第三章 细胞膜与细胞表面

细胞表面
细胞被(糖被) 细胞被(糖被) 质膜 膜下胞质溶胶
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 膜脂类：不同细胞膜脂类成分含量不同。 膜脂类：不同细胞膜脂类成分含量不同。 膜蛋白：包括内在膜蛋白和外在膜蛋白。 膜蛋白：包括内在膜蛋白和外在膜蛋白。 膜糖类：包括糖脂、糖蛋白。 膜糖类：包括糖脂、糖蛋白。 此外还含有水、 无机盐和少量的金属离子， 此外还含有水 、 无机盐和少量的金属离子 ， 成分比例与细胞膜的功能有密切关系。 成分比例与细胞膜的功能有密切关系。
（三）膜糖类 在真核细胞中占细胞膜重量的2% 10%。 在真核细胞中占细胞膜重量的2%～10%。它们大 2%～ 多是与蛋白质或脂类分子以共价键结合形成糖蛋白或 糖脂的形式，在细胞表面形成细胞外衣。 糖脂的形式，在细胞表面形成细胞外衣。
二、细胞膜的特性 生物膜具有两个明显的特性 膜的不对称性
膜的流动性
第三章 细胞膜与细胞表面
Cell Membrane and Cell Surface
第一节 细胞膜的化学组成和分子结构 第二节 细胞膜与细胞内外物质转运 第三节 膜抗原和膜受体 第四节 细胞表面 第五节 细胞膜与疾病
细胞膜(质膜) 细胞膜(质膜) 生物膜 细胞内膜 核膜 内质网膜 高尔基复合体膜 溶酶体膜 过氧化物酶体膜 线粒体膜
3.糖脂 3.糖脂 头部为糖残基，与鞘氨醇的羟基结合。 头部为糖残基，与鞘氨醇的羟基结合。脑苷脂 cerebroside）是最简单的糖脂， （cerebroside）是最简单的糖脂，它与鞘磷脂的不 同之处是以半乳糖或葡萄糖取代了磷脂酰胆碱。 同之处是以半乳糖或葡萄糖取代了磷脂酰胆碱。
（二）膜蛋白 分为两大类：外在膜蛋白（ protein） 分为两大类：外在膜蛋白（extnnsic protein） 和内在膜蛋白（ protein）。 和内在膜蛋白（lntrinsic protein）。
一、小分子物质的跨膜运输 transport） （一）被动运输（passive transport） 被动运输（ 是指物质顺浓度梯度，由浓度高的一侧通过膜 是指物质顺浓度梯度， 运输到浓度低的一侧的穿膜扩散， 运输到浓度低的一侧的穿膜扩散，不消耗代谢能的 运输方式。 运输方式。 单纯扩散 被动运输 通道扩散 载体扩散
（一）细胞膜的不对称性 1. 膜脂分布的不对称性 膜脂的不对称性 是相对的， 是相对的，表现在膜内外两层分布的脂类分子的 含量和比例不同。 含量和比例不同。 2. 膜蛋白分布的不对称性 膜蛋白以不同 程度镶嵌或贯穿于脂质双分子层中， 程度镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，它们在细胞 膜内外两层中的分布是绝对不对称的。 膜内外两层中的分布是绝对不对称的。
1.磷脂 1.磷脂 磷脂分子：均含有极性基团、 磷脂分子：均含有极性基团、磷酸基团和非 极性基团，形成亲水头部和疏水尾部， 极性基团，形成亲水头部和疏水尾部，称为双亲 分子。 分子。 磷脂酰胆碱(卵磷脂) 磷脂酰胆碱(卵磷脂) 磷酸甘油酯 磷脂酰丝氨酸 鞘磷脂 磷脂酰肌醇 磷脂酰乙醇胺
2.胆固醇 2.胆固醇 羟基为极性头部， 羟基为极性头部，非极性的类固醇环和一个 非极性的碳氢尾部。 非极性的碳氢尾部。
（一）片层结构模型 (lamella structure model) 细胞膜是蛋白质-磷脂细胞膜是蛋白质-磷脂-蛋白质三层夹板式结构 。
（二）单位膜模型（unit membrane model） 单位膜模型（ model） 细胞膜都呈现清晰的两暗夹一明的三层结构。 细胞膜都呈现清晰的两暗夹一明的三层结构。
（二）细胞膜的流动性 生物膜是一种动态的结构， 生物膜是一种动态的结构，具有膜脂的流动性 fluidity）和膜蛋白的运动性（mobi1ity）。 （fluidity）和膜蛋白的运动性（mobi1ity）。 1．膜脂分子的运动 膜脂质分子的几种运动方式： 膜脂质分子的几种运动方式： 1.横向扩散运动；2. 旋转运动；3. 摆动运动； 横向扩散运动； 旋转运动； 摆动运动； 横向扩散运动 4.伸缩振荡运动；5. 翻转运动；6. 旋转异构运动 伸缩振荡运动； 翻转运动； 伸缩振荡运动
