控制其活性）、选择性。
胞吐作用
exocytosis
细胞内合成的生物分子（蛋白质和脂质等）和代谢物以分泌泡的形式与质膜融合，将内容物释放到细胞表面或胞外的过程。分为组成型和调节性胞吐途径
胞吞作用
endocytosis
通过质膜内陷形成膜泡，将细胞外或细胞质膜表面的物质包裹到膜泡内并转运到细胞内以维持细胞正常的代谢活动。（胞饮和吞噬作用）。
细胞生物学
第五章物质的跨膜运输
简单扩散、被动运输（协助扩散）、主动运输、胞吞胞吐中文英Fra bibliotek/备注解释
被动运输
指溶质顺着电化学梯度或浓度梯度，在膜转运蛋白协助下的跨膜转运方式，又叫协助扩散。不需要能量。
简单扩散
小分子的热运动使分子以扩散的方式，从膜的一侧沿浓度梯度降低的方向进入另一侧，也叫自由扩散(无需能量和转运蛋白协助)
细胞生物学课程第4章细胞膜和物质的跨膜运输(医学院) 厦门大学
膜脂分子的运动
1. 侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置。 2. 旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。 3. 摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。 4. 伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。 5. 翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。是在翻转酶
脑苷脂
神经节苷脂
（1）分布与定位
糖脂是含糖而不含磷 酸的脂类，普遍存在于原 核和真核细胞的质膜上 （含量5％以下），神经细 胞膜上含量较高（5-10 ％）。
糖脂是两性分子。其 结构与鞘磷脂很相似，只 是由一个或多个糖残基代 替了磷脂酰胆碱而与鞘氨 醇的羟基结合。糖脂均位 于细胞膜的非细胞质面， 及外侧的脂质分子中。
❖ 糖脂是位于脂双层的外侧，——可能作为细胞外配体(ligand)的受体。 ❖ 磷脂酰丝氨基——集中在脂双层的内叶，在生理pH下带负电荷，这种带
电性使得它能够同带正电的物质结合，如同血型糖蛋白A跨膜α螺旋邻近 的赖氨酸、精氨酸结合。 ❖ 磷脂酰胆碱——在衰老的淋巴细胞外表面，作为让吞噬细胞吞噬的信号； 磷脂酰胆碱出现在血小板的外表面，作为血凝固的信号。 ❖ 磷脂酰肌醇——集中在内叶，它们在将细胞质膜的刺激向细胞质传递中 起关键作用。
质完成的 。如： • 载体蛋白——膜内外的物质运输 • 连接蛋白——细胞的相互作用 • 受体蛋白——信号转导 • 各类酶——相关的代谢反应
在不同细胞中膜蛋白的含量及类型有很大差异，依在膜上存在方式不 同可分为：
1.整合蛋白（integral protein） 2.外周蛋白（peripheral protein） 3.脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）
➢ 通道蛋白
是一类跨膜蛋白，它们都是通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道，允许 适宜的分子通过。通道蛋白具有选择性，所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。通 道蛋白参与的只是被动运输， 并且是从高浓度向低浓度运输，所以不消耗能量。 运输特点： ①蛋白不与溶质分子结合，形成跨膜通道介导离子顺浓度梯度通过； ②有些通道蛋白形成的通道通常处于开放状态，如钾泄漏通道，允许钾离子不断外流； ③有些通道蛋白具有选择性和门控性，平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，又 称为门通道。主要有：电压门通道、配体门通道、机械门通道。
1. 侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置。 2. 旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。 3. 摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。 4. 伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。 5. 翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。是在翻转酶
脑苷脂
神经节苷脂
（1）分布与定位
糖脂是含糖而不含磷 酸的脂类，普遍存在于原 核和真核细胞的质膜上 （含量5％以下），神经细 胞膜上含量较高（5-10 ％）。
糖脂是两性分子。其 结构与鞘磷脂很相似，只 是由一个或多个糖残基代 替了磷脂酰胆碱而与鞘氨 醇的羟基结合。糖脂均位 于细胞膜的非细胞质面， 及外侧的脂质分子中。
❖ 糖脂是位于脂双层的外侧，——可能作为细胞外配体(ligand)的受体。 ❖ 磷脂酰丝氨基——集中在脂双层的内叶，在生理pH下带负电荷，这种带
