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细胞膜及其表面结构 (1)

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细胞膜及其表面结构ppt课件

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3. 带三蛋白：是阴离子载体，通过交换Cl－，使HCO 3 －进入红细 胞。为二聚体，每个单体含929个氨基酸，跨膜12次。
4. 血型糖蛋白：单次跨膜糖蛋白，约有131个氨基酸， N端在膜外 侧，结合16条寡糖链；C-端在胞质面，链较短，与带4.1蛋白相 连。血型糖蛋白与MN血型有关，其功能尚不明确。
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红细胞膜骨架的网状支架的形成及与膜的 结合过程大致分为三步：
● 首先是血影蛋白与4.1蛋白、肌动蛋白的相互作用 ● 4.1蛋白同血型糖蛋白相互作用 ● 第三是锚定蛋白与血影蛋白、带3蛋白的相互作用
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三、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。
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（三）、内褶 内褶（infolding）是质膜由细胞表面内陷形成的结构，以相反的方 式扩大了细胞的表面积。这种结构常见于液体和离子交换活动比较 旺盛的细胞。
Infolding
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（四）、 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。其 详细结构和功能可参见细胞骨架 一章。
红细胞质膜上的糖鞘脂是AB0血型系统的血型抗原，糖链结构基 本相同，只是糖链末端的糖基有所不同。A型血的糖链末端为N-乙 酰半乳糖；B型血为半乳糖；O型血则缺少这两种糖基。
3
4
Simplified diagram of the cell coat (glycocalyx)
5
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0.2μm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，留下一个保源自持原形的空壳，称为血影（ghost）。

01细胞膜的结构

01细胞膜的结构

(6)参与形成具有不同功能的细胞表面特化 结构。
(7)膜蛋白的异常与某些遗传病、恶性肿瘤， 甚至神经退行性疾病相关，很多膜蛋白可作为疾 病治疗的药物靶标。
脂筏lipid raft
是富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域 （microdomain）。 约70nm左右，是一种动态结构，位于质膜的 外小页。 介于无序液体与液晶之间，称为有序液体 （Liquidordered）。 在低温下这些区域能抵抗非离子去垢剂的抽提， 称为抗去垢剂膜（detergent-resistant membranes， DRMs）。 在质膜中脂筏如同一个蛋白质的停泊平 台，与质膜信号转导、蛋白质分选有密切关系。
小鼠肝细胞膜的冰冻蚀刻
通过对质膜表面张力研究推测质膜含有蛋白质， 提出 “蛋白质一脂质一蛋白质”的三明治式的质 膜结构模型。 1959年J.D.Robertson提出单位膜模型(unit membrane model)，并推断所有生物膜均由单位膜 构成，并获得X-ray衍射分析与电镜形态学的证据 支持。
三、膜蛋白 动物细胞主要有9种膜脂，膜蛋白却种类繁多，约 占细胞总蛋白类别的30％。很多膜蛋白分子数目较 少，但却有非常重要的生物学功能。
膜蛋白的类型
依照膜蛋白分离的难易及其与脂分子的结合方式， 可 分 为 3 种 基 本 类 型 ： 外 在 膜 蛋 白 (extrinsic membrane protein) 或 称 外 周 膜 蛋 白 (peripheral membrane protein) 、 内 在 膜 蛋 白 (intrinsic membrane protein) 或 称 整 合 膜 蛋 白 (integral membrane protein)和脂锚定膜蛋白(1ipid anchored protein)。

003-细胞膜(1)(细胞-2012五)

003-细胞膜(1)(细胞-2012五)

