细胞膜的结构和功能

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1、细胞膜的结构与功能(第四、五、六章)细胞生物学及遗传学教研室蒲淑萍生物膜细胞膜(质膜)细胞内膜相结构厚7-10nm单位膜(unitmembrane)：“两暗夹一明带”的电镜图像。示电镜下单位膜“两暗夹一明”的结构区间化、物质交换、信息传递、细胞间的相互作用、能量转换、机械强度、绝缘、细胞运动等。生物膜功能总结主要有脂类、蛋白质、糖、水、无机盐、金属离子等。第四章细胞膜的分子结构和特性第一节细胞膜的化学组成膜的化学组成（％）膜的类别蛋白质脂类糖类蛋白质/脂类髓鞘187930.23质膜血小板33-4250-517.50.66-0.8人工红细胞494381.1大鼠肝细胞4642（5-10）1.09

2、盐杆菌紫膜752503.0内质网膜67332.02.0线粒体内膜7624（1-2）3.2菠菜叶绿体片层703002.3一、膜脂(membranelipid)（一）种类：包括磷脂、胆固醇(CI)、糖脂三类。以磷脂含量最多，糖脂最少。不同的生物膜中它们的种类、含量都不同。思考：生命为什么选择膜脂？卵磷脂（磷脂酰胆碱，PC）脑磷脂（磷脂酰乙醇胺，PE）●磷酸甘油酯磷脂酰丝氨酸（PS）磷脂酰肌醇（PI）心磷脂（二磷脂酰甘油，CL）●鞘磷脂（SM）◆磷脂约占整个膜脂的50％以上鞘氨醇磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰胆碱鞘磷脂类固醇环(甾环)是刚性平面，可提高膜的刚性和微粘度；而疏水的分支脂肪烃链固有的运

3、动性又增加膜局部微区的无序性，使膜流动性增加。故认为胆固醇对膜起双向调整和“缓冲剂”作用，使细胞膜能在较宽的温度范围内（30-40℃）行使功能。◆胆固醇含量一般不超过膜脂的1/3主要功能是提高脂双层的力学稳定性，调节脂双层流动性，降低水溶性物质的通透性。1.半乳糖脑苷脂2.GM1神经节苷脂3.唾液酸Gal:半乳糖；Glc:葡萄糖(基)；GalNAc:N-乙酰半乳糖胺。◆糖脂鞘磷脂约占膜脂总量的5％以下，在神经细胞膜上糖脂含量较高，约占5-10％（二）膜脂的结构特点：兼性分子(双亲媒性分子)非极性尾部疏水性极性头部亲水性(a)水溶液中的磷脂分子团(b)球形脂质体(c)平面脂质体膜(d)用于转基

4、因或疾病治疗的脂质体（三）膜脂的物理特性：自组装能力（p62，图4-21）脂质体（Liposomes）（p61、76）脂质体是人工脂双层膜形成的圆球状膜泡，借助不同的制备方法可以制备不同结构的脂质体。在膜研究中，膜蛋白可以插入脂质体，使对于它们的功能研究能在比天然膜简单得多的环境下进行。脂质体可以作为DNA或各种药物的载体，即将DNA或药物包装于脂质体的囊泡中，再运载到体内的靶细胞。例如，囊性纤维化（cysticfibrosis，CF）是一种粘液分泌异常的疾病，特别常见于呼吸道，形成非常浓和粘稠的粘液，很难由肺经气道排出。该病的分子基础是肺泡上皮细胞表面囊肿纤维化跨膜传导调控因子（cysti

5、cfibrosistransmembraneconductanceregulator，CFTR）的氯离子通道蛋白基因发生突变，造成CFTR氯离子通道缺乏或活性很低。携带治疗用的“目的”基因的载体药物易于通过呼吸而达到靶细胞。脂质体就是一种很好的载体，当包装有编码正常CFTR基因的DNA脂质体，吸入气道和肺泡时，脂质体和上皮细胞质膜融合而把其中的DNA输运至有基因缺乏的上皮细胞内。脂质体作为药物特别是基因药物运送载体有其长处，如高的目的基因运载率；被包装于内的DNA可以避免被核酸酶降解；通过同时引入靶向“引航”分子（特异性抗体分子或其它细胞受体的特异配体分子），可以提高脂质体的靶向特异性和与靶

6、细胞反应的有效率；脂质体具有较低的细胞毒性等。二、膜蛋白（membraneprotein）其种类、含量决定膜的功能。按照在膜上的位置及与膜的结合关系分成三类：（一）膜整合蛋白（integralprotein）内在蛋白、镶嵌蛋白、跨膜蛋白（二）膜外周蛋白（peripheralprotein）周边蛋白、外在蛋白、附着蛋白（三）脂锚定蛋白（lipid-anchoredproteins)脂连接蛋白膜整合蛋白为兼性分子，以不同程度嵌入脂双层的内部，有的为全跨膜蛋白，包括以α-螺旋单次(包括许多细胞质膜受体)、多次穿膜(如一些通道蛋白和其他功能蛋白)及多亚基跨膜(如N-乙酰胆碱受体，图6-2)，也有β

7、筒结构跨膜(图4-2，C，如线粒体外膜的孔蛋白)。与膜结合紧密，需用去垢剂使膜崩解才能分离下来。膜外周蛋白水溶性蛋白，位于膜两侧，以静电作用、离子键、氢键与膜脂分子极性头部或膜表面的其它蛋白质分子非共价结合，易从膜上分离。包括质膜内表面的一些酶和传递跨膜信号的因子、线粒体内膜上细胞色素C、红细胞骨架膜蛋白之红细胞膜素即血影蛋白(spectrin)及锚蛋白等。脂锚定蛋白位于膜两侧，通过共价键与膜磷脂或脂肪酸