细胞质膜与细胞连接.pptx
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1、本章要点本章要点l 生物膜的结构生物膜的结构模型模型l 生物膜的生物膜的组成组成l 生物膜的生物膜的特点特点与与功能功能l 膜骨架(血红细胞)膜骨架(血红细胞)l 细胞连接细胞连接基本概念:基本概念:细胞膜细胞膜(cell membrane)(cell membrane):又称细胞质膜又称细胞质膜,是指围,是指围绕在细胞最外层的、一薄层由绕在细胞最外层的、一薄层由脂质和蛋白质脂质和蛋白质组成的组成的膜。质膜使细胞具有相对稳定的内环境,并参与细膜。质膜使细胞具有相对稳定的内环境,并参与细胞之间的物质交换、信息和能量传递等过程。胞之间的物质交换、信息和能量传递等过程。生物膜(生物膜(biomemb
2、ranebiomembrane):真核细胞的生物膜包括:真核细胞的生物膜包括细胞膜细胞膜和细胞内的和细胞内的膜系统膜系统(细胞器膜和双层核被膜(细胞器膜和双层核被膜)。真核生物的生物膜真核生物的生物膜结构相似,功能各异结构相似,功能各异。一、生物膜的结构模型一、生物膜的结构模型 E.Overton E.Overton 18951895年,通过实验证实:年,通过实验证实:脂脂溶性溶性的物质能通过细胞膜,的物质能通过细胞膜,而水溶性的物质不能而水溶性的物质不能。推测细胞膜由连续的脂类物推测细胞膜由连续的脂类物质组成。质组成。E.Gorter&F.Grendel 1925E.Gorter&F.Gre
3、ndel 1925年通过实年通过实 验推测验推测细胞膜由双层脂分子组成细胞膜由双层脂分子组成;J.Danielli&H.Davson 1935 J.Danielli&H.Davson 1935 提出了提出了”蛋蛋 白质白质-脂类脂类-蛋白质蛋白质”的三明治模型的三明治模型。认为质。认为质膜膜 由双层脂类分子及其由双层脂类分子及其内外表面附着的蛋白质内外表面附着的蛋白质 构成的。构成的。1.“三明治式”的质膜结构模型 J.D.Robertson1959J.D.Robertson1959年用年用超薄切片技术超薄切片技术获得了清晰获得了清晰的细胞膜照片,显示的细胞膜照片,显示暗暗-明明-暗暗三层结构
4、,厚约三层结构,厚约7.57.5nmnm。这就是所谓的这就是所谓的“单位膜单位膜”模型模型。它由厚约。它由厚约3.53.5nmnm的双层的双层脂分子脂分子和内外表面各厚约和内外表面各厚约2 2nmnm的蛋白质的蛋白质构成。构成。2.“单位膜”模型 S.J.Singer&G.Nicolson 1972S.J.Singer&G.Nicolson 1972年根据年根据免疫荧免疫荧光标记技术光标记技术、冰冻蚀刻技术冰冻蚀刻技术的研究结果,在的研究结果,在”单位膜单位膜”模型的基础上提出模型的基础上提出“流动镶嵌模型流动镶嵌模型”。3.流动镶嵌模型 Simon,1988Simon,1988年提出,在以甘
5、油磷脂为主体的生物年提出,在以甘油磷脂为主体的生物膜上,胆固醇、鞘磷脂等能形成漂浮在脂双层中膜上,胆固醇、鞘磷脂等能形成漂浮在脂双层中的的“脂筏脂筏”,载着能执行特定生物学功能的载着能执行特定生物学功能的膜蛋膜蛋白白。推测一个。推测一个100nm100nm的脂筏可载有的脂筏可载有600600个蛋白质分个蛋白质分子。子。4.脂筏模型 1.1.脂分子双层结构脂分子双层结构是组成膜是组成膜 的基本结构成分,疏水的的基本结构成分,疏水的 非极性尾部相对,极性的头部对着水相。非极性尾部相对,极性的头部对着水相。2.2.蛋白质蛋白质以不同的方式镶嵌在脂双层中,或结合以不同的方式镶嵌在脂双层中,或结合 在其
