细胞质膜与细胞表面.ppt
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1、第四章第四章 细胞质膜与细胞表面细胞质膜与细胞表面重点1.生物膜的化学组成2.生物膜的结构特征与功能3.细胞连接的类型及作用4.细胞外基质的种类1可编辑版重点重点1.生物膜的化学组成生物膜的化学组成2.生物膜的结构特征与功能生物膜的结构特征与功能3.细胞连接的类型及作用细胞连接的类型及作用4.细胞外基质的种类细胞外基质的种类2可编辑版第四章第四章 细胞质膜与细胞表面细胞质膜与细胞表面第一节细胞质膜与细胞表面特化结构细胞质膜与细胞表面特化结构第二节第二节 细胞连接细胞连接第三节细胞外被与细胞外基质细胞外被与细胞外基质 3可编辑版第一节细胞膜与细胞表面特化结构1.细细胞膜的结构模型胞膜的结构模型2
2、.膜脂膜脂生物膜的基本组成成分生物膜的基本组成成分3.膜蛋白膜蛋白4.生物膜结构特征生物膜结构特征5.细胞质膜的功能细胞质膜的功能6.膜膜骨架与细胞表面的特化结构骨架与细胞表面的特化结构4可编辑版第二节第二节 细胞连接细胞连接1.细胞连接的功能分类细胞连接的功能分类2.封闭连接封闭连接3.锚定连接锚定连接4.通讯连接通讯连接 5.细胞表面的粘连分子细胞表面的粘连分子 5可编辑版一、细胞质膜的结构模型一、细胞质膜的结构模型1.概述2.结构模型3.生物膜结构6可编辑版结构模型结构模型E.Gorter和FGrendel(1925):“蛋白质-脂类-蛋白质”三夹板质膜结构模型J.D.Robertson
3、(1959年):单位膜模型(unit membrane model)S.J.Singer和G.Nicolson(1972):生物膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model)K.Simonsetal(1997):脂筏模型(lipid rafts model)Functional rafts in Cell membranes.Nature 387:569-5727可编辑版生物膜结构生物膜结构磷脂双分子层是组成生物膜的基本结构成分,尚未发现膜结构中起组织作用的蛋白;蛋白分子以不同方式镶嵌在脂双层分子中或结合在其表面,膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者;生物膜是磷脂双分子层嵌有蛋白质的二
4、维流体。“Centraldogma”ofmembranebiology8可编辑版膜的流动性膜的流动性膜脂的流动性膜蛋白的流动膜流动性的研究方法人、鼠细胞融合实验 光脱色恢复技术 膜的流动性受多种因素影响;细胞骨架不但影响膜蛋白的运动,也影响其周围的膜脂的流动。膜蛋白与膜脂分子的相互作用也是 影响膜流动性的重要因素。9可编辑版膜的不对称性膜的不对称性1.细胞质膜各部分的名称细胞质膜各部分的名称 2.膜脂不对称性膜脂不对称性3.膜蛋白与糖蛋白的不对称性膜蛋白与糖蛋白的不对称性 4.不对称性的意义不对称性的意义 10可编辑版二、膜脂生物膜的基本组成成分1.成 分:膜 脂 主 要 包 括 磷 脂、糖
5、脂 和 胆 固 醇三种类型。2.膜脂的种热运动方式3.脂质体(liposome)11可编辑版膜脂成分膜脂成分磷脂:膜脂的基本成分(50以上)分为二类:甘油磷脂和鞘磷脂 主要特征:具有一个极性头和两个非极性的尾(脂肪酸链)(心磷脂除外);脂肪酸碳链碳原子为偶数,多数碳链由 16,18或20个组成;饱和脂肪酸(如软脂酸)及不饱和脂肪 酸(如油酸);糖脂:糖脂普遍存在于原核和真核细胞的质膜上(5以下),神经细胞糖脂含量较高;胆固醇:胆固醇存在于真核细胞膜上(30%以下),细菌质膜不含有胆固醇,但某些细菌的膜脂中含有甘油脂等中性脂类。12可编辑版运动方式运动方式沿膜平面的侧向运动(基本运动方式),其扩
6、散系数为10-8cm2/s;脂分子围绕轴心的自旋运动;脂分子尾部的摆动;双层脂分子之间的翻转运动,发生频率还不到脂分子侧向交换频率的1010。但在内质网膜上,新合成的磷脂分子翻转运动发生频率很高。13可编辑版三、脂质体(三、脂质体(liposome)1.概念:概念:根据磷脂分子可在水相中形成稳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。定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。2.脂质体的脂质体的类型类型。3.脂质体的脂质体的应用应用14可编辑版脂质体的类型 (a)(a)水溶液中的磷脂分子团;水溶液中的磷脂分子团;(b)(b)球形脂质体;球形脂质体;(c)(c)平面脂质体膜;平面脂质
7、体膜;(d(d)用于疾病治疗的脂质体的示意图)用于疾病治疗的脂质体的示意图15可编辑版脂质体的应用脂质体的应用研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质;研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质;脂质体中裹入脂质体中裹入DNADNA可用于基因转移;可用于基因转移;在临床治疗中在临床治疗中,脂质体作为药物或酶等载体脂质体作为药物或酶等载体16可编辑版三、膜蛋白三、膜蛋白1.基本基本类型类型2.内在膜蛋白与膜脂内在膜蛋白与膜脂结合的方式结合的方式3.外外在膜蛋白与膜脂结合的方式在膜蛋白与膜脂结合的方式 4.去垢剂去垢剂(detergent)17可编辑版1.外在外在(外周外周)膜蛋白膜蛋白 (extrinsic/peri
