《医学生物学》-第四章细胞膜-2010.ppt

第二节第二节细胞膜及其表面细胞膜及其表面细胞膜（细胞膜（cellmemberane):是包围在细胞外周是包围在细胞外周的一层薄膜，又称质膜（的一层薄膜，又称质膜（plasmamembrane).细胞膜是原始的非细胞生物演化为细胞生物的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一个转折点单位膜单位膜(unitmembrane)：“二暗一明二暗一明”的的膜式结构叫三层夹板式结构。膜式结构叫三层夹板式结构。生物膜生物膜细胞膜细胞膜细胞内膜细胞内膜(internalmembrane)：除了细胞膜：除了细胞膜以外的细胞内所有膜性结构。以外的细胞内所有膜性结构。细胞膜细胞膜细胞质细胞质一、一、细胞膜的化学组成细胞膜的化学组成细胞膜细胞膜脂脂类类蛋白质蛋白质糖糖类类（一）（一）.膜脂膜脂membranelipid膜脂：膜脂：生物膜上的脂类统称膜脂。生物膜上的脂类统称膜脂。膜膜脂脂磷磷脂脂phospholipid：生物膜的主要成份。生物膜的主要成份。糖糖脂脂glycolipid胆固醇胆固醇cholesterol脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸磷磷脂脂磷脂磷脂磷酸甘油酯磷酸甘油酯神经鞘磷脂神经鞘磷脂极极性性头头部部基基团团（亲亲水水）非非极极性性尾尾部部基基团团（疏疏水水）CHCHCH2OOPOOOOXCOCO甘油甘油磷磷酸酸磷酸化醇磷酸化醇POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经神经酰胺酰胺O鞘鞘磷磷脂脂POCH2HCCOOHNH2OCOCHCHCH2OOCOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸磷磷脂脂酰酰丝丝氨氨酸酸OCHCHCH2OC磷磷脂脂酰酰乙乙醇醇胺胺（脑脑磷磷脂脂）POCH2CH2NH2OOCOOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸OCH3POCH2CH2NCHCHCH2OOCOOCOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸CH3CH3磷磷脂脂酰酰胆胆碱碱（卵卵磷磷脂脂）OCellmembrane-Structure糖糖脂脂鞘鞘胺胺醇醇糖脂与鞘磷脂相似，也是鞘氨醇的衍生物。糖脂与鞘磷脂相似，也是鞘氨醇的衍生物。POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经神经酰胺酰胺O鞘鞘磷磷脂脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经神经酰胺酰胺O鞘鞘磷磷脂脂糖糖(Gal)半半乳乳糖糖苷苷脂脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经神经酰胺酰胺O鞘鞘磷磷脂脂糖糖脂脂分分子子糖糖(Gal)糖糖(Gal)糖糖(Gal)糖糖(Gal)胆固醇胆固醇极性头部极性头部平平面面甾甾环环结结构构非非极极性性尾尾部部存在于真核细胞膜上存在于真核细胞膜上将少量的磷脂放在水溶液中，它能够自我装配成脂双层的球状结构将少量的磷脂放在水溶液中，它能够自我装配成脂双层的球状结构脂质体脂质体（二）（二）.膜蛋白（膜蛋白（membraneprotein）膜蛋白：生物膜所含的蛋白质。膜蛋白：生物膜所含的蛋白质。膜蛋白膜蛋白外周蛋白（周围蛋白）：外周蛋白（周围蛋白）：pripheralprotein膜内在蛋白质膜内在蛋白质(intergralprotein)或或镶嵌蛋白镶嵌蛋白(mosaicprotein)多附在膜的内面，为多附在膜的内面，为水溶的，非共价地结水溶的，非共价地结合在镶嵌蛋白上。合在镶嵌蛋白上。不同程度镶嵌在脂不同程度镶嵌在脂双层的内部。双层的内部。膜蛋白具有双型性，其亲水区域暴露在膜的一侧膜蛋白具有双型性，其亲水区域暴露在膜的一侧或两侧表面与水相吸，它们的疏水区域镶入膜内，与或两侧表面与水相吸，它们的疏水区域镶入膜内，与脂类分子疏水尾部通过疏水键结合，不易分离提纯。脂类分子疏水尾部通过疏水键结合，不易分离提纯。1.单单次次穿穿膜：膜：单条单条a-螺旋贯穿脂质双层。螺旋贯穿脂质双层。脂脂质质双双层层非胞质面非胞质面胞质面胞质面123452.多多次次穿穿膜：膜：数条数条a-螺旋几次折返穿越脂质双层。螺旋几次折返穿越脂质双层。3.非穿越性共价结合：非穿越性共价结合：不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层脂质的烃链结合。