（三）流动镶嵌模型（fluid mosaic mode） 流动镶嵌模型（ mode） 流动的脂类双分子层构成了细胞膜的连续主体， 流动的脂类双分子层构成了细胞膜的连续主体， 蛋白质分子无规则地分散在脂类的海洋中。 蛋白质分子无规则地分散在脂类的海洋中。强调 了膜的流动性及不对称性， 了膜的流动性及不对称性，较好解释了生物膜的 功能特点。 功能特点。
闸门通道示意图
3.载体扩散 carrier3.载体扩散（carrier-mediated diffusion） 载体扩散（ diffusion） 借助于载体蛋白顺浓度梯度的物质运输方式 叫载体扩散。 一些非脂溶性或亲水性的物质， 叫载体扩散 。 一些非脂溶性或亲水性的物质 ， 如 氨基酸、核苷酸和金属离子等。 糖、氨基酸、核苷酸和金属离子等。
2．膜蛋白的运动性 有横向扩散和旋转运动两种运动方式 （1）横向扩散 （2）旋转扩散运动
人和鼠杂交细胞膜蛋白的混合
3．影响膜流动性的因素 （1）脂肪酸链的长度和不饱和程度 这是影 响膜流动性的重要因素。 响膜流动性的重要因素。 胆固醇：在相变温度以上， （2）胆固醇：在相变温度以上，限制膜的流 动性;在相变温度以下， 动性;在相变温度以下，可增加脂类分子脂酰链 的运动，增强膜的流动性。 的运动，增强膜的流动性。 卵磷脂/ 比值越大， （3）卵磷脂/鞘磷脂的比值 ：比值越大，流 动性越大。 动性越大。 （4）脂双层中嵌入的蛋白质的量越多，膜脂 脂双层中嵌入的蛋白质的量越多， 的流动性越小。 的流动性越小。
（四）脂筏模型（lipid raft model） 脂筏模型（ model） 生物膜上胆固醇和鞘磷脂富集而形成有序 脂相，如同脂筏一样载着各种蛋白， 脂相，如同脂筏一样载着各种蛋白，是一种动态 结构。 结构。
第二节 细胞膜与细胞内外物质转运
同细胞ຫໍສະໝຸດ Baidu有关的物质运输活动有两种形式： 同细胞膜有关的物质运输活动有两种形式： 1.小分子和离子的跨膜运输，它又分为被动 1.小分子和离子的跨膜运输， 小分子和离子的跨膜运输 运输和主动运输； 运输和主动运输； 2.大分子和颗粒物质的膜泡运输，它又分为 2.大分子和颗粒物质的膜泡运输 大分子和颗粒物质的膜泡运输， 胞吞作用和胞吐作用。 胞吞作用和胞吐作用。
闸门通道（ 闸门通道 （ gated channel） 这类转运蛋白 channel ） 或蛋白复合物所形成的孔道与上述的通道蛋白所 形成的孔道不同，它具有“闸门”的作用。 形成的孔道不同，它具有“闸门”的作用。闸门 不是连续开放，而是瞬时开放， 不是连续开放，而是瞬时开放，在对特定的刺激 发生反应的瞬时打开，其他时间是关闭的。 发生反应的瞬时打开，其他时间是关闭的。 （1）配体闸门通道：当配体与细胞表面受体 配体闸门通道： 结合时，引起闸门启。 结合时，引起闸门启。 电压闸门通道：膜电位变化（去极化） （2）电压闸门通道：膜电位变化（去极化） 引起闸门开启。 引起闸门开启。
1.单纯扩散 1.单纯扩散（simple diffusion） 单纯扩散（ diffusion） 一些物质不 需要膜蛋白的帮 助，能顺浓度梯 度自由扩散， 度自由扩散，通 过膜的脂双层， 过膜的脂双层， 如苯、 如苯、醇、类固 醇类激素以及O 醇类激素以及O2、 N2等就是通过这 种方式。 种方式。
膜的流动性具有十分重要的生理意义。 膜的流动性具有十分重要的生理意义 。 一切 膜的基本活动均在细胞膜的流动状态下进行。 膜的基本活动均在细胞膜的流动状态下进行。适宜 的流动性是生物膜表现正常功能的必要条件， 的流动性是生物膜表现正常功能的必要条件，如果 细胞膜固化，黏度增大至一定程度， 细胞膜固化，黏度增大至一定程度，某些物质传送 中断，膜内酶的活性将中止，最后导致细胞的死亡。 中断，膜内酶的活性将中止，最后导致细胞的死亡。
