第三章细胞膜与细胞表面

第三章细胞质膜与细胞表面(Plasma membrane and Sirface)第一节细胞质膜与细胞表面特化结构细胞质膜(plasma membrane),又称细胞膜(cell membrane)、生物膜(biomembrane) 。

一、胞质膜的结构模型1、研究简史（见）(1) 1890 脂层（2）E.Gorter和F．Grendel（1925）: “蛋白质-脂类-蛋白质”三夹板质膜结构模型（3）J.D.Robertson（1959年）：单位膜模型(unit membrane model)(4)S.J.Singer和G.Nicolson（1972）：生物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model) 2、生物膜结构的特征（1）磷脂双分子层是基本结构成分,起主要功能作用，蛋白周边整合；（2）膜的流动性决定因素：脂肪链长短、不饱和程度、固醇含量、温度、细胞骨架荧光标记实验(3)膜的不对称性a、细胞质膜各部分的名称(见书图4-7 p83)b、膜脂与糖脂的不对称性（见书图4-8 p84）糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础c、膜蛋白与糖蛋白的不对称性⏹方向性；⏹糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面；⏹不对称性是生理功能的保证。

(5) 分相现象二、膜脂——生物膜的基本组成成分1、成分：膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇三种类。

（1）磷脂：膜脂的基本成分（50％以上）a、分为二类: 甘油磷脂和鞘磷脂b、主要特征：①具有一个极性头和两个非极性的尾(脂肪酸链)（心磷脂除外）；②脂肪酸碳链碳原子为偶数；③有饱和及不饱和脂肪酸两种；（2）膜脂的四种热运动方式：侧向自旋摆动flip-flop2、脂质体（liposome）及应用脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。

（1）脂质体的类型（见书图4-3 p77）。

（2）脂质体的应用a、研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质；b、基因转移；c、在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体三、膜蛋白1、基本类型（1）外在(外周)膜蛋白(extrinsic/peripheral membrane proteins )；"水溶性蛋白,靠离子键或其它弱键与膜表面的蛋白质分子或脂分子结合，易分离。

细胞质膜简述细胞膜的生理作用1.限定细胞的范围，维持细胞的形状2.具有高度选择性，（为半透膜）并能进行主动运输使细胞内外形成不同离子浓度并保持细胞内物质和外界环境之间的必要差别3.是接受外界信号的传感器，使细胞对外界环境的变化产生适当的反应4.与细胞新陈代谢、生长繁殖分化及癌变等重要生命活动密切相关生物膜的化学组成及其特点和意义构成生物膜的主要成分是脂类和蛋白质。

其中脂类包括磷脂、糖脂和硫脂等，几乎都是两性分子，在水相中磷脂分子亲水的头部朝向水相，疏水的尾部相对，自发排列成疏水双分子层，而且双分子膜一旦破损也能自我闭合。

磷脂双分子层的这种自我装配、自我闭合的特点赋予细胞细胞膜对细胞起保护作用，使每一个细胞成为一个相对独立的整体。

脂双层分子具有流动性，有利于嵌在膜内的功能蛋白的旋转和转移，便于其发挥相应的作用细胞膜中的蛋白质多种多样：从组成看有单纯蛋白质、糖蛋白和脂蛋白等。

从结合状态看有不同的镶嵌方式；从功能来分，有载体蛋白、受体蛋白和各种酶等。

由此保证有控制细胞内外的物质交换的作用和细胞间相互识别以及传递各种信息的作用、感受和传递各种刺激的作用等多种功能，还使细胞具有多样性，保证了不同组织细胞和不同发育时期细胞膜功能的差异性。

生物膜的基本结构特征是什么？与它的生理功能有什么联系？（指导）生物膜的基本结构特征：1.磷脂双分子层组成生物膜的基本骨架，具有极性的头部和非极性的尾部的脂分子在水相中具有自发形成封闭膜系统的性质，以非极性尾部相对，极性头部朝向水中。

这一结构特点为细胞核细胞器的生理活动提供了一个相对稳定的环境，使细胞与外界、细胞器与细胞器之间有了一个界面2.蛋白质分子以不同的方式镶嵌其中或者结合与表面，蛋白质的类型、数量多少、蛋白质分布的不对称性以及脂分子的协同作用赋予生物膜不同的特性和功能，这些结构有利于物质的选择运输，提供细胞识别位点，为多种酶提供了结合位点，同时参与形成不同功能的细胞表面结构特征。