电性使得它能够同带正电的物质结合，如同血型糖蛋白A跨膜α螺旋邻近 的赖氨酸、精氨酸结合。 ❖ 磷脂酰胆碱——在衰老的淋巴细胞外表面，作为让吞噬细胞吞噬的信号； 磷脂酰胆碱出现在血小板的外表面，作为血凝固的信号。 ❖ 磷脂酰肌醇——集中在内叶，它们在将细胞质膜的刺激向细胞质传递中 起关键作用。
质完成的 。如： • 载体蛋白——膜内外的物质运输 • 连接蛋白——细胞的相互作用 • 受体蛋白——信号转导 • 各类酶——相关的代谢反应
在不同细胞中膜蛋白的含量及类型有很大差异，依在膜上存在方式不 同可分为：
1.整合蛋白（integral protein） 2.外周蛋白（peripheral protein） 3.脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）
➢ 通道蛋白
是一类跨膜蛋白，它们都是通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道，允许 适宜的分子通过。通道蛋白具有选择性，所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。通 道蛋白参与的只是被动运输， 并且是从高浓度向低浓度运输，所以不消耗能量。 运输特点： ①蛋白不与溶质分子结合，形成跨膜通道介导离子顺浓度梯度通过； ②有些通道蛋白形成的通道通常处于开放状态，如钾泄漏通道，允许钾离子不断外流； ③有些通道蛋白具有选择性和门控性，平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，又 称为门通道。主要有：电压门通道、配体门通道、机械门通道。
医学第六章细胞膜与物质的跨膜运输ppt课件
系，通过钠钙交换来转运钙离子。
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25
Ca++ 泵
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➢ 协同运输
靠间接提供能量完成的主动运输方式。 能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，维持这种电化
学势的是钠钾泵或质子泵。 –动物细胞中常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。 分为：同向协同（symport）与反向协同（antiport）。
载体蛋白：高度专一性；结合的暂时性和可逆性。 可介导被动运输（易化扩散）。
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20
主动运输
特点：
–①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；
–②需要能量；
–③都有载体蛋白。
能量来源：
–①协同运输中的离子梯度动力；
–②ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量；
分类
–钠钾泵
–钙离子泵
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– 每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。
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22
Na+-K+ATP 泵
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23
Na+-K+泵的作用
①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积； ②维持低Na+高K+的细胞内环境； ③维持细胞的静息电位。
地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少 量膜脂有助提高于其活性。
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5
被动运输
一、简单扩散 二、协助扩散
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6
一、简单扩散
也叫自由扩散（free diffusion）
特点：
①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；
②不需要提供能量；
③无需膜蛋白的协助。
医学细胞生物学：第四章 细胞膜与物质的跨膜运输
脂双层构成膜的连贯主体， 它具有晶体分子排列的有 序性，又具有液体的流动 性。膜中蛋白质分子以不 同的形式与脂双分子层结 合，有的嵌在脂双层分子 中，有的则附着在脂双层
荣获1972年诺贝尔奖！ 的表面。
4、脂筏模型（lipid raft） 质膜中一些功能性微区，是一些富含鞘脂类和
胆固醇的区域，就像一个蛋白质停泊的平台， 其中聚集一些特定种类的膜蛋白与膜的信号转 导、蛋白质分选均有密切的关系，脂筏周围是 富含不饱和磷脂的流动性较高的液态区。