层脂质的烃链结合。4.与磷脂酰肌醇结合：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。肌醇（在非胞质面的单层）共价结合。镶镶嵌嵌蛋蛋白白5.外周蛋白：外周蛋白：多附在膜的内表面，非共价地结合在镶嵌蛋白上。多附在膜的内表面，非共价地结合在镶嵌蛋白上。跨膜跨膜蛋白蛋白细胞内细胞内膜中含有的糖类称为膜膜中含有的糖类称为膜糖类或膜碳水化合物。糖类或膜碳水化合物。膜糖类膜糖类糖类糖类+膜脂膜脂共价键共价键糖糖脂脂糖类糖类+膜蛋白膜蛋白糖蛋白糖蛋白共价键共价键细胞外被（细胞外被（cellcoat）（糖萼）（糖萼glycoalyx）：细胞外表的）：细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起，形成一糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在一起，形成一层外被，称细胞衣或糖萼。层外被，称细胞衣或糖萼。（三）（三）.膜糖类膜糖类membranecarbohydrate脂脂双双层层膜膜蛋蛋白白细细胞胞衣衣二、二、细胞膜的分子结构细胞膜的分子结构n n1.E.Overton 1.E.Overton 1895 1895 发现凡是发现凡是发现凡是发现凡是溶于脂肪的物质溶于脂肪的物质溶于脂肪的物质溶于脂肪的物质很容易透过植物很容易透过植物很容易透过植物很容易透过植物的细胞膜，而不的细胞膜，而不的细胞膜，而不的细胞膜，而不溶于脂肪的物质溶于脂肪的物质溶于脂肪的物质溶于脂肪的物质不易透过细胞膜，不易透过细胞膜，不易透过细胞膜，不易透过细胞膜，因此推测因此推测因此推测因此推测细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜由连续的脂类物由连续的脂类物由连续的脂类物由连续的脂类物质组成。质组成。质组成。质组成。n n2.E.Gorter&F.2.E.Gorter&F.Grendel 1925 Grendel 1925 用有用有用有用有机溶剂提取了人类红机溶剂提取了人类红机溶剂提取了人类红机溶剂提取了人类红细胞质膜的脂类成分，细胞质膜的脂类成分，细胞质膜的脂类成分，细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面，测将其铺展在水面，测将其铺展在水面，测将其铺展在水面，测出膜脂展开的面积二出膜脂展开的面积二出膜脂展开的面积二出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因倍于细胞表面积，因倍于细胞表面积，因倍于细胞表面积，因而推测而推测而推测而推测细胞膜由双层细胞膜由双层细胞膜由双层细胞膜由双层脂分子组成。脂分子组成。脂分子组成。脂分子组成。缺陷：缺陷：1.丙酮没有完全抽提所有的脂类丙酮没有完全抽提所有的脂类2.对表面积的测定是在干的样品，实际所测值小于真实对表面积的测定是在干的样品，实际所测值小于真实湿样品湿样品Lamellastructuremodlen n3.J.Danielli&H.3.J.Danielli&H.Davson 1935 Davson 1935 发现质膜发现质膜发现质膜发现质膜的表面张力比油水界的表面张力比油水界的表面张力比油水界的表面张力比油水界面的张力低得多，推测面的张力低得多，推测面的张力低得多，推测面的张力低得多，推测膜中含有蛋白质，从而膜中含有蛋白质，从而膜中含有蛋白质，从而膜中含有蛋白质，从而提出了提出了提出了提出了”蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质-脂类脂类脂类脂类-蛋蛋蛋蛋白质白质白质白质”的三明治模型。的三明治模型。的三明治模型。的三明治模型。认为质膜由双层脂类分认为质膜由双层脂类分认为质膜由双层脂类分认为质膜由双层脂类分子及其内外表面附着的子及其内外表面附着的子及其内外表面附着的子及其内外表面附着的蛋白质构成的。蛋白质构成的。蛋白质构成的。蛋白质构成的。19591959年年年年在上述基础上提出了修在上述基础上提出了修在上述基础上提出了修在上述基础上提出了修正模型，认为膜上还具正模型，认为膜上还具正模型，认为膜上还具正模型，认为膜上还具有贯穿脂双层的蛋白质有贯穿脂双层的蛋白质有贯穿脂双层的蛋白质有贯穿脂双层的蛋白质通道，供亲水物质通过。通道，供亲水物质通过。通道，供亲水物质通过。通道，供亲水物质通过。