Acetylcholine
Ca2+ result in contraction
(三).膜糖类：
动物细胞膜中的糖类有7种:D-葡萄糖、D-半乳糖、D甘露糖、L-岩藻糖、N-乙酰半乳糖、N-乙酰葡萄糖胺和 唾液酸。 (1). 糖蛋白(glycoprotein):糖与肽链的氨基端共价结合。 (2). 糖脂(glycolipid):糖与脂类分子亲水端共价结合。 依寡糖链的单糖的数量种类结合方式排列顺序及有无 分支，可构模型(The Lamella Structure Model) Danielli 于1935年提出: 细胞膜为“蛋白质-磷脂-蛋白 质” 的三夹层结构。
2.单位膜模型(The Unit Membrane Model) Robertson — 单位膜(1960)
3.液态镶嵌模型(The Fluid Mosaic Model) 细胞膜是镶嵌着蛋白质的磷脂双分子层，具有流动性 和不对称性。 该模型解释了膜的流动性是膜某些功能(受体的移动) 得以完成的前提，而膜表面物质(蛋白质)分布的不对称性 决定了膜表面功能的不对称性。
O型:细胞膜(蛋白)-葡萄糖-半乳糖-乙酰葡萄糖胺半乳糖-岩藻糖(构成H抗原) A型:细胞膜-H抗原(半乳糖)-乙酰氨基半乳糖 B型:细胞膜-H抗原(半乳糖)-D型半乳糖
三. 细胞膜的结构:
Overton — 质壁分离、膜的通透性 — 细胞膜由脂类 组成（1895）
Gorter — 膜为脂质双分子层（1925）
去垢剂(detergent):一端亲水另一端疏水的双极性小分子。
有离子去垢剂(十二烷基磺酸钠SDS使膜崩解，膜 蛋白变性)和非离子去垢剂(Triton X-100使膜崩解，但 不使蛋白质变性，常用于显示细胞骨架)两种。

第四章-细胞膜的结构

第四章-细胞膜的结构
第一： 不同膜蛋白在脂双分子层
中的分布位置是不同的（如血影蛋 白只分布在内侧）。
第二： 膜蛋白在内外两层膜种数量不同。
第三： 膜蛋白穿越脂双层具有一定的方向性。
第四： 跨膜蛋白两个亲水端结构不同。
※膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面 功能的不对称性。
.
31
（二）膜的流动性(fluidity)是膜功能活动 的保证
（二）、膜蛋白的流动性
膜蛋白分子的运动方式 （1）侧向移动 （2）旋转运动
小鼠细胞
膜蛋白 (抗原）
人细胞
异核细胞 小鼠膜蛋白抗体 + 荧光素
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）
光 脱 色 恢 复 技 术 （
）
Fluorescence recovery after photobleaching
外在膜蛋白（20 ～30%） (extrinsic membrane protein)
脂锚定蛋白 (lipid anchored protein)
.
22
.
23
.
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去垢剂
SDS Triton X-100
.
25
（三 ）存在于质膜表面的糖脂和糖蛋白
单糖或多聚糖 + 膜 脂
共价键
糖脂
单糖或多聚糖 + 膜蛋白
积相当于所用红细胞膜总面积的两倍,因而首次提出细胞 膜是由连续的脂双分子层组成的。
迄今为止，关于膜的几十种结构模型都是建立 在“脂双分子层”这一基础之上的。
一、片层结构模型
[夹层学说]
(lamella structure model)

细胞生物学-细胞膜及其表面

细胞生物学-细胞膜及其表面

2.脂质锚定蛋白(lipid-anchored proteins): 通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。 分为两类：
1).糖磷脂酰肌醇(GPI)连接的蛋白： 用磷脂酶C(能识别含肌醇的磷脂)处理细胞，能释 放出结合的蛋白。许多细胞表面的受体、酶、细 胞粘附分子和引起羊瘙痒病的PrPC都是这类蛋白。 2).另一类脂锚定蛋白与插入质膜内小叶的长碳 氢链结合。
跨膜结构域两端携带正电荷的氨基酸 残基与磷脂分子带负电的极性头形成离子键， 或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+等 阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用; 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 层之间,进一步加强膜蛋白与脂双层的结合 力,还有少数蛋白与糖脂共价结合。
第二节 膜的分子结构
膜的分子结构模型
E.Gorter和F.Grendel(1925): “蛋白质-脂 类-蛋白质”三夹板质膜结构模型; J.D.Robertson(1959)：单位膜模型(unit membrane model); S.J.Singer和G.Nicolson(1972): 生物膜的 流动镶嵌模型(fluid mosaic model); K.Simons et al(1997)：脂筏模型(lipid rafts model); Functional rafts in Cell membranes. Nature 387:569-572
第六章 细胞表面及其特化
cell surface and specificity
第一节 细胞外被与胞质溶胶
细胞表面: 细胞膜 + 细胞外被 + 细胞外基质; 细胞表面的功能: 保护细胞，使细胞有一个相对稳定的内 环境; 参与信号的识别和信息的传递; 参与细胞运动; 维护细胞的各种形态; 与免疫、癌变等有十分密切关系;