下降到某一点时，它可以从液晶态转变为晶态； 温度上升时又可以熔融为液晶态。
荧光光漂白技术
2、膜脂分子能进行多种运动
1）侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分子交换位置。 2）旋转运动：围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。 3）摆动运动：围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。 4）伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。 5）翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。 6）旋转异构化运动：脂肪酸链围绕C-C键旋转。
（4）肌细胞膜去极化，使 肌浆网上Ca2+通道开放， Ca2+大量释放入肌细胞内使 肌浆中Ca2+浓度，引起肌原 纤维的收缩。
3、易化扩散 （faciliated diffusion） 一些非脂溶性（或亲水性）物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷
酸等，不以简单扩散的方式通过细胞膜，但在载体蛋白的介 导下，不消耗细胞的代谢能量，顺物质浓度梯度或电化学梯 度进行转运。
2、膜蛋白的不对称性 包括：整合蛋白插入的深度不同；
穿过蛋白质两侧的基团不同； 两侧表面边周蛋白的性质种类不同。
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。如各种激素受体分布在细胞膜外表面， 细胞色素C位于线粒体内膜侧。
荣获1972年诺贝尔奖！ 的表面。
4、脂筏模型（lipid raft） 质膜中一些功能性微区，是一些富含鞘脂类和
胆固醇的区域，就像一个蛋白质停泊的平台， 其中聚集一些特定种类的膜蛋白与膜的信号转 导、蛋白质分选均有密切的关系，脂筏周围是 富含不饱和磷脂的流动性较高的液态区。
下降到某一点时，它可以从液晶态转变为晶态； 温度上升时又可以熔融为液晶态。
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2、膜脂分子能进行多种运动
1）侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分子交换位置。 2）旋转运动：围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。 3）摆动运动：围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。 4）伸缩震荡运动：脂肪酸链进行伸缩震荡运动。 5）翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。 6）旋转异构化运动：脂肪酸链围绕C-C键旋转。
（4）肌细胞膜去极化，使 肌浆网上Ca2+通道开放， Ca2+大量释放入肌细胞内使 肌浆中Ca2+浓度，引起肌原 纤维的收缩。
3、易化扩散 （faciliated diffusion） 一些非脂溶性（或亲水性）物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷
酸等，不以简单扩散的方式通过细胞膜，但在载体蛋白的介 导下，不消耗细胞的代谢能量，顺物质浓度梯度或电化学梯 度进行转运。
2、膜蛋白的不对称性 包括：整合蛋白插入的深度不同；
穿过蛋白质两侧的基团不同； 两侧表面边周蛋白的性质种类不同。
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。如各种激素受体分布在细胞膜外表面， 细胞色素C位于线粒体内膜侧。
医学细胞生物学-04章 细胞膜与物质的穿膜运输
子组成 1935年，J. Danielli 和 H. Davson提出“片层结构模型” 1959年，J. D. Robertson提出“单位膜模型” 1972年，S.J. Singer和G. Nicolson提出“流动镶嵌模型” 1975年，Wallach提出“晶格镶嵌模型” 1977年，Jain和White 提出“板块镶嵌模型” 近年提出“脂筏模型”
医学细胞生物学
第四章 细胞膜与物质的穿膜运输
目录
1 第四章 细胞膜与物质穿膜运输 2 第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性 3 一、细胞膜的化学组成 4 二、细胞膜的生物学特性 5 三、细胞膜的分子结构模型
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（membrane lipid)
2. 膜脂分子的运动方式
（1）侧向扩散
(lateral diffusion)
（2）翻转运动
(flip-flop)
（3）旋转运动
xion)
3. 影响膜脂流动性的因素
