细胞膜与物质的穿膜运输ppt课件

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细胞膜与物质的穿膜运输CellMembraneandMembraneTransport细胞生物学

1细胞膜(CellMembrane)又称质膜(plasmamembrane)

2细胞膜的重要性

3细胞膜的重要性是细胞的边界，使细胞具有独立性；有选择通透性，使细胞获得相对稳定的内环境；为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效有序进行；与外界环境进行信息交流，接受外界信号的调控，使细胞更适应环境变化；介导细胞之间、细胞与外基质之间的连接；形成有不同功能的细胞表面特化结构。

4第一节化学组成与生物学特性第二节小分子物质和离子的穿膜运输第三节大分子和颗粒物质的囊泡运输第四节细胞膜异常与疾病内容

5学习目的和要求1.掌握细胞膜的化学组成,生物学特性。掌握小分子物质穿膜运输方式及特点，大分子和颗粒物质运输的胞吞与胞吐作用，受体介导的胞吞作用。2.熟悉细胞膜的分子结构模型。3.了解细胞膜异常与某些疾病发生的关系。

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8不同细胞生物膜的化学组成膜的类别蛋白质(%)脂类(%)糖类(%)神经髓鞘细胞18793人红细胞6040微量大鼠肝细胞46425-10大鼠骨骼肌细胞6535微量大鼠线粒体7027-291-2HeLa细胞60402.4

9（一）膜脂构成细胞膜的结构骨架主要有三种类型：磷脂（phospholipid）胆固醇（cholesterol）糖脂(glycolipid)

10三种类型的膜脂磷脂糖脂胆固醇

11磷脂甘油磷脂：鞘磷脂：磷脂酰胆碱（卵）磷脂酰乙醇胺（腦）磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇磷脂酰碱基、甘油、脂肪酸磷脂酰碱基、鞘氨醇、脂肪酸1.磷脂分子中都含有磷酸基团，约占膜脂的50%以上。

12甘油磷脂的化学结构甘油磷脂以甘油为骨架，甘油分子的1、2位羟基分别与脂肪酸形成酯键，3位羟基与磷酸形成酯键。

13甘油磷脂的化学结构磷酸基团可分别与胆碱、乙醇胺、丝氨酸或肌醇结合，形成亲水的头部。两条长短不一的脂肪酸链构成疏水的尾部，通常为14--24个碳原子组成，一条烃链不含双键（饱和链），另一烃链含有一个或几个顺式排列的双键（不饱和链），形成一个约30°角的弯曲。

14鞘磷脂的化学结构极性头部基团（亲水）非极性尾部基团（疏水）鞘磷脂以鞘氨醇代替甘油为骨架,长链的不饱和脂肪酸结合在鞘氨醇的氨基上；分子末端的一个羟基与胆碱磷酸结合，另一个游离羟基可与相邻脂分子的极性头部、水分子或膜蛋白形成氢键。非极性尾部基团（疏水）

15质膜中的主要磷脂分子结构

16兼性分子：两亲性分子极性头部：具亲水性非极性尾部：具疏水性

17胆固醇分子化学结构羟基（极性）甾环（非极性）碳氢尾部（非极性）2.胆固醇

18结构：双亲性分子，极性头部为羟基，非极性疏水结构为固醇环和烃链。定位：分布在膜中的磷脂分子之间。极性羟基紧靠磷脂的极性头部，固醇环固定在磷脂分子邻近头部的烃链上，疏水的烃链尾部埋在脂双层的中央。功能：调节膜的流动性，增强膜的稳定性。

19分布：胆固醇散布在磷脂分子之间

203.糖脂结构：双亲性分子，极性头由一个或几个糖残基构成，疏水尾部为脂肪酸链或鞘氨醇衍生的烃链。

21定位：均位于质膜非胞质面单层，糖基暴露于细胞表面。组成：由脂类和寡糖构成。细菌和植物细胞的糖脂几乎都是甘油磷脂的衍生物；动物细胞质膜的糖脂几乎都是鞘氨醇的衍生物。功能：作为某些分子的受体，与细胞识别及信号转导相关。

22⑴半乳糖脑苷脂是一种最简单的糖脂，头部极性基团仅有一个半乳糖，是髓鞘中的主要糖脂。⑵神经节苷脂极性头部除含有半乳糖和葡萄糖外，还含有一个或几个唾液酸残基，神经细胞膜中含量丰富。在神经传导中起重要作用；是膜上的受体，如破伤风毒素、霍乱毒素、干扰素、促甲状腺素、绒毛膜促性腺激素、5-羟色胺等的受体，就是不同的神经节苷脂。

23膜脂可能的存在形式：形成球状分子团（micelle）形成双分子层（bilayer）

24（二）膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合细胞膜的不同特性和功能是由膜蛋白决定。不同细胞中膜蛋白的含量及类型有很大差异，膜的功能越复杂,蛋白质含量越多。

25根据膜蛋白与脂双层结合的方式可分为三种基本类型：内在蛋白（intrinsicprotein）外在蛋白（extrinsicprotein）脂锚定蛋白（lipidanchoredprotein）

261.膜内在蛋白又称穿膜蛋白或整合蛋白占膜蛋白总量的70％-80％大多数穿膜域都是α-螺旋构象，也有以β-折叠片层构象穿膜分单次穿膜、多次穿膜和多亚基穿膜三种类型

27α-螺旋构象穿膜蛋白

28β-折叠构象穿膜蛋白

292.膜外在蛋白又称周边蛋白（peripheralprotein）占膜蛋白总量的20%-30%是一类不插入脂双层的蛋白质，分布在质膜的两侧动态关系，根据功能的需要募集到膜上或从膜上释放。