Unitmembranemodlen n4.4.J.D.Robertson J.D.Robertson 1959 1959 用超薄切片技术用超薄切片技术用超薄切片技术用超薄切片技术获得了清晰的细胞膜获得了清晰的细胞膜获得了清晰的细胞膜获得了清晰的细胞膜照片，显示暗照片，显示暗照片，显示暗照片，显示暗-明明明明-暗三暗三暗三暗三层结构，它由厚约层结构，它由厚约层结构，它由厚约层结构，它由厚约3.5nm3.5nm的双层脂分子的双层脂分子的双层脂分子的双层脂分子和内外表面各厚约和内外表面各厚约和内外表面各厚约和内外表面各厚约2nm2nm的蛋白质构成。的蛋白质构成。的蛋白质构成。的蛋白质构成。单位膜模型的不足之单位膜模型的不足之单位膜模型的不足之单位膜模型的不足之处在于把膜的动态结处在于把膜的动态结处在于把膜的动态结处在于把膜的动态结构描写成静止的不变构描写成静止的不变构描写成静止的不变构描写成静止的不变的。的。的。的。单位膜模型缺陷：单位膜模型缺陷：n n不能解释不能解释1.膜的动态变化膜的动态变化2.膜的功能特性不一样膜的功能特性不一样1.生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体。生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体。2.球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂质双分子层中。球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂质双分子层中。总之：生物膜是嵌有球形蛋白质的脂类二维排列的液总之：生物膜是嵌有球形蛋白质的脂类二维排列的液态体。态体。5.液态镶嵌模型（液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel）脂质双分子层脂质双分子层极性头部极性头部疏水尾部疏水尾部外周蛋白外周蛋白镶嵌蛋白镶嵌蛋白液态镶嵌模型不足之处：液态镶嵌模型不足之处：n n忽略了蛋白质对脂质分子流动性的控制忽略了蛋白质对脂质分子流动性的控制作用作用n n忽略了膜的各部分流动性的不均匀性忽略了膜的各部分流动性的不均匀性6.脂筏模型（脂筏模型（lipidraftsmodel）n即在生物膜的脂双分子层的外层，富含胆固即在生物膜的脂双分子层的外层，富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域，大小约醇和鞘磷脂的微结构域，大小约70nm左右左右，如同如同“脂筏脂筏”一样，脂筏上载着蛋白质一样，脂筏上载着蛋白质n推测一个推测一个100m大小的脂筏可载有大小的脂筏可载有600个蛋白个蛋白质分子质分子n脂筏就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信脂筏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。号转导、蛋白质分选均有密切的关系。n脂筏最初可能在内质网上形成，转运到细胞脂筏最初可能在内质网上形成，转运到细胞膜上膜上三、三、细胞膜分子分布的不对称性和流动性细胞膜分子分布的不对称性和流动性 （一）（一）.细胞膜分子分布的不对称性细胞膜分子分布的不对称性脂质双分子层的不对称性脂质双分子层的不对称性第一：脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显第一：脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显不同。不同。细胞膜细胞膜非胞质侧：非胞质侧：头部含有胆碱的磷脂分子（磷脂酰头部含有胆碱的磷脂分子（磷脂酰胆碱胆碱.鞘磷脂）。鞘磷脂）。胞胞质质侧：侧：末端含有氨基的磷脂分子（磷脂酰末端含有氨基的磷脂分子（磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸）。乙醇胺和磷脂酰丝氨酸）。第二：糖脂全部分布在非胞质侧的单层脂第二：糖脂全部分布在非胞质侧的单层脂质分子中。质分子中。第一第一.跨膜蛋白跨越脂质双分子层有一定方向性。跨膜蛋白跨越脂质双分子层有一定方向性。第二第二.糖蛋白上的低聚糖残基均位于膜的非胞质侧。糖蛋白上的低聚糖残基均位于膜的非胞质侧。第三第三.膜蛋白颗粒在内外两层中分布的不对称。膜蛋白颗粒在内外两层中分布的不对称。膜分子结构的不对称性决定了膜内表面功能的不对称性膜分子结构的不对称性决定了膜内表面功能的不对称性膜蛋白分布的不对称性膜蛋白分布的不对称性冰冻断裂冰冻断裂(freezefracture)法法冰冻断裂法不仅可用于研究膜组份分布的不对称冰冻断裂法不仅可用于研究膜组份分布的不对称不对称性的意义不对称性的意义n n膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能的不对称性和方向性。