细胞膜及其表面

细胞膜及其表面
• 脑和神经细胞膜中特别丰富，原核和植物细胞膜 中不含。
➢ 磷脂的主要特征： • 极性头（亲水）、非极性尾 （脂肪酸链，疏水）；
• 脂肪酸链碳为偶数，碳原子数 =12-24，以16与18居多；
• 常含一条不饱和脂肪酸（含双 键），另一条则饱和。
2. 胆固醇（cholesterol）
• 动物细胞膜中含量较高。
三、膜的理化特性
（一）膜的不对称性（asymmetry） • 膜内外两层结构和功能上有很大差异。
1．膜蛋白分布的不对称性：各种膜蛋白在膜中有特定排 布方向，其不对称性是绝对的。
2．膜脂的不对称性：同一种脂分子在脂双层中呈不均匀 分布。胆固醇和磷脂等的不对称性分布是相对的，糖脂 （及糖蛋白）只分布于细胞膜的外表面，其不对称行分 布是绝对的。
– 跨膜蛋白 （transmembrane protein） – 膜周边蛋白（peripheral protein）
脂锚定蛋白（lipid –anchored protein）
1. 跨膜蛋白
• 又称膜内在蛋白质（integral protein），通过蛋白 质上的疏水区域结合膜脂疏水区，穿过膜1次或多 次。
配体 结合
胞内 配体
配体 结合
压力 牵拉力
开
电位门通道
配体门通道
机械门通道
三类离子通道的模式图解
3、易化扩散 • 一些非脂溶性物质如糖、氨基酸、核苷酸等，不
（二）小分子和离子的穿膜运输方式
穿膜运输
被动运输 主动运输
简单扩散 协助扩散
通道扩散 (通道蛋白)
易化扩散 (载体蛋白)
离子泵
Na+-K+泵 Ca2+泵
H+泵
伴随运输

医学细胞学第五章 细胞膜及其表面

第五章 细胞膜及其表面
细胞膜 cell membrane 概念：
是包围在细胞质外周的一层界膜，又称质 膜（plasma membrane)
功能：
生物膜 biological mem于这些膜与质膜在化学组成、 分子结构和功能运作上具有 很多共性，把质膜和细胞内 各种膜相结构的膜统称为生 物膜。
非胞质面 脂 双 分 子 层 胞质面
1 单次穿膜：
单条a-螺旋贯穿脂质双层 2 多次穿膜：
数条a-螺旋折返穿越脂质双层
内在膜蛋白具有双亲性，其亲水区域暴露在膜的内外表面与水相吸， 它们的疏水区域嵌入膜内，与脂类分子疏水尾部通过疏水键结合， 不易分离提纯。
一、膜的化学组成
(二) 膜蛋白
2、膜周边蛋白
2、胆固醇
极 性 头 部
固 醇 环 结 构
非 极 性 尾 部
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
3、糖脂
糖脂与鞘磷脂相似，只是头部不同。 常见糖脂：脑苷脂；神经节苷脂
鞘 胺 醇
半乳糖苷脂
糖脂分子
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
膜脂分子的共同特点：
都有亲水性和疏水性两端，称兼性分子或双亲性分子(amphipathic molecule)
（1） （2 ） （3）
（4）
（5）
三、膜的理化特性
（二）膜的流动性
2、膜蛋白的运动性 运动方式：侧向扩散、旋转扩散
细胞融合实验 + “成帽反应”
3、影响膜脂流动性的因素
链长，流动性小；链短，流动性大
1）脂肪酸链的长度及不饱和程度 2）胆固醇与磷脂的比值
饱和程度高，流动性小；反之，流动性大
调节膜质流动性，与温度有关
二、膜的分子结构