（1）脂肪酸链的饱和程度 脂双层中不饱和脂肪酸越多，膜脂流动性越大
（2）脂肪酸链的长短 脂肪酸链越短，膜脂流动性越大
（一）片层结构模型具有三层夹板式结构特点
蛋白质-磷脂-蛋白质三层夹板式结构
（二）单位膜模型体现膜形态结构的共同特点
细胞膜在电镜下呈现 “两暗夹—明”的单位膜结构
（三）流动镶嵌模型是被普遍接受的模型
脂双层构成膜的连贯主体，它具有晶体分子排列 的有序性，又具有液体的流动性。膜中蛋白质分 子以不同形式与脂双分子层结合。强调了膜的流 动性和膜蛋白的不对称性。
（3）胆固醇的双重调节作用 相变温度以上，限制膜的流动性，稳定质膜； 相变温度以下，防止脂肪酸链相互凝聚，干扰晶态形成
医学细胞生物学
第四章 细胞膜与物质的穿膜运输
目录
1 第四章 细胞膜与物质穿膜运输 2 第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性 3 一、细胞膜的化学组成 4 二、细胞膜的生物学特性 5 三、细胞膜的分子结构模型
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（membrane lipid)
2. 膜脂分子的运动方式
（1）侧向扩散
(lateral diffusion)
（2）翻转运动
(flip-flop)
（3）旋转运动
xion)
3. 影响膜脂流动性的因素
（1）脂肪酸链的饱和程度 脂双层中不饱和脂肪酸越多，膜脂流动性越大
（2）脂肪酸链的长短 脂肪酸链越短，膜脂流动性越大
（一）片层结构模型具有三层夹板式结构特点
蛋白质-磷脂-蛋白质三层夹板式结构
（二）单位膜模型体现膜形态结构的共同特点
细胞膜在电镜下呈现 “两暗夹—明”的单位膜结构
（三）流动镶嵌模型是被普遍接受的模型
脂双层构成膜的连贯主体，它具有晶体分子排列 的有序性，又具有液体的流动性。膜中蛋白质分 子以不同形式与脂双分子层结合。强调了膜的流 动性和膜蛋白的不对称性。
（3）胆固醇的双重调节作用 相变温度以上，限制膜的流动性，稳定质膜； 相变温度以下，防止脂肪酸链相互凝聚，干扰晶态形成
细胞生物学物质的跨膜运输试题
细胞生物学物质的跨膜运输试题以下是一些关于细胞生物学中跨膜运输的试题：1.请解释什么是细胞膜的跨膜运输？跨膜运输是指物质通过细胞膜从一个细胞内区域或环境进入另一个区域或环境的过程。
这个过程涉及到物质穿越细胞膜的疏水性内层，并与细胞膜上的载体蛋白或通道蛋白相互作用。
2.请列举细胞膜跨膜运输的两种主要机制，并简要描述它们。
-主动转运：主动转运是指物质在细胞膜跨膜运输时需要消耗能量（通常为三磷酸腺苷，ATP）。
这种机制可以使物质在浓度梯度之外被积累，如钠-钾泵。
-被动扩散：被动扩散是指物质在细胞膜跨膜运输时不需要消耗能量，遵循浓度梯度自发地从高浓度区域向低浓度区域移动。
这种机制包括简单扩散和载体介导的扩散。
3.请解释离子通道蛋白的功能以及如何实现离子选择性。
离子通道蛋白是一类跨膜蛋白，它们具有特定的结构域，形成一个通道，使特定类型的离子能够穿过细胞膜。
离子通道蛋白通过开启或关闭来调节离子的通行。
离子选择性是由离子通道蛋白中的氨基酸残基决定的。
通道蛋白的内部有特定位置的氨基酸残基，可以与特定大小、电荷和水合状态的离子相互作用。
这种相互作用使得只有特定类型的离子能够通过通道，其他离子则被阻挡在外。
4.请解释细胞膜上的载体蛋白如何实现物质的跨膜运输？细胞膜上的载体蛋白通过与物质结合并发生构象变化来实现物质的跨膜运输。
这些载体蛋白在细胞膜上形成一个通道或者运输器，物质结合到载体蛋白上后，载体蛋白会发生构象变化，使物质从一个细胞内区域转移到另一个区域。
载体蛋白的跨膜运输可以是被动的，遵循浓度梯度自发地将物质从高浓度区域向低浓度区域转移，也可以是主动的，需要消耗能量才能将物质从低浓度区域向高浓度区域转移。
医学细胞生物学：4 细胞膜与物质的跨膜运输
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2. 膜蛋白的不对称性
绝对不对称。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，其定位也是不对称的。
各种激素的受体具有极性， ATP酶、5’-核苷酸酶分布于膜的外表面 腺苷酸环化酶(cAMP)则分布于膜的内表面
不对称分布对完成其生物学功能很重要。
3. 膜糖的不对称性
糖脂、糖蛋白的寡糖侧链只分布于质膜外表面 内膜系统中，寡糖侧链分别于膜腔的内侧面
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2021/3/16
Wanghs Sun Yat-sen University
4. 膜蛋白在脂膜中的运动
主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。 侧向扩散：膜蛋白在膜脂中可以自由漂浮和在膜表面上扩 散 旋转扩散：指膜蛋白围绕与膜平面垂直的轴进行旋转运动 膜蛋白的侧向运动受细胞骨架的限制，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。