保证致了膜功能的不对称性和方向性。保证了生命活动的高度有序性。了生命活动的高度有序性。2、膜脂的流动性、膜脂的流动性1.侧向扩散侧向扩散2.旋转旋转3.摆动摆动4.翻转翻转二二.细胞膜分子的流动性细胞膜分子的流动性影响膜脂流动性的因素影响膜脂流动性的因素1.脂肪酸链的饱和程度脂肪酸链的饱和程度2.脂肪酸链的长度脂肪酸链的长度3.胆固醇的影响胆固醇的影响4.卵磷脂卵磷脂/鞘磷脂的比例鞘磷脂的比例5.其它因素其它因素:温度、酸碱度、离子强度等温度、酸碱度、离子强度等膜蛋白的流动性膜蛋白的流动性小鼠细胞小鼠细胞标记人膜蛋白抗体标记人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）人膜蛋白（抗原）异核细胞异核细胞抗小鼠膜蛋白抗体抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素荧光素B抗人膜蛋白抗体抗人膜蛋白抗体+荧光素荧光素A标记小鼠膜蛋白抗体标记小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（抗原）小鼠膜蛋白（抗原）人细胞人细胞孵育（孵育（370C,40分钟）分钟）诱导融合诱导融合膜蛋白膜蛋白(抗原）抗原）淋巴细胞的成斑和成帽反应淋巴细胞的成斑和成帽反应膜流动性的意义膜流动性的意义n n物质转运物质转运n n能量转换能量转换n n细胞识别细胞识别n n免疫、药物对细胞的作用免疫、药物对细胞的作用n n当当膜膜的的流流动动性性低低于于一一定定的的阈阈值值时时，许许多多酶酶的的活活动动和和跨跨膜膜运运输输将将停停止止，反反之之如如果果流动性过高，又会造成膜的溶解。流动性过高，又会造成膜的溶解。四、四、细胞表面及其特化细胞表面及其特化n n细胞表面是指包围在细胞质外层一个复细胞表面是指包围在细胞质外层一个复合结构体系，其结构以质膜为主体，包合结构体系，其结构以质膜为主体，包括细胞外被、胞质溶胶。广义的细胞表括细胞外被、胞质溶胶。广义的细胞表面还包括细胞连接和一些特化结构。面还包括细胞连接和一些特化结构。（一）、（一）、细胞外被细胞外被细胞外被:是一类沾多糖物质,实际指细胞表面与质膜中的蛋 白或脂类分子共价结合的寡糖链。细胞外被的作用有：细胞外被的作用有：n n1 1、保护作用：、保护作用：、保护作用：、保护作用：n n2 2、细胞识别：与构成细胞外被的寡糖链密切相关。每种细胞、细胞识别：与构成细胞外被的寡糖链密切相关。每种细胞、细胞识别：与构成细胞外被的寡糖链密切相关。每种细胞、细胞识别：与构成细胞外被的寡糖链密切相关。每种细胞寡糖链的单糖残基具有一定的排列顺序，编成了细胞表面的寡糖链的单糖残基具有一定的排列顺序，编成了细胞表面的寡糖链的单糖残基具有一定的排列顺序，编成了细胞表面的寡糖链的单糖残基具有一定的排列顺序，编成了细胞表面的密码，它是细胞的密码，它是细胞的密码，它是细胞的密码，它是细胞的”指纹指纹指纹指纹”，为细胞的识别形成了分子基础。，为细胞的识别形成了分子基础。，为细胞的识别形成了分子基础。，为细胞的识别形成了分子基础。同时细胞表面尚有寡糖的专一受体，对具有一定序列的寡糖同时细胞表面尚有寡糖的专一受体，对具有一定序列的寡糖同时细胞表面尚有寡糖的专一受体，对具有一定序列的寡糖同时细胞表面尚有寡糖的专一受体，对具有一定序列的寡糖链具有识别作用。链具有识别作用。链具有识别作用。链具有识别作用。n n3 3、决定血型：血型实质上是不同的红细胞表面抗原，、决定血型：血型实质上是不同的红细胞表面抗原，、决定血型：血型实质上是不同的红细胞表面抗原，、决定血型：血型实质上是不同的红细胞表面抗原，A A、B B、OO三种血型抗原的糖链结构基本相同，只是糖链末端的糖基三种血型抗原的糖链结构基本相同，只是糖链末端的糖基三种血型抗原的糖链结构基本相同，只是糖链末端的糖基三种血型抗原的糖链结构基本相同，只是糖链末端的糖基有所不同。有所不同。有所不同。有所不同。n nA A血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是N-N-乙酰半乳糖胺乙酰半乳糖胺(GalNAc)(GalNAc)，B B血型的人血型的人红细胞膜脂寡糖链的末端是半乳糖红细胞膜脂寡糖链的末端是半乳糖(Gal)(Gal)，O O型则没有这两种糖基，而型则没有这两种糖基，而ABAB型的人型的人则在末端同时具有这两种糖则在末端同时具有这两种糖（二）、（二）、细胞表面的特化结构细胞表面的特化结构n n质膜常带有许多特化的附属结构。质膜常带有许多特化的附属结构。n n微绒毛微绒毛n n褶皱褶皱n n纤毛纤毛n n鞭毛鞭毛 1.1.微绒毛微绒毛2.