细胞生物学-细胞膜和细胞表面

磷脂分子聚集在一起，将亲水头部朝向 外面，将疏水尾部藏在里面
在水溶液中形成微团或脂双分子层
磷脂单分子层
liposome
磷脂双分子层
胆固醇是兼性分子吗?
糖脂是兼性分子吗?
细胞膜的化学组成是什么?
❖膜脂
磷脂、胆固醇、糖脂
❖膜蛋白 ❖膜糖类
1.2 膜蛋白
❖ 膜蛋白：外在蛋白 20-30% 内在蛋白 70-80%
❖膜脂
磷脂、胆固醇、糖脂
❖膜蛋白
外在蛋白 、内在蛋白
❖膜糖
1.3 膜糖类
❖ 膜糖类：糖脂、糖蛋白 糖脂和糖蛋白的糖链分布在膜的外表面 糖被除了具有保护和润滑作用外，与细胞 的抗原结构、受体、细胞免疫、细胞识别 以及细胞癌变都有密切关系
细胞被
糖脂和糖蛋白
跨膜糖蛋白 吸附的糖蛋白
磷脂双 分子层
糖脂
EXAMPLE :Human ABO bloodgroup antigens
胞间连丝（植物细胞）
3.1 紧密连接
❖ 将相邻细胞的细胞膜密 切地连接在一起阻止溶 液中的分子沿细胞间隙 渗入体内，起隔离和支 持作用
❖ 上皮细胞层对小分子的 封闭程度与嵴线的数量 有关，嵴线由成串排列 的特殊跨膜蛋白组成
Tight junctions
3.2 锚定连接
❖ 锚定连接通过细胞骨架系统将细胞与相 邻细胞或细胞与细胞外基质之间连接起 来。
漂白区
时间
膜蛋白侧向移动实验
影响膜流动性的因素有哪些?
❖ 胆固醇：保持膜的机械稳定性 ❖ 不饱和键含量和链的长度
不饱和脂肪酸的存在增加膜的流动性，短 链能降低脂肪酸链尾部的相互作用，使膜 流动性增强 ❖ 脂质和蛋白质的相互作用 内在蛋白越多，界面脂越多，膜的流动性 降低

细胞膜(共162张PPT)

第二节 细胞膜及其表面
细胞膜（cell memberane):是包围在细胞外周的 一层薄膜，又称质膜（plasma membrane). 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
单位膜(unit membrane)： “二暗一明”的膜 式结构叫三层夹板式结构。
生物膜
细胞膜
细胞膜
细胞质
细胞内膜(internal membrane)：除了细胞膜以外 的细胞内所有膜性结构。
1
2
3
胞质面 5
1.单 次 穿 膜： 单条a-螺旋贯穿脂质双层。
2.多 次 穿 膜： 数条a-螺旋几次折返穿越脂质双层。
跨膜 蛋白
3.非穿越性共价结合：不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层 脂质的烃链结合。
4.与磷脂酰肌醇结合： 镶嵌蛋白通过自己的一个寡糖链与磷脂酰肌 醇（在非胞质面的单层）共价结合。
上提出了修正模型，认为 膜上还具有贯穿脂双层的 蛋白质通道，供亲水物质 通过。
Unit membrane modle
4. 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
的双层脂分子和内外表面
各厚约2nm的蛋白质构 成。单位膜模型的不足 之处在于把膜的动态结 构描写成静止的不变的。
而推测细胞膜由双层 家族性高胆固醇血症临床特点：
信号分子及其信号传导方式
脂分子组成。 2.
(二)降血脂药物：当小孩的LDL-C超过160mg/dl(正常<110 mg/dl)须要小心评估，防止心血管疾病危险性。 多附在膜的内表面，非共价地结合在镶嵌蛋白上。 NO对血管的效应可以很好地解释硝化甘油的作用，早在100年前就使用硝化甘油处理心绞痛的病人(这种绞痛是由血液不适当地流向心肌 引起的)。 斑上有中间纤维相连，中间纤维的性质因细胞类型而异，桥粒中间为钙粘素（desmoglein及desmocollin）。