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炎症反应中，细菌感染早期阶段，噬中性粒细胞表面的糖类被感染部 位的血管上皮细胞上的凝集素识别，使之黏附在血管上，通过血流迁 移到感染组织内，清除细菌。
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二、生物膜的特性
具有两个显著特性：
膜的不对称性（asymmetry） 膜的流动性（fluidity）
2021/3/16
Wanghs Sun Yat-sen University
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2、膜脂分子的运动方式
1.侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置 2.旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。 3.摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。 4.伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。 5.翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。是在翻 转酶（flippase）的催化下完成。 6.烃链旋转异构：脂肪酸链围绕C-C键旋转，导致异构化运动。
细胞生物学-细胞-4章
细胞膜的化学组成与分子结构
ABO血型抗原
细胞膜的化学组成与分子结构
• 细胞膜的特性
• 脂双层与蛋白质围成屏障，还执行 物质运输、信号转导、细胞识别、 能量转化 等功能
• 膜的不对称性决定膜功能的方向性 • 1.膜脂的不对称性
• 脂双层的膜脂分布不对称，在含量、
比例上有差异
SM：鞘磷脂；PC：磷脂酰胆碱； PS：磷脂酰丝氨酸；PE：磷脂酰乙醇胺； PI：磷脂酰肌醇；CL：二磷脂酰甘油
著低于 油-水 界面表面张力，
推测 质膜中有 蛋白质；提出 “片层结构模型”(蛋白-磷脂--
-蛋白 三层夹板式结构)
细胞膜的化学组成与分子结构
• 单位膜模型
• 1959年，J.D.Robertson 电镜观察细胞膜“两暗夹一明”———单位 膜 • 单位膜模型：膜蛋白是单层肽链以β折叠 通过静电作用 与磷脂极性端 结合
• 细胞膜的脂类——膜脂，细胞膜的脂类——膜脂，约占50%，主要分为
三个类型：磷脂(phospholipid)、胆固醇(cholesterol)、糖脂(glycolipid)
• 1.磷脂构成膜脂的基本成分
• 磷脂占整个膜脂50%以上，分为两类：甘油磷脂 和 鞘磷脂 • 甘油磷脂：磷脂酰胆碱(卵磷脂PC)、磷脂酰乙醇胺(脑磷脂PE)、磷脂酰 丝氨酸(PS) 、磷脂酰肌醇(PI) • 甘油磷脂的共同特征：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，磷酸基团结合 胆碱、乙醇胺、丝氨酸、肌醇
细胞膜的化学组成与分子结构
细胞膜的化学组成与分子结构
• 膜蛋白执行细胞膜的多种重要功能
• 膜蛋白：转运蛋白、酶、连接蛋白、受体蛋白 • 膜蛋白含量：轴突髓鞘﹤25%、线粒体内膜≈75%、大多膜 50%(蛋白 质分子数：脂类分子数=1:50) • 根据膜蛋白与脂双层结合方式，分为三类：内在膜蛋白、外在膜蛋白、 脂锚定蛋白
细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输
0.23 0.7 1.5 1.5-4 3.2
(一) 膜脂 生物膜上的脂类统称膜脂。
磷脂 膜 脂 胆固醇
糖脂
均为“双亲性分子”(★★)
既有亲水性一端，又有 疏水性一端的分子。
1、磷脂的类型
X
极
磷脂酰胆碱（卵磷脂）
性 头
磷 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
部 （
脂 磷脂酰丝氨酸
亲 水 性
鞘磷脂
）
非
极
性
尾
鞘
部 （
（一）吞噬作用
※指细胞内吞较大的固体颗粒或分子复合物的过程，
如细菌、细胞碎片、无机尘粒等。
※吞噬作用形成的囊泡称吞噬体。
※是原生动物获取营养的重要方式。 ※在高等动物和人类是机体免疫系统的重要功能
（如巨噬细胞等）。
（二）胞饮作用
※是指细胞内吞液体或小溶质分子的活动。 ※胞饮形成的囊泡称胞饮体。
※大多数细胞具有胞饮作用。
ATP
Na+
细胞外
Na+
小 亚 基 小 亚 基 小 亚 基
Na+
Na+ Na+
细胞内
K+ K+
K+
浓 钾结合部位 度
梯 度 30 倍
ADP+Pi
K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+ K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+ K+
《医学细胞生物学》第04章 细胞膜与物质的跨膜运输
17、协同运输：通过消耗ATP间接提供能量，借助某种物质浓度梯度或电化学梯度为动力进行运输。