皱褶在细胞表面还有一种扁形突起，称为皱褶ruffle）或片足（lamllipodia）。皱褶在形态上不同于微绒毛，它宽而扁，宽度不等，厚度与微绒毛直径相等，约0.1m，高达几微米。在巨噬细胞的表面上，普遍存在着皱褶结构，与吞噬颗粒物质有关。3.3.纤毛和鞭毛纤毛和鞭毛n n纤毛（纤毛（ciliacilia）和鞭毛）和鞭毛（flagellaflagella）是细胞表）是细胞表面伸出的条状运动装面伸出的条状运动装置。二者在发生和结置。二者在发生和结构上并没有什么差别，构上并没有什么差别，均由均由9+29+2微管构成。微管构成。纤毛和鞭毛都来源于纤毛和鞭毛都来源于中心粒。中心粒。4.、细胞间的连接细胞间的连接紧密连接紧密连接(tightjunction)紧密连接的模式图黏合连接黏合连接n n带状桥粒（带状桥粒（带状桥粒（带状桥粒（beltbeltdesmosome)desmosome)又称粘合带（又称粘合带（adhesion adhesion beltbelt）呈带状环绕细胞，）呈带状环绕细胞，一般位于上皮细胞顶侧一般位于上皮细胞顶侧面的紧密连接下方。在面的紧密连接下方。在粘合带处相邻细胞的间粘合带处相邻细胞的间隙约隙约151520nm20nm。桥粒与半桥粒桥粒与半桥粒n n桥粒（桥粒（desmosomedesmosome）相邻细胞间形成纽扣状结构）相邻细胞间形成纽扣状结构。桥粒的结构模型n n细胞膜之间的间隙约细胞膜之间的间隙约30nm30nm，质膜下方有细胞质附着蛋白质膜下方有细胞质附着蛋白质，如片珠蛋白质，如片珠蛋白（plakoglobinplakoglobin）、桥粒斑蛋白）、桥粒斑蛋白（desmoplakindesmoplakin）等，形成一）等，形成一厚约厚约151520nm20nm的致密斑。斑的致密斑。斑上有中间纤维相连，中间纤上有中间纤维相连，中间纤维的性质因细胞类型而异，维的性质因细胞类型而异，桥粒中间为钙粘素桥粒中间为钙粘素（desmogleindesmoglein及及desmocollindesmocollin）。）。因此相邻细胞中的中间纤维因此相邻细胞中的中间纤维通过细胞质斑和钙粘素构成通过细胞质斑和钙粘素构成了穿胞细胞骨架网络了穿胞细胞骨架网络。半桥粒（hemidesmosome）n n在结构上类似桥粒，位在结构上类似桥粒，位于上皮细胞基面与基膜于上皮细胞基面与基膜之间，它桥粒的不同之之间，它桥粒的不同之处在于：处在于：只在质膜内只在质膜内侧形成桥粒斑结构，其侧形成桥粒斑结构，其另一侧为基膜；另一侧为基膜；穿膜穿膜连接蛋白为整合素连接蛋白为整合素（integrinintegrin）而不是钙粘）而不是钙粘素，整合素是细胞外基素，整合素是细胞外基质的受体蛋白；质的受体蛋白；细胞细胞内的附着蛋白为角蛋白内的附着蛋白为角蛋白（keratinkeratin）。）。名称名称跨膜跨膜连结蛋白连结蛋白细胞外细胞外配体配体结合细胞骨结合细胞骨架类型架类型细胞内附着蛋白细胞内附着蛋白黏合带黏合带 钙粘蛋白钙粘蛋白 相邻细胞相邻细胞钙粘蛋白钙粘蛋白 肌动蛋白丝肌动蛋白丝连锁蛋白连锁蛋白粘着斑蛋白粘着斑蛋白黏合斑黏合斑 整合素整合素胞外基质蛋白胞外基质蛋白肌动蛋白丝肌动蛋白丝踝蛋白、粘着斑蛋踝蛋白、粘着斑蛋白、白、-辅肌动蛋辅肌动蛋白白桥粒桥粒钙粘蛋白钙粘蛋白 相邻细胞相邻细胞钙粘蛋白钙粘蛋白 中间纤维中间纤维桥粒片蛋白，片珠桥粒片蛋白，片珠蛋白蛋白半桥粒半桥粒 整合素整合素胞外基质（基膜）胞外基质（基膜）蛋白质蛋白质中间纤维中间纤维桥粒片蛋白样蛋白桥粒片蛋白样蛋白质质几种锚定连接的化学组成几种锚定连接的化学组成（三）、通讯连接（三）、通讯连接n n1.1.间隙连接间隙连接间隙连接间隙连接 间隙连接（间隙连接（间隙连接（间隙连接（gapjunctiongapjunction）存存存存在于大多数动物组织。在连在于大多数动物组织。在连在于大多数动物组织。在连在于大多数动物组织。在连接处相邻细胞间有接处相邻细胞间有接处相邻细胞间有接处相邻细胞间有2 24nm4nm的的的的缝隙），缝隙），缝隙），缝隙），间隙连接的通透性间隙连接的通透性间隙连接的通透性间隙连接的通透性是可调节的。在实验条件下，是可调节的。在实验条件下，是可调节的。在实验条件下，是可调节的。在实验条件下，降低细胞降低细胞降低细胞降低细胞PHPH值，或升高钙离值，或升高钙离值，或升高钙离值，或升高钙离子浓度均可降低间隙连接的子浓度均可降低间隙连接的子浓度均可降低间隙连接的子浓度均可降低间隙连接的通透性。当细胞破损时，大通透性。当细胞破损时，大通透性。当细胞破损时，大通透性。当细胞破损时，大量钙离子进入，导致间隙连量钙离子进入，导致间隙连量钙离子进入，导致间隙连量钙离子进入，导致间隙连接关闭，以免正常细胞受到接关闭，以免正常细胞受到接关闭，以免正常细胞受到接关闭，以免正常细胞受到伤害。