细胞表面及其特化结构

《细胞生物学》系列课程：第四章质膜和细胞表面一《细胞生物学》系列课程第四章质膜和细胞表面一第四章质膜和细胞表面概述：质膜、内膜系统、生物膜、单位膜第一节质膜的化学成分第二节质膜的分子结构第三节质膜的特性第四节细胞表面及其特化结构第五节质膜与细胞的物质运输概述：质膜（plasmamembrane）细胞质与外界相隔开的一层界膜，又称细胞膜(cellmembrane)，厚7~10nm存在意义：屏障作用，提供稳定的内环境物质转运信号传递、细胞识别等内膜系统（Endo-membranesystem）除质膜外，真核细胞内还有一些膜结构。

概念：真核细胞内那些在结构、功能及发生上密切关联的膜性结构细胞器的总称。

生物膜（biologicalmembrane）所有膜性结构的总称20Ao35Ao20Ao单位膜（unitmembrane）——生物膜的共同形态结构特征概念：透射电镜下，生物膜呈现出“两暗夹一明”铁轨样形态，称为单位膜。

第一节质膜的化学成分脂类：50%蛋白质：40~50%糖类：1~10%不同类型生物膜三种物质的比例不同，一般，膜功能复杂，蛋白质含量高。

一、膜脂（membranelipid）概述膜脂是细胞膜的基本组成成分种类：磷脂（最多）、胆固醇和糖脂特点：兼性（双亲性、两亲性）分子存在形式：脂质双分子层功能：生物膜的基本骨架屏障作用赋予膜流动性(一)磷脂（phospholipid）——膜脂的基本成分含量最多的膜脂，约占膜脂的50%以上双亲性分子1个亲水头2个疏水尾（多为脂肪酸链）可分两大类：甘油磷脂鞘磷脂胆碱乙醇胺丝氨酸肌醇1.甘油磷脂——以甘油为骨架磷脂酰胆碱(卵磷脂)磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇极性基团磷酸甘油脂肪酸链磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）2.鞘磷脂——以鞘氨醇为骨架在神经细胞膜中特别丰富，原核和植物细胞膜中不含。

1个亲水头2个疏水尾胆碱等胆碱脂肪酸脂肪酸脂肪酸烃链甘油磷脂鞘磷脂磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰胆碱鞘磷脂鞘氨醇分子团脂质体磷脂双层磷脂分子在水溶液中的3种构型：①球形单层分子团②双分子层③脂质体抗体聚乙二醇脂溶性药物人工脂质体应用：转基因载体药物载体膜功能的研究疏水尾(二)胆固醇（cholesterol）主要存在于动物细胞膜上，原核细胞中无植物细胞中少(约占膜脂2%)含量多不超过膜脂的1/3个别达50%两亲性分子亲水头&疏水尾（胆固醇）分布：散布在磷脂分子之间功能：①维持膜的稳定性②调节膜的流动性（双向调节）甾环胆固醇对膜流动性的双向调节糖脂（三）糖脂（glycolipid）普遍存在于原核和真核细胞质膜上，约占膜脂总量的5%。

1．简述细胞生物学的基本概念，以及细胞生物学发展的主要阶段。

以细胞为研究对象，经历了从显微水平到亚显微和分子水平的发展过程，研究细胞结构与功能从而探索细胞生长发育繁殖遗传变异代谢衰老及进化等各种生命现象的规律的科学；主要阶段：①细胞的发现与细胞学说的创立②光学显微镜下的细胞学研究③实验细胞学研究④亚显微结构与分子水平的细胞生物学。