18、配体门通道：通道蛋白亚基在膜上形成的孔道，如果通过与一些信号分子（配体）结合后构象发生改变而导致孔道的开关，则这样的通道蛋白称为配体门通道。
19、电压门通道：通道蛋白亚基在膜上形成的孔道，如果通过细胞内外离子浓度产生膜电位，由膜电位发生变化控制开关，则这样的通道蛋白称为电压门通道。
E、细胞膜及内膜系统的总称
2、生物膜的主要化学成分是（ ）。
A、蛋白质和核酸 B、蛋白质和糖类 C、蛋白质和脂肪
D、蛋白质和脂类 E、糖类和脂类
3、生物膜的主要作用是（ ）。
A、区域化 B、合成蛋白质 C、提供能量 D、运输物质 E、合成脂类
6、间隙连接和紧密连接都是脊椎动物的通讯连接方式。（ ）
7、桥粒和半桥粒的形态结构不同，但功能相同。（ ）
8、所有生物膜中的蛋白质和脂的相对含量都相同。（ ）
9、胞吞作用与胞吐作用是大分子物质与颗粒性物质的跨膜运输方式，也是一种主动运输，需要消耗能量。（ ）
2、外在(外周)膜蛋白为水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密，需用去垢剂使膜崩解后才可分离。（ ）
3、哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和内膜体系，所以红细胞的质膜是最简单最易操作的生物膜。（ ）
4、连接子(connexon) 是锚定连接的基本单位。
5、上皮细胞、肌肉细胞和血细胞都存在细胞连接。（ ）
9、桥粒：又称点状桥粒，位于粘合带下方。是细胞间形成的钮扣式的连接结构，跨膜蛋白（钙粘素）通过附着蛋白（致密斑）与中间纤维相联系，提供细胞内中间纤维的锚定位点。中间纤维横贯细胞，形成网状结构，同时还通过桥粒与相邻细胞连成一体，形成整体网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。
细胞生物学 第四章 细胞膜与物质的穿膜运输
孔蛋白（porin）。
2. 外在膜蛋白（extrinsic proteins）
也称外周蛋白（peripheral protein） 占20％～30％，位于膜的内外表面，内面较多
主要是水溶性蛋白质 连接较松散，温和处理就与膜分离
周边蛋白通过离子键、氢键或静电作用与膜脂 分子相互作用
高盐溶液可破坏离子键，不需用去垢剂 如：血影蛋白、锚蛋白。细胞色素C等
1. 膜脂的流动 脂双层是一种二维流体，因细胞内外的水环境
阻止膜脂分子自双层中逸出，只能在双层内运动和 交换位置
1）膜脂分子的运动形式
烃链的旋转异构运动（流动性的主要因素）
C一C 自由旋转产生旋转异构体
反式构象
歪扭构象
侧向扩散（lateral diffusion） 同一单分子层内脂类分子交换位置，107次/秒。 扩散距离为1～2 µm/秒
乙酰胆碱受体是典型的配体门控通道 N冲动传至神经末梢，电压闸门Ca2+通道瞬时开放 Ca2+内流使突触小泡释放Ach Ach结合突触后膜受体，使Na+通道开放 肌细胞膜Na+内流使电压闸门Na+通道短暂开放 肌细胞膜去极化，肌浆网上Ca2+通道开放 Ca2+内流，引起肌原纤维收缩
神经肌肉接头处离子通道
这种含特殊脂质和蛋白质的微区较膜其它部位厚， 更有序，较少流动，称脂筏
脂筏直径约70～100nm，其上数百个蛋白质形成小 窝（caveolae），它可转运生物活性分子入细胞，参 与信号转导
脂筏的特点 一是聚集蛋白质，便于相互作用 二是提供蛋白质变构环境，形成有效的变构
脂筏功能的紊乱已涉及HIV、肿瘤、动脉粥样硬化、 老年痴呆、疯牛病等
水端朝向膜的内外表面 球形蛋白质附着在脂双层的两侧表面，形成蛋白质-
2. 外在膜蛋白（extrinsic proteins）
也称外周蛋白（peripheral protein） 占20％～30％，位于膜的内外表面，内面较多
主要是水溶性蛋白质 连接较松散，温和处理就与膜分离
周边蛋白通过离子键、氢键或静电作用与膜脂 分子相互作用
高盐溶液可破坏离子键，不需用去垢剂 如：血影蛋白、锚蛋白。细胞色素C等
1. 膜脂的流动 脂双层是一种二维流体，因细胞内外的水环境
阻止膜脂分子自双层中逸出，只能在双层内运动和 交换位置
1）膜脂分子的运动形式
烃链的旋转异构运动（流动性的主要因素）
C一C 自由旋转产生旋转异构体
反式构象
歪扭构象
侧向扩散（lateral diffusion） 同一单分子层内脂类分子交换位置，107次/秒。 扩散距离为1～2 µm/秒
乙酰胆碱受体是典型的配体门控通道 N冲动传至神经末梢，电压闸门Ca2+通道瞬时开放 Ca2+内流使突触小泡释放Ach Ach结合突触后膜受体，使Na+通道开放 肌细胞膜Na+内流使电压闸门Na+通道短暂开放 肌细胞膜去极化，肌浆网上Ca2+通道开放 Ca2+内流，引起肌原纤维收缩
神经肌肉接头处离子通道
这种含特殊脂质和蛋白质的微区较膜其它部位厚， 更有序，较少流动，称脂筏
脂筏直径约70～100nm，其上数百个蛋白质形成小 窝（caveolae），它可转运生物活性分子入细胞，参 与信号转导
脂筏的特点 一是聚集蛋白质，便于相互作用 二是提供蛋白质变构环境，形成有效的变构
脂筏功能的紊乱已涉及HIV、肿瘤、动脉粥样硬化、 老年痴呆、疯牛病等