分子细胞生物学——细胞膜及细胞表面


Molecular Cell Biology
（三）膜糖类
真核细胞的质膜表面都含有糖类化合物，它们共 价连接于膜脂或膜蛋白上，形成糖脂(glycolipids)或糖 蛋白(glycoproteins)。 生物膜上的糖类几乎总是被定位于膜的非胞质面。 在质膜上, 它们位于细胞质膜外侧，在细胞表面形
成细胞外被(cell coat)或糖萼(glycocalyx)。在细胞器膜
Molecular Cell Biology
细胞质膜
质膜(plasma membrane)是指包围在细胞外表、
主要由脂质和蛋白质构成的一层生物膜，又称细胞膜 (cell membrane) 。 围绕各种细胞器的生物膜，称为细胞内膜。质膜 和内膜在起源、结构和化学组成等方面具有相似性，
故总称为生物膜(biomembrane)。
Yunnan Agricultural University. Llian
Molecular Cell Biology
4、流动镶嵌模型
S. J. Singer & G. Nicolson 1972根据免疫荧光技术 和冰冻蚀刻技术的研究结果，在“单位膜”模型的基 础上提出 “流动镶嵌模型”。该模型强调了膜的流动 性和膜蛋白分布的不对称性，较好地体现细胞的功能 特点。
2、双分子片层/三明治结构模型
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，提 出了“蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型。该模型认 为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质构成。 后又补充：膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲 水物质通过。
脂质锚定蛋白
通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。
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小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻
EF PF
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，如：PC和SM主要分布在外小叶，PE和PS分 布在内小叶。用磷脂酶处理完整的人类红细胞，80%的 PC降解，PE和PS分别只有20%和10%的被降解。
膜脂的不对称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。
（三）脂筏lipid raft
是富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域（microdomain）。 约70nm左右，是一种动态结构，位于质膜的外小页。 介于无序液体与液晶之间，称为有序液体（Liquidordered）。 在低温下这些区域能抵抗非离子去垢剂的抽提，称为抗去 垢剂膜（detergent-resistant membranes，DRMs）。 就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分 选均有密切的关系。
■ 信号的检测与传递(detection and transmission of signals) 细胞质膜中具有各种不同的受体，能够识 别并结合特异的配体，进行信号的传递。
■ 参与细胞间的相互作用(intercellular interaction) 在多细胞的生物中， 细胞通过质膜（包括膜中的一些 蛋白）进行细胞间的多种相互作用，包括细胞识istribution of phospholipids(and cholesterol)in the plasma membrane of human erythrocytes
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。如各种激素的受 体具有极性，细胞色素C位于线粒体内膜M侧。
Mechanisms of raft clustering. (a) Rafts (red) are small at the plasma membrane, containing only a subset of proteins. (b) Raft size is increased by clustering, leading to a new mixture of molecules. This clustering can be triggered in different way.
■ 能量转换(energy transduction) 细胞膜的另一个 重要功能是参与细胞的能量转换。例如叶绿体利用类 囊体膜上的结合蛋白进行光能的捕获和转换，最后将 光能转换成化学能储存在碳水化合物中。
Patterns of movement of integral membrane proteins
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。
（二）、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。
三、细胞膜的功能
■ 界膜和区室化(delineation and compartmentalization) 细胞膜最重要的作用就是勾 划了细胞的边界，并且在细胞质中划分了许多以膜包 被的区室。 ■ 调节运输(regulation of transport) 膜为两侧的分 子交换提供了一个屏障，一方面可以让某些物质"自由 通透"，另一方面又作为某些物质出入细胞的障碍。 ■ 功能区室化 细胞膜的另一个重要的功能就是通过形 成膜结合细胞器，使细胞内的功能区室化。例如细胞 质中的内质网、高尔基体等膜结合细胞器的基本功能 是参与蛋白质的合成、加工和运输；而溶酶体的功能 是起消化作用，酸性水解酶主要集中在溶酶体。
样品经冰冻断裂处理后，细胞膜可从脂双层中央断开，各 断 面 命 名 为 ： ES ， 细 胞 外 表 面 （ extrocytoplasmic surface ） ； EF ， 细 胞 外 小 页 断 面 （ extrocytoplasmic face）；PS，原生质表面（protoplasmic surface）； PF，原生质小页断面（protoplasmic face） 。
第四章 细胞膜及其表面结构
PLASMA MEMBRANE AND ITS SURFACE STRUCTURES
第二节 质膜的结构
3、膜蛋白的分子运动
主要有侧向扩散和旋转扩散两种运动方式。可用光脱色恢 复技术和细胞融合技术检测侧向扩散。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。 根据运动的范围：随机移动，定向移动，局部移动
利用细胞融合技术观察蛋白质运动
The use of cell fusion to reveal mobility of membrane proteins
Measuring the diffusion rates of membrane proteins by fluorescence recovery after photobleaching(F RAP).