2.简述细胞学说的主要内容。

施莱登和施旺提出一切生物，从单细胞生物到高等动物和植物均有细胞组成，细胞是生物形态结构和功能活动的基本单位。

魏尔肖后来对细胞学说作了补充，强调细胞只能来自原来的细胞。

3.简述原核细胞的结构特点。

1）. 结构简单DNA为裸露的环状分子，无膜包裹，形成拟核。

细胞质中无膜性细胞器，含有核糖体。

2）. 体积小直径约为1到数个微米。

4.简述真核细胞和原核细胞的区别。

5.简述DNA的双螺旋结构模型。

① DNA分子由两条相互平行而方向相反的多核苷酸链组成。

②两条链围绕着同一个中心轴以右手方向盘绕成双螺旋结构。

③螺旋的主链由位于外侧的间隔相连的脱氧核糖和磷酸组成，内侧为碱基构成。

④两条多核苷酸链之间依据碱基互补原则相连螺旋内每一对碱基均位于同一平面上并且垂直于螺旋纵轴，相邻碱基对之间距离为0.34nm,双螺旋螺距为3.4nm。

6.蛋白质的结构特点。

以独特的三维构象形式存在，蛋白质三维构象的形成主要由其氨基酸的顺序决定，是氨基酸组分间相互作用的结果。

一级结构是指蛋白质分子氨基酸的排列顺序，氨基酸排列顺序的差异使蛋白质折叠成不同的高级结构。

二级结构是由主链内氨基酸残基之间氢键形成，有两种主要的折叠方式a-螺旋和β-片层。

在二级结构的基础上进一步折叠形成三级结构，不同侧键间互相作用方式有氢键，离子键和疏水键，具有三级结构既表现出了生物活性。

三级结构的多肽链亚单位通过氢键等非共价键可形成更复杂的四级结构。

7.生物膜的主要化学组成成分是什么？膜脂（磷脂，胆固醇，糖脂），膜蛋白，膜糖8.什么是双亲性分子(兼性分子)？举例说明。

细胞表面的特化结构细胞表面的特化结构是指细胞表面上具有特殊功能的微小结构。

这些结构有助于细胞进行各种生命活动，例如细胞信号传导、细胞运动、营养摄取和分泌等。

本文将介绍几种常见的细胞表面特化结构。

1. 纤毛和鞭毛纤毛和鞭毛是一种细胞表面的纤维状结构，它们由微管束和基体组成。

纤毛和鞭毛的主要功能是运动和感受。

鞭毛一般比纤毛更长，只有一个或几个，而纤毛则较短，数量较多。

纤毛和鞭毛在许多生物中均可见到，例如人类呼吸道上皮细胞上的纤毛和精子上的鞭毛。

2. 微绒毛微绒毛是一种长度约为1微米的细胞表面小突起，由微丝和微绒毛核心纤维组成。

微绒毛的主要功能是增加细胞表面积，从而提高细胞对营养物质的吸收能力。

微绒毛广泛存在于消化道、肾脏、肺和生殖系统等组织中。

3. 紧密连接和间隙连接紧密连接和间隙连接是一种细胞表面的结构，由细胞膜上的蛋白质组成。

紧密连接在细胞上形成了一个紧密的屏障，可以防止物质通过，保护组织和器官免受外部环境的侵害。

间隙连接则是一种细胞间的连接结构，可以使细胞之间形成紧密的联系，从而促进细胞间分子的交流和信号传导。

4. 细胞膜上的受体细胞膜上的受体是一种特殊的蛋白质，位于细胞膜上。

它们可以感受细胞外的信号分子，并将这些信号转化成细胞内的信号，从而调节细胞的生理和生化反应。

细胞膜上的受体有许多种类，如酪氨酸激酶受体、G蛋白偶联受体等。

5. 细胞表面的糖基化细胞表面的糖基化是指细胞表面上的蛋白质和脂质与糖分子结合的过程。

这种糖基化可以使细胞表面形成糖基化物，从而影响细胞的生理和生化反应。

例如，在许多生物中，糖基化可以使细胞表面的糖蛋白起到信号传导和免疫识别的作用。

细胞表面的特化结构对细胞的正常生理和生化反应具有重要作用。

这些结构不仅可以帮助细胞进行各种生命活动，还可以为细胞提供保护和信号传导等功能。

因此，对细胞表面的特化结构的研究具有重要意义，有助于深入理解细胞的生理和病理机制。

细胞的特化结构细胞是构成生物体的基本单位，不同类型的细胞在形态和功能上存在差异。

这些差异主要是由细胞的特化结构所决定的。

细胞的特化结构使得它们能够完成各自特定的生物学功能。

本文将介绍细胞的一些主要特化结构，包括细胞膜、细胞质、细胞核、线粒体、内质网、高尔基体和溶酶体等。

细胞膜是细胞的外界限，它由脂质双层和蛋白质组成。