水端朝向膜的内外表面 球形蛋白质附着在脂双层的两侧表面，形成蛋白质-
细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输
膜、高尔基复合体膜、溶酶体 膜、核膜等，统称为细胞内膜。
生物膜(biomembrane）
细胞膜、线粒体膜和细胞内膜的总称。
生
细胞膜
物 细胞内膜
膜
线粒体膜
细胞膜 细胞质
任何生物膜在电镜下都呈现“暗—明—暗”
三层结构，故将这三层结构称为单位膜。
第一节 细胞膜的化学组成和分子结构
一、细胞膜的化学组成
细 脂类、蛋白质、糖类 ——主要成分
小鼠膜蛋白抗体 + 小鼠膜蛋白（抗原）
人膜蛋白抗体 + 罗丹明
人膜蛋白抗体+ 人膜蛋白（抗原） 孵育（37℃，40分钟）
影响膜流动性的因素
1.脂肪酸链的饱和程度 饱和程度高，流动性小 饱和程度低，流动性大
2.脂肪酸链的长度 3.胆固醇的影响
链长，流动性小 链短，流动性大
调节膜的流动性
4.卵磷脂/鞘磷脂的比例
消耗细胞代谢能,这种运输方式称…。
载体蛋白 既参与主动运输又参与被动运输。 通道蛋白 只参与被动运输。
（一） 被动运输
1.单纯扩散 2.通道扩散 3.协助扩散
（二） 主动运输
1.钠钾泵(Na+-K+pump) 2.协同运输
第三节 大分子和颗粒的膜泡运输
★
大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞
膜,而是通过一系列膜囊泡的形成和融
常见糖脂：脑苷脂； 神经节苷脂
鞘 胺 醇
脑苷脂
糖脂分子
3、胆固醇(cholesterol)
极 性 头 部固
醇 环 结 构非
极 性 尾 部
（二）膜蛋白
内在蛋白（70%～80%） 外在蛋白（20% ～30%）
1、内在蛋白
※膜功能的承担者； ※双亲性分子，可以不同程度地嵌入脂双分子层： （1）贯穿脂双层，两端露出膜外——跨膜蛋白
生物膜(biomembrane）
细胞膜、线粒体膜和细胞内膜的总称。
生
细胞膜
物 细胞内膜
膜
线粒体膜
细胞膜 细胞质
任何生物膜在电镜下都呈现“暗—明—暗”
三层结构，故将这三层结构称为单位膜。
第一节 细胞膜的化学组成和分子结构
一、细胞膜的化学组成
细 脂类、蛋白质、糖类 ——主要成分
小鼠膜蛋白抗体 + 小鼠膜蛋白（抗原）
人膜蛋白抗体 + 罗丹明
人膜蛋白抗体+ 人膜蛋白（抗原） 孵育（37℃，40分钟）
影响膜流动性的因素
1.脂肪酸链的饱和程度 饱和程度高，流动性小 饱和程度低，流动性大
2.脂肪酸链的长度 3.胆固醇的影响
链长，流动性小 链短，流动性大
调节膜的流动性
4.卵磷脂/鞘磷脂的比例
消耗细胞代谢能,这种运输方式称…。
载体蛋白 既参与主动运输又参与被动运输。 通道蛋白 只参与被动运输。
（一） 被动运输
1.单纯扩散 2.通道扩散 3.协助扩散
（二） 主动运输
1.钠钾泵(Na+-K+pump) 2.协同运输
第三节 大分子和颗粒的膜泡运输
★
大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞
膜,而是通过一系列膜囊泡的形成和融
常见糖脂：脑苷脂； 神经节苷脂
鞘 胺 醇
脑苷脂
糖脂分子
3、胆固醇(cholesterol)
极 性 头 部固
醇 环 结 构非
极 性 尾 部
（二）膜蛋白
内在蛋白（70%～80%） 外在蛋白（20% ～30%）
1、内在蛋白
※膜功能的承担者； ※双亲性分子，可以不同程度地嵌入脂双分子层： （1）贯穿脂双层，两端露出膜外——跨膜蛋白
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主动运输
伴随运输（cotransport）
是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。 物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的
电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是 钠钾泵或质子泵。
主动运输
伴随运输（cotransport）：
主动运输
伴随运输（cotransport）
可分为： 同向协同（symport）与反向协同（antiport）
被动运输
离子通道扩散
电压门控通道 配体门控通道 机械门控通道
被动运输
离子通道扩散
被动运输
离子通道扩散
配体门通道(ligand gated channel)
被动运输
离子通道扩散
乙酰胆碱受体
含羞草展开与收缩受电位-门控通道的控制 听觉毛状细胞的机械敏感门通道作用原理
又如：神经---肌肉兴奋，不到１秒钟的时 间内完成，这一过程包括四次通道顺次开放：
不适合简单扩散的物质:
分子量大，水溶性 带电荷的分子
被动运输
易化扩散（facilitatied diffusion）
非脂溶性（亲水性）物质在膜转运蛋白协助下顺 浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。
被动运输
易化扩散（facilitatied diffusion）