生物膜结构上的不对称性， 生物膜结构上的不对称性，保证了膜功能 的方向性，具有重要的生物学意义。如膜内、 的方向性，具有重要的生物学意义。如膜内、外 两层的流动性不同， 两层的流动性不同，物质及离子的传递有一定的 方向，信号的接受与传递也具有方向性， 方向，信号的接受与传递也具有方向性，使膜的 两侧具有不同的功能。 两侧具有不同的功能。
（一）膜脂(membrane lipid) 膜脂( lipid)
是细胞膜的基本组成成分， 是细胞膜的基本组成成分 ， 构成细胞膜的基 本骨架。 本骨架。 磷脂（phospholipid） 磷脂（ ） 主要有三种类型： 胆固醇（ 主要有三种类型： 胆固醇（cholesterol） ） 糖脂（ 糖脂（glycolipid） ）
1.离子泵 具有载体和酶的双重作用，具有专 具有载体和酶的双重作用， 一性，如钠钾泵、钙泵、 一性，如钠钾泵、钙泵、质子泵等 。 具有载体和酶的活性。 钠钾泵 ： 具有载体和酶的活性 。 由大小两个亚基 组成，大亚基为跨膜的脂蛋白，是该酶的催化部分， 组成，大亚基为跨膜的脂蛋白，是该酶的催化部分， 其细胞内端有3 ATP结合部位 外端有2 结合部位， 其细胞内端有 3 个 Na ＋ 和 1 个 ATP 结合部位 ， 外端有 2 个哇巴因结合部位， 个 K ＋ 和 1 个哇巴因结合部位 ， 通过反复磷酸化和去 磷酸化进行活动。 磷酸化进行活动。
2.通道扩散 channel2.通道扩散（channel-mediated diffusion） 通道扩散（ diffusion） 膜转运蛋白（ 膜转运蛋白（transport protein）：是指细胞 protein）： ）：是指细胞 膜上负责转运不能通过单纯扩散穿膜的物质的蛋 白质。如负责转运各种离子、葡萄糖、 白质。如负责转运各种离子、葡萄糖、氨基酸及 各种代谢产物的载体蛋白和通道蛋白。 各种代谢产物的载体蛋白和通道蛋白。 载体蛋白（ protein）： ）：与特定溶质分 载体蛋白（carrier protein）：与特定溶质分 子结合，通过构象改变进行物质转运， 子结合，通过构象改变进行物质转运，既介导被 动运输又介导主动运输。 动运输又介导主动运输。 通道蛋白（ protein）： ）：在膜形成亲 通道蛋白（channel protein）：在膜形成亲 水孔道，贯穿脂双层，介导特定离子转运， 水孔道，贯穿脂双层，介导特定离子转运，仅介 导被动运输。 导被动运输。
三、细胞膜的结构模型 细胞膜研究简史： 细胞膜研究简史： 1925年 Gorter和Grendel提出 1925年，Gorter和Grendel提出红细胞膜由双 提出红细胞膜由双 层磷脂分子组成。 层磷脂分子组成。 1935年 Danielli和Davson提出 1935年，Danielli和Davson提出“片层结构模 提出“ 型”。 1959年 Robertson提出 单位膜模型” 1959年，Robertson提出“单位膜模型”。 提出“ 1972年 Singer和Nicolson提出 1972年，Singer和Nicolson提出“流动镶嵌模 提出“ 型 ”。 1975年 D.F.Wallach提出 晶格镶嵌模型” 1975年，D.F.Wallach提出“晶格镶嵌模型”。 提出“ 1977年 1977年，Jain MK和White HB提出“板块镶嵌 MK和 HB提出 提出“ 模型” 模型”。 1988年 Simon提出 脂筏模型” 1988年，Simon提出“脂筏模型”。 提出“
转运物质时膜载体蛋白的构象变化
载体扩散的特点： 载体扩散的特点： （1）载体蛋白具有高度的特异性。 载体蛋白具有高度的特异性。 通过载体易位机制转运。 （2）通过载体易位机制转运。 载体蛋白的饱和性。 （3）载体蛋白的饱和性。 （二）主动运输（active transport） transport） 主动运输（ 细胞膜利用能量来驱动物质的逆浓度 梯度方向的运输方式。 梯度方向的运输方式。