伤害。伤害。伤害。左，连接子电镜照片；右，间隙连接模型n n间隙连接的基本单位，称连间隙连接的基本单位，称连间隙连接的基本单位，称连间隙连接的基本单位，称连接子（接子（接子（接子（connexonconnexon），由），由），由），由6 6个相个相个相个相同或相似的跨膜蛋白亚单位同或相似的跨膜蛋白亚单位同或相似的跨膜蛋白亚单位同或相似的跨膜蛋白亚单位环绕而成，直径环绕而成，直径环绕而成，直径环绕而成，直径8nm8nm，中心形，中心形，中心形，中心形成一个直径约成一个直径约成一个直径约成一个直径约1.5nm1.5nm的孔道的孔道的孔道的孔道(图图图图11-11)11-11)。通过向细胞内注射。通过向细胞内注射。通过向细胞内注射。通过向细胞内注射分子量不同的染料，证明间分子量不同的染料，证明间分子量不同的染料，证明间分子量不同的染料，证明间隙连接的通道可以允许分子隙连接的通道可以允许分子隙连接的通道可以允许分子隙连接的通道可以允许分子量小于量小于量小于量小于1.5KD1.5KD的分子通过。这的分子通过。这的分子通过。这的分子通过。这表明细胞内的小分子，如无表明细胞内的小分子，如无表明细胞内的小分子，如无表明细胞内的小分子，如无机盐离子、糖、氨基酸、核机盐离子、糖、氨基酸、核机盐离子、糖、氨基酸、核机盐离子、糖、氨基酸、核苷酸和维生素等有可能通过苷酸和维生素等有可能通过苷酸和维生素等有可能通过苷酸和维生素等有可能通过间隙连接的孔隙。间隙连接的孔隙。间隙连接的孔隙。间隙连接的孔隙。化学突触化学突触n n化学突触（synapse）是存在于可兴奋细胞间的一种连接方式，其作用是通过释放神经递质来传导兴奋。由突触前膜(presynaptic membrane)、突触后膜(postsynaptic membrane)和突触间隙(synaptic cleft)三部分组成化学突触五、五、细胞膜与物质转运细胞膜与物质转运一一.膜内外物质的运输膜内外物质的运输膜内外物质的运输膜内外物质的运输小分子运输小分子运输大分子运输大分子运输被被动动运运输输主动主动运运输输胞吐作用胞吐作用胞吞作用胞吞作用穿膜运输穿膜运输膜泡运输膜泡运输1.被被动动运运输输passivetransport不需要消耗细胞代谢的能量不需要消耗细胞代谢的能量,而将物质而将物质从浓度高的一侧经细胞膜转运至浓度低从浓度高的一侧经细胞膜转运至浓度低的一侧。的一侧。简单扩散简单扩散通道扩散通道扩散易化扩散易化扩散简单扩散简单扩散细细胞胞外外细细胞胞内内小分子物质细细胞胞膜膜1.简单扩散（简单扩散（simplediffusion)(自由扩散自由扩散freediffusion)不需要消耗代谢能量和不依靠专一膜蛋白分子而使物质不需要消耗代谢能量和不依靠专一膜蛋白分子而使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。高浓度高浓度低浓度低浓度脂溶性物质脂溶性物质(非极性物质非极性物质):):苯苯.乙醇乙醇.氧氧.氮氮不带电荷小分子物质不带电荷小分子物质:水水.尿素尿素.二氧化碳二氧化碳适合自由扩散的物质适合自由扩散的物质:不适合自由扩散的物质不适合自由扩散的物质:带电荷物质带电荷物质肺泡与肺毛细血管之间的气体交换肺泡与肺毛细血管之间的气体交换肺泡与肺毛细血管之间的气体交换肺泡与肺毛细血管之间的气体交换高浓度高浓度低浓度通道蛋白：形成贯穿脂双层之间的通道蛋白：形成贯穿脂双层之间的通道。通道。转运物质的蛋白质转运物质的蛋白质（跨膜蛋白）（跨膜蛋白）通道蛋白通道蛋白（2）通道扩散）通道扩散目前发现的通道蛋白已有目前发现的通道蛋白已有50多种，主要是离子通道（多种，主要是离子通道（ionchannel)n n（电位门通道、配体门通道、环核苷酸（电位门通道、配体门通道、环核苷酸门通道、机械门通道）门通道、机械门通道）高浓度高浓度低浓度电压闸门通道电压闸门通道（voltage-gatedchannel)配体闸门通道配体闸门通道(ligand-gatedchannel)物质顺浓度梯度经过闸门孔道扩散到物质顺浓度梯度经过闸门孔道扩散到细胞膜的另一侧这样的转运过程称闸细胞膜的另一侧这样的转运过程称闸门通道扩散。门通道扩散。通道蛋白通道蛋白配体配体高浓度低浓度配体配体高浓度低浓度水通道（又称水孔）n n质膜上一部分通道蛋白带电荷的亲水区形成小的水通道，能使水以及小的水溶性的溶质通过简单扩散从膜的一侧到另一侧。通道 蛋白不直接与小的带电荷的溶质相互作用。这些小的水溶性的溶质经扩散作用通过水孔进出细胞。