8、pheral;membraneproteins);2.内在(整合)膜蛋白内在(整合)膜蛋白(intrinsic/integralmembraneproteins)。3.脂质锚定蛋白脂质锚定蛋白(lipid-anchoredproteins)基本类型基本类型18可编辑版膜膜蛋蛋白白的的跨跨膜膜结结构构域域与与脂脂双双层层分分子子的的疏疏水水核核心心的的相互作用相互作用。跨跨膜膜结结构构域域两两端端携携带带正正电电荷荷的的氨氨基基酸酸残残基基与与磷磷脂脂分分子子带带负负电电的的极极性性头头形形成成离离子子键键,或或带带负负电电的的氨氨基基酸酸残残基基通通过过CaCa2+2+、MgMg2+2+等等阳
9、阳离离子子与与带带负负电电的的磷磷脂脂极极性性头相互作用。头相互作用。某某些些膜膜蛋蛋白白在在细细胞胞质质基基质质一一侧侧的的半半胱胱氨氨酸酸残残基基上上共共价价结结合合脂脂肪肪酸酸分分子子,插插入入脂脂双双层层之之间间,进进一一步步加加强强膜膜蛋蛋白白与与脂脂双双层层的的结结合合力力,还还有有少少数数蛋蛋白白与与糖糖脂脂共共价价结合。结合。19可编辑版去去垢垢剂剂是是一一端端亲亲水水、另另一一端端疏疏水水的的两两性性小小分子分子,是分离与研究膜蛋白的常用试剂。是分离与研究膜蛋白的常用试剂。离离子子型型去去垢垢剂剂(SDS)(SDS)和和非非离离子子型型去去垢垢剂剂(Triton X-100T
10、riton X-100)SDS:CH SDS:CH3 3-(CH-(CH2 2)1111-OSO-OSO3 3-Na-Na+CH3 CH3 CH3 C C CH CH2 2 C C (O-CH (O-CH2 2-CH-CH2 2)1010-OH-OH CH3 CH320可编辑版五、光脱色恢复技术五、光脱色恢复技术(fluorescence recovery after photobleaching,FRAP)fluorescence recovery after photobleaching,FRAP)fluorescence recovery after photobleaching,FRA
11、P)fluorescence recovery after photobleaching,FRAP)研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一。程序:根据荧光恢复的速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速度。21可编辑版生物膜结构的特征生物膜结构的特征1.膜的膜的流动性流动性:生物膜的基本特征之一:生物膜的基本特征之一,细胞进行生命活动的必要条件。细胞进行生命活动的必要条件。2.膜的膜的不对称性不对称性22可编辑版五、细胞质膜的五、细胞质膜的功能功能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 产物的排除,其中伴随着能量的传递;3.提供细胞识别位点,并完成细胞内
12、外信息跨膜传递;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.质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。23可编辑版六、膜骨架与细胞表面的特化结构六、膜骨架与细胞表面的特化结构1.膜膜骨骨架架:指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构,它参与维持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。2.红细胞红细胞的生物学特性的生物学特性膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。3.红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白及膜骨架24可编辑版红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白及膜骨架红细胞质膜蛋白的红细胞质膜蛋白的SDS-PAGE S
13、DS-PAGE 红细胞膜骨架的结构红细胞膜骨架的结构 25可编辑版一、细胞连接的一、细胞连接的功能分类功能分类1.封闭连接(occluding junctions)紧密连接(tight junction)2.锚定连接(anchoringjunctions)3.通讯连接(communicating junctions)间隙连接(gap junction);神经细胞间的化学突触(chemical synapse);植物细胞中的胞间连丝(plasmodesmata)。26可编辑版锚定连接锚定连接(anchoring junctions)(anchoring junctions)与中间纤维相关的锚定连