细胞膜具有选择性通透性，能够控制物质的进出。

细胞膜上还有许多蛋白质，其中包括通道蛋白、受体蛋白和酶等。

这些蛋白质能够与外界物质相互作用，实现物质的传递和信号的传导。

细胞质是细胞膜内的胶状物质，包括细胞器、细胞骨架和溶质等。

细胞质中的细胞器是细胞的重要组成部分，包括线粒体、内质网、高尔基体和溶酶体等。

这些细胞器各自具有特定的结构和功能，协同工作，完成细胞的生物学活动。

细胞核是细胞的控制中心，它包含着遗传物质DNA。

细胞核内还有核糖体、染色质和核仁等结构。

核糖体是蛋白质合成的场所，染色质是DNA和蛋白质的复合物，核仁则参与核糖体的合成和组装。

线粒体是细胞的能量中心，它通过氧化磷酸化反应产生ATP，并参与细胞的呼吸作用。

线粒体具有双层膜结构，内膜上有许多葡萄糖和脂肪酸氧化酶，能够将葡萄糖和脂肪酸转化为能量。

内质网是细胞的蛋白质合成和修饰的场所。

它由一系列膜片和腔隙组成，包括粗面内质网和滑面内质网。

粗面内质网上有许多核糖体附着，参与蛋白质的合成。

而滑面内质网则参与蛋白质的修饰和运输。

高尔基体是细胞的分泌中心，它包括一系列扁平的膜片和小囊泡。

高尔基体参与蛋白质的修饰、包装和分泌。

它还能够合成一些复杂糖脂和糖蛋白。

溶酶体是细胞的消化中心，它由一层膜包围，内部含有水解酶。

溶酶体能够将各种物质分解为小分子，并将其释放到细胞质中。

它还参与细胞的废物处理和免疫功能。

细胞的特化结构使得细胞能够完成各种各样的生物学功能。

不同类型的细胞根据其功能的不同，其特化结构也会有所不同。

通过进一步研究细胞的特化结构，我们可以更好地理解细胞的功能和生物体的组织结构。

细胞膜的修饰和特化机制及其功能细胞膜是细胞的外壳，是隔离细胞与外界环境的一个重要的屏障。

细胞膜除了具有物理隔离的功能外，还参与了很多细胞内外的生命活动。

为了更好地完成这些生命活动，细胞膜在漫长的生化进化过程中逐渐发展出了各种不同的修饰和特化机制，以适应复杂多样的细胞生命活动。

细胞膜主要由磷脂双分子层组成，其中包括两层磷脂分子和许多细胞膜蛋白。

这些细胞膜蛋白可以通过不同的修饰和特化机制来改变它们的结构和功能，从而调节或介导细胞内外的信号传递、物质转运和细胞间相互作用等。

大多数的膜蛋白都具有疏水性，主要分布在细胞膜的内层。

这些蛋白通常被翻译成预蛋白，运输到内质网中进行修饰和加工。

在内质网上，这些预蛋白经过一系列的修饰，包括N-糖基化、磷酸化、甘氨酸化等，转化为成熟的膜蛋白。

这些修饰过程不仅可以影响膜蛋白的结构，还可以影响它们的生物活性。

在细胞膜表面，膜蛋白通常被修饰成不同类型的糖蛋白。

这些糖蛋白通过N-糖基化或O-糖基化等一系列复杂的修饰过程，在膜表面形成不同的糖基结构，从而实现不同的生物学功能。

例如，在白细胞的表面上，糖蛋白可以帮助识别和结合细胞外的信号分子，从而介导炎症反应和免疫应答。

除了膜蛋白的修饰外，细胞膜还可以通过细胞膜脂质的特化来实现不同的生物学功能。

最典型的例子是神经元的突触膜，在突触膜中，膜磷脂的构成和分布方式与其他细胞的细胞膜有所不同。

特别是，神经元突触膜的内层主要由富含二十碳五烯酸的磷脂分子组成，而二十碳五烯酸是通过富含这种脂质的食物来摄入的。

这种特殊的脂质组合方式有助于维持突触膜的流动性和弹性，从而实现更好的神经元信号传递和神经胶质细胞相互作用。

细胞膜的修饰和特化机制不仅在生物学中具有基础性意义，还对医学和药学等领域具有广泛的应用前景。

例如，研究细胞膜糖蛋白的结构和功能，有助于发现新型病原体和疾病标记物，并为新药研发提供基础性素材。

此外，针对特定的膜脂质成分的各种功能研究还具有重要的临床应用潜力。

细胞膜与细胞表⾯第四章细胞膜与细胞表⾯第⼀节细胞膜与细胞表⾯特化结构细胞膜(cell membrane)⼜称质膜(plasma membrane)：是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋⽩质组成的⽣物膜。