AQP1是由四个相同的亚基构成，每个亚基的相对分子质是由四个相同的亚基构成，每个亚基的相对分子质量为量为28kDa，每个亚基有六个跨膜结构域，在跨膜结构域，每个亚基有六个跨膜结构域，在跨膜结构域2与与3、5与与6之间有一个环状结构，是水通过的通道之间有一个环状结构，是水通过的通道2003年，美国科学家彼得年，美国科学家彼得阿格雷和罗德里克阿格雷和罗德里克麦金农，分别麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。学奖。Peter AgreRoderick MacKinnon 压力激活通道（stress-activated channel）n n通道开关机制：机械力量施加与通道蛋白所致。n n如：内耳听毛细胞（auditory hair cell)，质膜上具有这种类似的通道，声音震动施压于通道蛋白，激活通道门开放，引起离子流入听毛细胞，由此建立电信号，此电信号从听毛细胞传到听神经，再经听神经传送信号到脑。听觉毛状细胞的机械敏感门通道作用原理听觉毛状细胞的机械敏感门通道作用原理3、环核苷酸门通道n n分布于化学和光感受器中。分布于化学和光感受器中。分布于化学和光感受器中。分布于化学和光感受器中。uu如气味分子与化学感受器中的如气味分子与化学感受器中的如气味分子与化学感受器中的如气味分子与化学感受器中的GG蛋白偶联型受体蛋白偶联型受体蛋白偶联型受体蛋白偶联型受体结合，激活腺苷酸环化酶，产生结合，激活腺苷酸环化酶，产生结合，激活腺苷酸环化酶，产生结合，激活腺苷酸环化酶，产生cAMPcAMP，开启，开启，开启，开启cAMPcAMP门控阳离子通道，引起钠离子内流，膜去门控阳离子通道，引起钠离子内流，膜去门控阳离子通道，引起钠离子内流，膜去门控阳离子通道，引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。载体蛋白：与特定溶质结合改变载体蛋白：与特定溶质结合改变构象使溶质穿越细胞膜构象使溶质穿越细胞膜。转运物质的蛋白质转运物质的蛋白质（跨膜蛋白）（跨膜蛋白）（3）易化扩散）易化扩散facilitateddiffusion细细胞胞外外细细胞胞内内细细胞胞膜膜载体蛋白高浓度低浓度一种载体蛋白可特异性的连接和传送一种特定的分子一种载体蛋白可特异性的连接和传送一种特定的分子跨膜，这种运输方式比单纯扩散速率大大增加。跨膜，这种运输方式比单纯扩散速率大大增加。载体蛋白通道：机制是载体蛋白构象的改变载体蛋白通道：机制是载体蛋白构象的改变高浓度低浓度载体蛋白能量注意载体构象的变化注意载体构象的变化细细胞胞外外细细胞胞内内细细胞胞膜膜2.主动运输主动运输activetransport钠钾泵（钠钾泵（Na+-K+-ATP酶）的结构酶）的结构:具有载体和酶的双重作用。具有载体和酶的双重作用。大亚基：为贯穿膜全层的脂蛋白大亚基：为贯穿膜全层的脂蛋白,是该酶的催化部位。是该酶的催化部位。小亚基小亚基:为细胞膜外侧半嵌合糖蛋白为细胞膜外侧半嵌合糖蛋白,其作用机制不详。其作用机制不详。钾离子钾离子乌本苷乌本苷钾与乌本苷结合部位钾与乌本苷结合部位小小亚亚基基大大亚亚基基ATPADP+Pi钠离子钠离子细胞质细胞质钾钾浓浓度度梯梯度度30倍倍钠钠浓浓度度梯梯度度13倍倍+钠结合部位钠结合部位特性特性特性特性：运出运出运出运出3 3NaNa+转入转入转入转入 2 2KK+ATP协同运输协同运输cotransportn n靠靠靠靠间间间间接接接接提提提提供供供供能能能能量量量量完完完完成成成成主主主主动动动动运运运运输输输输。所所所所需需需需能能能能量量量量来来来来自自自自膜膜膜膜两侧离子的浓度梯度。两侧离子的浓度梯度。两侧离子的浓度梯度。两侧离子的浓度梯度。uu动动动动物物物物细细细细胞胞胞胞中中中中常常常常常常常常利利利利用用用用膜膜膜膜两两两两侧侧侧侧NaNa+浓浓浓浓度度度度梯梯梯梯度度度度来来来来驱驱驱驱动。动。动。动。uu植物细胞和细菌常利用植物细胞和细菌常利用植物细胞和细菌常利用植物细胞和细菌常利用HH+浓度梯度来驱动。浓度梯度来驱动。浓度梯度来驱动。浓度梯度来驱动。n n分分分分 为为为为：同同同同 向向向向 协协协协 同同同同（symportsymport）和和和和 反反反反 向向向向 协协协协 同同同同（antiportantiport）。）。）。）。n n1 1、同向协同（、同向协同（、同向协同（、同向协同（symportsymport）n n如如如如小小小小肠肠肠肠细细细细胞胞胞胞对对对对葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖的的的的吸吸吸吸收收收收伴伴伴伴随随随随着着着着NaNa+的的的的进进进进入入入入。某某某某些细菌对乳糖的吸收伴随着些细菌对乳糖的吸收伴随着些细菌对乳糖的吸收伴随着些细菌对乳糖的吸收伴随着HH+的进入。的进入。的进入。的进入。