必修一生物第三章第一节细胞膜1. 细胞膜的结构细胞膜是细胞的外包层，由磷脂双分子层和一些膜蛋白组成。

磷脂分子具有亲水性的头部和疏水性的疏水尾部，形成了双分子层结构。

膜蛋白包括通道蛋白、受体蛋白、酶蛋白等，它们在细胞膜中具有多种功能。

2. 细胞膜的功能细胞膜有多种重要的功能，包括： - 维持细胞的完整性：细胞膜作为细胞的外包层，维持了细胞内环境的稳定性，防止细胞溶解或失去功能。

- 控制物质的进出：细胞膜具有选择性渗透性，通过膜蛋白调控物质的进出，保持细胞内外物质的平衡。

- 传导信号：细胞膜上的受体蛋白可以识别特定的信号分子，从而转导信号到细胞内，并触发相应的生物过程。

- 细胞识别和黏附：细胞膜上的糖蛋白可以作为呈现细胞特异性标志物的支架，参与细胞间的识别和黏附。

3. 细胞膜的渗透性细胞膜具有选择性渗透性，可以控制物质的进出。

对于小分子物质和非极性分子，可以通过细胞膜的磷脂双分子层进行扩散。

而对于大分子物质或极性分子，需要依赖膜蛋白进行特异性转运。

细胞膜上的通道蛋白可以形成孔道，以便水分子和离子等小分子物质通过。

而载体蛋白则通过结合物质并经历构象变化来实现物质的转运。

这些蛋白通道和载体的选择性能够确保只有特定的物质可以进入或释放出细胞。

4. 细胞膜的流动性细胞膜是一个具有流动性的结构。

由于脂质双分子层及蛋白分子的存在，细胞膜能够进行自由的侧向流动，这种流动性被称为“流动性”。

细胞膜的流动性有助于维持细胞膜上膜蛋白的正常功能，例如蛋白通道的打开和关闭。

此外，流动性还可以使细胞膜上的脂质和蛋白更好地参与细胞内外的相互作用，从而影响细胞的生物活性。

5. 细胞膜的特殊结构在某些特殊情况下，细胞膜可以形成一些特殊的结构。

例如，细胞膜的小囊泡结构可以用于运输物质。

小囊泡在细胞内外之间进行快速的融合和分离，实现物质的运输。

此外，细胞膜还可以形成一些突起，例如细胞骨架起到维持细胞形态和结构的作用。

6. 细胞膜与疾病细胞膜在一些疾病中发挥着重要的作用。

4．根据细胞结构对生物分类
总结：①病毒（如噬菌体）没有细胞结构，它是由蛋白质和核酸（每种病毒只含一种核酸，DNA或RNA）等物质组成的简单生命体。

切不要把它们当成原核生物。

②原核生物种类较少，仅有蓝藻、细菌、放线菌等。

③单细胞的原生动物，如常见的草履虫、变形虫、疟原虫（引起人体疟疾的病原体）等是真核生物，凡动物都是真核生物，单细胞绿藻（如衣藻）、单细胞的真菌（如酵母菌）等都是真核生物。

不要把它们误认为原核生物。

④如何判断细菌。

凡是“菌”字前面有“杆”字、“球”字、“螺旋”及“弧”字的都是细菌，如大肠杆菌、肺炎球菌、霍乱弧菌等。

乳酸菌是个特例，它本属杆菌，但往往把“杆”字省略。

【例1】没有成形细胞核的生物和没有细胞结构的生物分别
依据上表数据，请分析构成细胞膜与细胞器膜的化学物质组成上的共同点是____________________________________；
化学物质组成的主要区别是__________________________。

解析：人体成熟红细胞无细胞核，容易获得材料，而且方便操作，加入蒸馏水可让其破裂。

通过分析表格中数据可以看出：生物膜的主要成分是蛋白质和脂质；细胞器膜蛋白质含量较高，脂质含量较低；细胞膜都含糖类，而细胞器膜不含糖类。

答案：（1）成熟红细胞无细胞核，无内膜系统，方便操作（2）蒸馏水大量吸水
（3）都有脂质和蛋白质细胞膜都含糖类，而细胞器膜不含糖类。

第三章细胞膜总述：细胞膜又称质膜，是包围在细胞质外面的一层生物膜细胞膜功能：1. 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；2. 选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出；3. 提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递；4. 为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；5. 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；6. 参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。

细胞表面功能：①细胞的支持保护，②细胞各种生命活动密切相关，细胞识别/运动迁移/转运/信息转导/细胞分裂/细胞分化/癌变第一节脂类：30%~80%；蛋白质：20%~70%；糖类：2%~10%；无机盐+金属离子：少量膜脂：生物膜的基本结构膜糖类①约占膜总重量的2%～10%，②由各种己糖聚合成低聚糖或寡糖糖链与膜蛋白或膜脂结合，③丰富多样的结合方式和排列顺序是细胞之间相互识别的分子基础。

细胞膜的特性：（一）膜分子的运动一、膜脂的流动性①侧向扩散：同分子层内的脂类分子交换位置。

②旋转运动：膜脂分子绕着膜平面垂直纵轴快速旋转运动③弯曲运动：膜脂分子的烃链可作弯曲运动。

④翻转运动：在脂双层之间转移(需由专一的酶帮助)极少发生这种运动影响膜流动的因素：①固醇：含量增加会降低膜的流动性。

②肪酸链的饱和度：双键越多(不饱和)，膜流动性增加。

③肪酸链链长：长链脂肪酸相变温度高，膜流动性降低。

④磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加(鞘磷脂粘度高于卵磷脂)。

⑤他因素：温度、酸碱度、离子强度等。

膜蛋白在膜内的运动：①侧向扩散②旋转扩散;可用光脱色恢复技术和细胞融合技术检测侧向扩散;膜流动的生理意义：①是保证其正常功能的必要条件。

例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素的作用等都与膜的流动性密切相关。

②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，反之流动性过高，又会造成膜的溶解。

二、膜的不对称性第二节第三节细胞膜的物质运输活动分为两大类：小分子和离子的穿膜运输；大分子和颗粒的膜泡运输细胞膜对于物质进出细胞由选择性调节作用，保证渗透压平衡，维持膜内外离子浓度差和膜电位，维持内环境稳定性。