14、接:桥粒(desmosome)半桥粒(hemidesm osome);与肌动蛋白纤维相关的锚定连接:粘合带(adhesion belt);粘合斑(focal adhesion)27可编辑版二、二、封闭连接封闭连接1.紧密连接是封闭连接的主要形式,存在于上皮细胞之间2.紧密连接的结构 3.紧密连接的功能形成渗漏屏障,起重要的封闭作用;隔离作用,使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能;支持功能28可编辑版三、锚定连接三、锚定连接1.分分布布:锚锚定定连连接接在在组组织织内内分分布布很很广广泛泛,在在上上皮皮组组织织,心心肌肌和和子子宫宫颈颈等等组织中含量尤为丰富组织中含量尤为丰富2.锚
15、定连接的类型、结构与功能锚定连接的类型、结构与功能3.锚定连接的锚定连接的结构结构组成组成 29可编辑版锚定连接的类型、结构与功能锚定连接的类型、结构与功能与中间纤维相连的锚定连接1.桥桥粒粒:铆接相邻细胞,提供细胞内中间纤维的锚定位点,形成整体网络,起支持和抵抗外界压力与张力的作用。2.半半桥桥粒粒:它通过细胞质膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上。与肌动蛋白纤维相连的锚定连接 1.粘着带粘着带:位于紧密连接下方,相邻细胞间形成一个连续的带状结构。2.粘粘着着斑斑:细胞通过肌动蛋白纤维和整连蛋白与细胞外基质之间的连接方式。30可编辑版锚定连接的结构组成锚定连接的结构组成 通过锚定连接将
16、相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚挺、有序的细胞群体。锚定连接具有两种不同形式:与中间纤维相连的锚定连接主要包括桥粒和半桥粒;与肌动蛋白纤维相连的锚定连接主要包括粘合带与粘合斑。构成锚定连接的蛋白可分成两类:细胞内附着蛋白(attachmentproteins),将特定的细胞骨架成分(中间纤维或微丝)同连接复合体结合在一起(desmoplakin)跨膜连接的糖蛋白,其细胞内的部分与附着蛋白相连,细胞外的部分与相邻细胞的跨膜连接糖蛋白相互作用或与胞外基质相互作用。(desmoglein,desmocollin)31可编辑版 四、通讯连接四、通讯连接 1.间隙连接:分布广泛,几乎所有的
17、动物组织中都存在间隙连接。2.胞间连丝:高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接,完成细胞间的通讯联络。3.神经细胞间的化学突触存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式,它通过释放神经递质来传导神经冲动。32可编辑版间隙连接间隙连接 1.间隙连接结构2.间隙连接的蛋白成分3.间隙连接的功能及其调节机制4.间隙连接的通透性是可以调节的33可编辑版间隙连接结构间隙连接结构 间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为23nm。连接子(connexon)是间隙连接的基本单位。每个连接子由6个connexin分子组成。连接子中心形成一个直径约1.5nm的孔道。连接单位由两个连接子对接构成。34可编辑版间隙连接的蛋白成分间隙
18、连接的蛋白成分 已分离20余种构成连接子的蛋白,属同一蛋白家族,其分子量2660KD不等;连接子蛋白具有4个-螺旋的跨膜区,是该蛋白家族最保守的区域。连接子蛋白的一级结构都比较保守,并有相似的抗原性。不同类型细胞表达不同的连接子蛋白,间隙连接的孔径与调控机制有所不同。35可编辑版间隙连接的功能及其调节机制间隙连接的功能及其调节机制 间隙连接在代谢偶联中的作用间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用 电突触(electronicjunction)快速实现细胞间信号通讯 间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用 36可编辑版间隙连接的间隙连接的通透性通透性是可以调节的是可以调节的 降低胞质中的p
19、H值和提高自由Ca2+的浓度都可以使其通透性降低间隙连接的通透性受两侧电压梯度的调控及细胞外化学信号的调控37可编辑版胞间连丝胞间连丝结构 相邻细胞质膜共同构成的直径20-40nm的管状结构胞间连丝的功能实现细胞间由信号介导的物质有择性的转运;实现细胞间的电传导;在发育过程中,胞间连丝结构的改变可以调节植物细胞间的物质运输。38可编辑版五、细胞表面的粘连分子 同种类型细胞间的彼此粘连是许多组织结构的基本特征。细胞与细胞间的粘连是由特定的细胞粘着因子所介导的。粘着因子的特征与类型 粘着因子均为整合膜蛋白,在胞内与细胞骨架成分相连;多数要依赖Ca2+或Mg2+才起作用。粘着因子类型及细胞间粘着方式
20、类型粘着方式39可编辑版类型类型 钙粘素钙粘素(Cadherins)选择素选择素(Selectin)免疫球蛋白超家族的免疫球蛋白超家族的CAM(Ig-Superfamily,IgSF)整合素整合素(Integrins)质膜整合蛋白聚糖质膜整合蛋白聚糖也介导细胞间的粘着。40可编辑版细胞(质)膜(plasmamembrane):是指包围在细胞表面的一层极薄的膜(图3-1),基本作用是保持细胞内微环境的相对稳定,并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。另外,细胞质膜在细胞的生存、生长、分裂、分化中起重要作用。细胞内膜(cytoplasmicmembrane):存在于细胞质中各膜结合细胞器中的
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