30膜外在蛋白

313.脂锚定蛋白又称脂连接蛋白（lipid-linkedprotein）以两种方式与脂类分子共价结合胞质侧的蛋白与磷脂酰肌醇相连的寡糖链结合共价键质膜外表面的蛋白与脂双层中的碳氢链结合共价键胞质侧的蛋白糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白（GPI）

32膜蛋白在膜中的几种结合方式？

33转运酶活性信号转导附着膜蛋白的功能细胞识别细胞连接

34生物膜的特定功能主要由蛋白质完成载体蛋白—胞内外的物质运输连接蛋白—细胞间的相互作用受体蛋白—信号转导各种酶类—相关的代谢反应

35糖蛋白：糖脂：糖类（低聚糖或多聚糖）与膜蛋白共价结合（93%）糖类（低聚糖）与膜脂共价结合（7%）（三）膜糖类覆盖细胞膜表面

36糖蛋白和糖脂上的糖残基D-葡萄糖D-半乳糖D-甘露糖L-岩藻糖N-乙酰葡萄糖胺N-乙酰半乳糖胺唾液酸（糖链末端，形成细胞表面负电荷）

37糖链与蛋白质的结合方式N-连接：糖链与多肽链中的天冬氨酸残基侧链上的-NH2基团连接O-连接：糖链与多肽链中的丝氨酸或苏氨酸残基侧链上的-OH基团连接

38细胞外被(cellcoat)又称糖萼(glycocalyx)结构组成：指细胞质膜外表面覆盖的一层粘多糖物质，实际指细胞表面与质膜中的蛋白或脂类分子共价结合的糖链。功能：对膜蛋白起保护作用,在细胞识别中起重要作用。

39动物细胞表面存在一层绒毛状多糖物质，厚约200nm，由细胞膜糖蛋白和糖脂的糖链向外伸展交织而成。对细胞起支持、保护作用，并与细胞识别、细胞接触抑制有关。

40膀胱上皮细胞表面的糖被，钌红染色的电镜超薄切片

41（一）膜的不对称性膜的不对称性是指膜中各种成分（种类和数量）的分布不均匀，导致膜功能的不对称性和方向性，与细胞膜的功能有密切关系。二、细胞膜的生物学特性

421.膜脂的不对称性磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇鞘磷脂磷脂酰胆碱糖脂胆固醇细胞外侧胞质侧（一）

43鞘磷脂总磷脂细胞外侧胞质侧磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸膜脂的不对称分布仅是含量上的差异

442.膜蛋白的不对称性穿膜蛋白穿越脂双层有一定方向性。糖蛋白上的低聚糖残基均位于膜的非胞质侧。膜蛋白在内外两层中分布不对称。

453.膜糖类的不对称性

46膜不对称性的生理意义为膜两侧功能上的不对称性提供了结构条件，保证了膜功能的方向性。

47（二）膜的流动性1.脂双层为液晶态二维流体由于温度的变化导致膜状态的改变称为“相变”（phasetransition）。在相变温度以上，膜处于流动的液晶态。

48侧向扩散(lateraldiffusion)旋转运动(rotation)弯曲运动(flexion)翻转运动(flip-flop)2.膜脂分子的运动方式

49内在蛋白与膜脂结合内在蛋白与骨架作用3.影响膜脂流动性的因素脂肪酸链的饱和程度和长度胆固醇的影响卵磷脂/鞘磷脂的比例蛋白质的影响

504.膜蛋白的运动性旋转运动

51侧向运动小鼠-人细胞融合过程示膜蛋白的侧向运动

525.膜流动性的意义物质运输酶的活性信号转导细胞识别

53三、分子结构模型细胞膜研究简史1890年，E.Overton初步明确细胞膜是由脂类组成。1925年，E.Gorter和F.Grendel提出红细胞膜是由双层磷脂分子组成。1935年，J.Danielli和H.Davson提出“片层结构模型”。1959年，J.D.Robertson提出“单位膜模型”。1972年，S.J.Singer和G.Nicolson提出“流动镶嵌模型”。1975年，Wallach提出“晶格镶嵌模型”。1977年，Jain和White提出“板块镶嵌模型”。近年提出“脂筏模型”。

54（一）片层结构模型(lamellarstructuremodel)1935年提出，首次将膜的分子结构与所观察的理化性质联系起来。

55（二）单位膜模型（unitmembranemodel）50年代末，J.D.Robertson提出

56在电镜下观察生物膜，可见膜都呈现三层结构，即内外为电子密度高的暗层，中间夹有电子密度低的亮层，这种“两暗夹一明”的结构称单位膜。

57单位膜模型的不足把膜结构描写成静止不变的；无法解释膜的功能活动；各种膜有各自的特定厚度，并不都是7.5nm；各种膜的蛋白质和脂类的比率不同。

58（三）流动镶嵌模型（fluidmosaicmodel）1972年，S.J.Singer和G.L.Nicolson提出（获诺贝尔奖）

59流动镶嵌模型的中心主张生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体；膜中蛋白质分子以不同形式与脂双分子层结合，分布不对称；膜的结构处于流动变化之中，膜蛋白和膜脂具有流动性。

60流动镶嵌模型的不足不能说明膜在变化过程中如何保持膜的完整性和稳定性；忽略了蛋白质对脂质分子流动性的控制作用；忽略了膜各部分流动性的不均匀性。

61脂筏结构模式图（四）脂筏结构模型

62定义：脂质双分子层不是一个完全均匀的二维流体，内部存在富含胆固醇和鞘磷脂以及特定种类膜蛋白组成的微区称为脂筏。特点：脂筏区域比膜的其他部分厚，更有秩序且较少流动。其周围是流动性较高的液态区。脂筏提供一个有利于蛋白质形成有效构象的变构环境。功能：参与信号转导、受体介导的内吞作用以及胆固醇代谢运输等。