特点：
亲水物质：糖，氨基酸，核苷酸等 专一的载体蛋白 利用浓度差，无需消耗代谢能 转运速率高
主动运输
伴随运输（cotransport）：同向协同（symport）
主动运输
伴随运输（cotransport）：反向协同（antiport）
如动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的 方式来转运H+，以调节细胞内的pH值。
主动运输
伴随运输（cotransport）
单运输
协同运输
主动运输
所需的能量来源： –①水解ATP获得能量； –②协同运输中的离子梯度动力；
主动运输被动运输比较
被动运输
主动运输
膜泡运输
真核细胞通过胞吞作用和胞吐作用完成大分 子与颗粒性物质的跨膜运输。在转运过程中，质 膜内陷，形成包围细胞外物质的囊泡，因此又称 膜泡运输。
胞吞作用
吞噬作用 胞饮作用 受体介导的胞吞作用
吞噬作用
细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞 碎片等。吞噬泡
作用方式
主动运输 被动运输
通道蛋白
跨膜蛋白 形成通道
非细胞能量
被动运输
被动运输
简单扩散(simple diffusion)
特点： ①沿浓度梯度（或电 化学梯度）扩散； ②不需要提供能量； ③没有膜蛋白的协助。
适合简单扩散的物质: 脂溶性(疏水)小分子: 苯、 氧气、氮气
不带电极性小分子: 水、尿 素
胞吐作用
某些大分子物质通过形 成小囊泡从细胞内部移 至细胞表面，小囊泡的 膜与质膜融合，将物质 排出细胞之外。
胞吐作用
组成型外排途径：所有真核细胞都有分泌蛋 白从高尔基体分泌囊泡向质膜运输的过程。
调节型外排途径：分泌细胞产生的分泌物储 存在特定的分泌泡内，当细胞在受到胞外信 号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释 放出去。
载体蛋白
与特定的溶质结合，改变蛋白本身构象， 使溶质穿越细胞膜的膜转运蛋白。 载体蛋白又称做载体、通透酶和转运器
载体蛋白
通道蛋白
跨膜蛋白，通过疏水的氨基酸链形成亲水性 通道，贯穿脂双层，当孔开放时特定的溶质 可以经过通道穿透细胞膜。
载体蛋白
性质 作用机理
作用条件
跨膜蛋白 改变构象
细胞能量 非细胞能量
易化扩散 离子通道扩散
主 动 运 输(active transport)
概念：物质逆浓度梯度且需要消耗能量的 运输
类型：离子泵
伴随运输
膜转运蛋白
× 简单扩散 ———— 工具
易化扩散
离子通道扩散 离子泵
工具
伴随运输
膜转运蛋白
细胞膜上负责转运物质的特定的膜蛋白 被动运输
载体蛋白 主动运输
通道蛋白——被动运输
D、肌浆网上的泵
能够水解ATP，并利用ATP水解释放出的能 量驱动物质进行逆浓度梯度跨膜运输的载体蛋 白称为泵。
其转运对象多为离子，所以称作离子泵。
如：Na+-K+ATP酶/钠泵 Ca2+-ATP酶/钙 泵
主动运输
离子泵: Na+-K+ATP酶/钠泵 由两个大亚基、两个小亚基组成的四聚体。
被动运输
易化扩散（facilitatied diffusion）
红细胞膜上的葡萄糖转运蛋白，溶质：葡萄糖
被动运输
离子通道扩散 跨膜的通道蛋白介导的扩散
作用特点：
转运速度迅速； 具有高度的选择性； 不需要代谢能，顺电化学梯度的转运； 有些通道蛋白长期开放，有些通道蛋白仅
在特定刺激下才打开，又称为门通道 （gated channel）。
A、刺激－神经冲动－神经末梢，膜去极化，电压闸门通道 钙离子通道开放，钙离子进入神经末梢，刺激乙酰胆碱 （ACH）分泌到突触间隙中；
B、ACH与突触后肌细胞膜上的受体结合，配体闸门钠离子 通道开放，钠离子进入肌细胞，肌细胞膜去极化；
C、肌细胞膜上电压闸门钠离子通道开放，更多的钠离子进 入肌细胞，肌细胞膜进一步去极化，产生动作电位，扩 散到肌细胞膜；
具有载体和酶的双 重作用。
维持胞外的高钠离子 和胞内的高钾离子
膜内
膜外
膜外 膜内
主动运输
离子泵: Na+-K+ATP酶/钠泵
Na+-K+泵的意义（作用）：
①维持细胞的渗透压，保持细胞的体积； ②为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力； ③维持细胞的静息电位。
主动运输
离子泵: 钙 泵（Ca2+-ATP酶） 维持细胞质中低水平的Ca2+浓度
医学细胞生物学__细胞膜与物质的 跨
细胞膜的功能
运输形式
穿膜运输
——小分子和离子
膜泡运输
——大分子和颗粒物质
穿膜运输
被动运输(passive transport) 主动运输(active transport)
被 动 运 输(passive transport)
概念：物质顺浓度梯度且不消耗能量的运输 类型：简单扩散
胞饮作用
细胞吞入的物质为 液体或极小的颗粒 物质。胞饮泡
受体介导的胞吞作用
大分子与细胞表面的受体结合，通过有被小窝 进入细胞，此过程称为受体介导的胞吞作用。
膜泡运输
膜泡运输
笼
形
蛋
白
电
镜
照
片
网格蛋白
笼形蛋白衣被模型
膜泡运输
笼形衣被小泡的形成
膜泡运输
低密度脂蛋白 LDL
膜泡运输
LDL的受体介导内吞