细胞膜不仅是细胞结构上的边界，使细胞有⼀个相对稳定的内环境，同时在细胞与环境之间进⾏物质、能量的交换及信息传递过程中也起着决定性的作⽤。

⽣物膜(biomembrane)：真核细胞内部存在着由膜围绕构建的各种细胞器。

细胞内的膜系统与细胞膜统称为⽣物膜。

它们具有共同的结构特征。

⼀、细胞膜的结构模型⼈们⽤光学显微镜发现了细胞，但到20世纪50年代初，在电镜下显⽰出了质膜的超微结构。

但⼈们并未感到惊奇，因为此前细胞⽣理学家在研究细胞内渗透压时已证明了质膜的存在。

1925年E. Gorter和F. Grendel研究红细胞发现膜脂单层分⼦为红细胞表⾯积的⼆倍，提⽰了质膜是由双层脂分⼦构成的。

随后，⼈们发现质膜的表⾯张⼒⽐油—⽔界⾯的表⾯张⼒低得多，若脂滴表⾯吸附有蛋⽩成分则表⾯张⼒降低，因此Davson和Danielli提出“蛋⽩质—脂质—蛋⽩质”的三明治式的质膜结构模型。

这⼀模型影响达20年之久。

1959年，J. D. Robertson发展了三明治模型，提出了单位膜模型(unit membrane model)，并推断所有的⽣物膜都由蛋⽩质—脂质—蛋⽩质的单位膜构成。

随后的⼀些实验，如免疫荧光标记技术等证明，质膜中的蛋⽩质是可流动的；冷冻蚀刻技术显⽰了双层膜脂中存在膜蛋⽩颗粒。

1972年，S. J. Singer和G. Nicolson在此基础上⼜提出了⽣物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model) 。

这⼀模型随即得到各种实验结果的⽀持。

流动镶嵌模型主要强调：①膜的流动性，膜蛋⽩和膜脂均可侧向运动；②膜蛋⽩分布的不对称性，有的镶在膜表⾯，有的嵌⼊或横跨脂双分⼦层。

近年来有⼈提出脂筏模型(lipid rafts model)，即在⽣物膜上富含胆固醇, 形成有序的脂相，如同“脂筏”⼀样, 并载有各种蛋⽩。

第三节细胞表面及其特化结构一、细胞表面的概念细胞膜在结构与功能上并非是孤立存在的,各类细胞在质膜外还附有一些物质和结构,它们参与了细胞膜功能的实现。

当前,人们把细胞膜,细胞膜外面的糖萼(亦称细胞外被)、细胞间连接结构和膜的其他一些特化结构等总称为细胞表面(Cell Surface),有的把细胞膜内表面的溶胶层(胞质溶胶)也包括在内。

细胞表面是一个复合的结构体系,其中细胞膜是细胞表面中结构与功能的核心,它和细胞表面中的其他结构一路,使细胞有了一个稳固的微环境,实现其物质互换、信息传递、细胞识别和免疫反映等功能活动。

下面分三个方面,重点介绍细胞外被,细胞连接和其他特化结构。

(一)细胞外被(Cell Coat)广义地说,所有细胞膜外面含有糖类的覆盖物都看成是细胞的外被,或称糖萼(glycocalyx),事实上,细胞外表的覆盖物可依照其来源、性质及与质膜的关系分为细胞外被,表面粘着物和外在结构,后二种是由细胞分泌出来的含糖大分子。

而细胞外被是质膜中糖蛋白和糖脂向外伸出的分支或不分支的寡糖链,事实上是细胞膜结构的一部份。

但它又有必然的独立性,若是去掉细胞外被,可不能损伤细胞膜,它好似“皮”与“毛”的关系。

现已知糖蛋白的寡糖链未端的单糖常为唾液酸,带负电荷,它们彼此相斥,使糖链充分展开而占专门大空间。

糖链又彼此交织成网状结构,细胞被网络在其中,另方面由于它有大量的负电荷,吸引了大量的水分子于其周围,还能捕捉Na+、Ca2＋等阳离子,从而促使细胞与其周围环境成立起水盐平稳环境。

细胞外被在生命活动中起着重要的作用,要紧有以下三个方面的功能:1.爱惜作用:消化道、呼吸道、生殖道等上皮细胞的细胞外被有润滑作用,不仅可减少、机械或摩擦,同时可爱惜上皮不受消化酶的消化,阻止细菌的侵袭。

2.细胞识别与通信作用:细胞外被中特定的单糖顺序好似细胞的“化学天线”,它是细胞彼此识别和通信的基础。

3.物质运输作用:细胞外被参与物质运输的要紧方式是细胞膜受体介导的胞吞作用。