n n2 2、反向协同（、反向协同（、反向协同（、反向协同（antiportantiport）n n如如如如NaNa+驱驱驱驱动动动动的的的的ClCl-HCO-HCO3 3-交交交交换换换换，即即即即NaNa+与与与与HCOHCO3 3-的的的的进进进进入入入入伴伴伴伴随随随随着着着着ClCl-和和和和HH+的的的的外外外外流流流流，如如如如存存存存在在在在于于于于红红红红细细细细胞胞胞胞膜膜膜膜上上上上的的的的带带带带3 3蛋白。蛋白。蛋白。蛋白。3.Na-H+交换载体交换载体调节细胞内调节细胞内PHNaNa+H+物质跨膜运输的四种基本机制物质跨膜运输的四种基本机制胞饮作用胞饮作用pinocytosispinocytosis吞噬作用吞噬作用phagocytosisphagocytosis受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用low low density lipoproteindensity lipoprotein大分子及颗粒物质并不直接穿大分子及颗粒物质并不直接穿过细胞膜过细胞膜,而是通过一系列膜而是通过一系列膜囊泡形成和融合来完成的转运囊泡形成和融合来完成的转运过程。过程。3.胞吞作用和胞吐作用胞吞作用和胞吐作用胞胞吐吐作作用用吞吞噬噬作作用用吞噬体吞噬体phagosome胞胞饮饮作作用用吞饮体吞饮体pinosome膜泡运输膜泡运输胞胞吐吐作作用用吞吞噬噬作作用用胞胞饮饮作作用用LDL颗粒（颗粒（：22nm）核心：核心：1500个酯化胆固醇分子个酯化胆固醇分子800磷脂分子磷脂分子，500游离胆固醇，游离胆固醇，apoB100转转运运肝肝合合成成的的内内源源性性胆胆固固醇醇核心：核心：1500个酯化胆固醇分子个酯化胆固醇分子800磷脂分子磷脂分子，500游离胆固醇，游离胆固醇，apoB100细胞质细胞质LDL颗粒颗粒LDL受体受体有被小窝有被小窝有被小泡有被小泡无被小泡无被小泡胞内体胞内体受体与大分子颗粒分开受体与大分子颗粒分开胞内体部分胞内体部分胞内体部分胞内体部分初级溶酶体初级溶酶体吞吞噬噬溶溶酶酶体体受体再循环受体再循环细胞质细胞质胞吐作用n n组成性胞吐作用组成性胞吐作用:运输小泡持续不断地从高尔基运输小泡持续不断地从高尔基体运送到细胞质膜，并立即进行膜的融合，将分体运送到细胞质膜，并立即进行膜的融合，将分泌小泡中的蛋白质释放到细胞外泌小泡中的蛋白质释放到细胞外,此过程不需要此过程不需要任何信号的触发任何信号的触发,它存在于所有类型的细胞中。它存在于所有类型的细胞中。给细胞外提供酶、生长因子和细胞外基质成分外，给细胞外提供酶、生长因子和细胞外基质成分外，也为细胞质膜提供膜整合蛋白和膜脂。也为细胞质膜提供膜整合蛋白和膜脂。n n调解性胞吐作用调解性胞吐作用:见于某些特化的细胞，如内分见于某些特化的细胞，如内分泌细胞。通过出芽离开反面高尔基网络并聚集在泌细胞。通过出芽离开反面高尔基网络并聚集在细胞质膜附近细胞质膜附近,当细胞受到细胞外信号刺激时当细胞受到细胞外信号刺激时,就就会与细胞质膜融合将内含物释放到细胞外。如血会与细胞质膜融合将内含物释放到细胞外。如血糖的增加糖的增加,细胞会发出信号释放胰岛素。细胞会发出信号释放胰岛素。二、二、细胞膜与细胞识别细胞膜与细胞识别 细胞识别及识别反应细胞识别及识别反应n n细胞识别细胞识别(cellrecognition)指细胞对指细胞对同种或异种细胞、同源或异源细胞同种或异种细胞、同源或异源细胞以及对自己和异己物质分子的认识以及对自己和异己物质分子的认识和鉴别。和鉴别。巨噬细胞识别衰老红细巨噬细胞识别衰老红细胞表面暴露出半乳糖残胞表面暴露出半乳糖残基，将其吞噬。基，将其吞噬。结合素结合素结合素受体结合素受体结合素与结合素受体结合素与结合素受体都具有种属特异性，都具有种属特异性，可以相互识别并结合可以相互识别并结合膜受体与细胞信号转导膜受体与细胞信号转导细胞通讯细胞通讯(cellcommunication)细胞通讯是细胞间或细胞内通过高度精细胞通讯是细胞间或细胞内通过高度精确和高效地发送与接收信息的通讯机制，确和高效地发送与接收信息的通讯机制，对环境作出综合反应的细胞行为。对环境作出综合反应的细胞行为。细胞通讯的方式及引起的某些反应细胞通讯的方式及引起的某些反应细胞通讯中有两个基本概念细胞通讯中有两个基本概念:信号传导信号传导(cellsignalling)信号分子从合成的细信号分子从合成的细胞中释放出来胞中释放出来,然后进行传递，强调信号的产生、然后进行传递，强调信号的产生、分泌与传送。分泌与传送。信号转导信号转导(signaltransduction)配体与受体结合、配体与受体结合、第二信使的产生及其后的级联反应等第二信使的产生及其后的级联反应等,即信号的即信号的识别、转移与