6、表面。在其表面。3 3.膜蛋白和膜质的运动膜蛋白和膜质的运动在一定程度上受到限制。在一定程度上受到限制。生物膜结构要点:二、生物膜的组成对对红细胞膜红细胞膜的分析结果表明:的分析结果表明:脂脂 类:类:5050蛋白质:蛋白质:4040糖糖 类:类:2-102-10少量的水、无机盐:少量的水、无机盐:0-80-8(一)膜脂(一)膜脂生物膜的基本组分,约占膜的生物膜的基本组分,约占膜的50%;50%;主要有主要有3 3类:类:磷脂、糖脂、胆固醇磷脂、糖脂、胆固醇1.磷脂膜脂的基本成分(膜脂总量的膜脂的基本成分(膜脂总量的5050以上)。以上)。动植物细胞动植物细胞膜上都有磷脂。膜上都有磷脂。主要类
7、型:主要类型:甘油磷脂甘油磷脂和和鞘磷脂鞘磷脂,甘油磷脂甘油磷脂又包括卵磷脂、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇又包括卵磷脂、磷脂酰肌醇、磷脂酰乙醇胺等。胺等。磷脂分子结构特点磷脂分子结构特点:a.a.一般有一个一般有一个极性头极性头(磷酸和碱基)和两(磷酸和碱基)和两 个或四个个或四个非极性的尾部非极性的尾部(脂肪酸链);(脂肪酸链);b.b.脂肪酸碳链为偶数脂肪酸碳链为偶数;c.c.含有饱和脂肪酸和含有饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸。不饱和脂肪酸。磷脂的结构极性亲水极性亲水的头部的头部非极性非极性疏水尾部疏水尾部磷磷脂脂分分子子结结构构模模式式图图a 为磷脂酰乙醇胺的分子结构为磷脂酰乙醇胺的分子结构b为立体
8、结构为立体结构2.糖脂 普遍存在于原核和真核细胞的质膜上(含普遍存在于原核和真核细胞的质膜上(含 量量5%5%以下);以下);神经细胞:神经细胞:糖脂含量相对较高。糖脂含量相对较高。最简单的糖脂:半乳糖脑苷脂类。最简单的糖脂:半乳糖脑苷脂类。1.半乳糖脑苷脂,半乳糖脑苷脂,2.GM1神经节苷脂,神经节苷脂,3.唾液酸唾液酸 3.固醇 含量较少,不超过膜脂含量的1/3;动物细胞膜动物细胞膜中含固醇主要为中含固醇主要为胆固醇;胆固醇;植物与细菌植物与细菌的膜脂中主要成分为的膜脂中主要成分为豆固醇豆固醇与麦固醇。与麦固醇。胆固醇的分子结构胆固醇的分子结构羟基组成的极性头部羟基组成的极性头部非极性的类
9、固醇环非极性的类固醇环非极性的碳氢尾部非极性的碳氢尾部胆胆固固醇醇在在脂脂双双层层中中的的位位置置亲水头部朝向膜的外侧,亲水头部朝向膜的外侧,疏水的尾部埋在脂双层的中央。疏水的尾部埋在脂双层的中央。4.脂质体(liposome)脂质体是根据脂质体是根据磷脂磷脂分子在水相中形成分子在水相中形成稳定的脂双层膜的稳定的脂双层膜的趋势而制备的一种趋势而制备的一种人工膜人工膜。类型:球形结构与平面结构的脂质体两种。类型:球形结构与平面结构的脂质体两种。作用:脂质体可用于细胞膜的研究、基因作用:脂质体可用于细胞膜的研究、基因转移、疾病的诊断及治疗。转移、疾病的诊断及治疗。(二二)膜蛋白膜蛋白 约占膜总含量
10、的约占膜总含量的4040-50-50;种类繁多种类繁多,约有,约有5050余种;余种;膜功能的主要体现者膜功能的主要体现者。核基因组编码的蛋核基因组编码的蛋白质中白质中30%30%左右的为膜蛋白。左右的为膜蛋白。类型:包括类型:包括3 3类类 膜蛋白膜蛋白 内在膜蛋白(整合膜蛋白)内在膜蛋白(整合膜蛋白)外周膜蛋白(膜周边蛋白)外周膜蛋白(膜周边蛋白)脂锚定蛋白脂锚定蛋白膜蛋白与与膜脂的结合方式膜蛋白与与膜脂的结合方式1.1.外周膜蛋白:外周膜蛋白:完全位于脂分子双层结构之外完全位于脂分子双层结构之外;多多为为水水溶溶性性蛋蛋白白,通通过过非非共共价价键键(离离子子键键或或较较弱弱的的键键)与
11、与脂分子的极性头部,或整合蛋白亲水区的一侧相连脂分子的极性头部,或整合蛋白亲水区的一侧相连;易易从从膜膜上上分分离离:通通过过改改变变溶溶液液的的离离子子强强度度或或提提高高温温度度就就可可以从膜上分离下来。以从膜上分离下来。2 2.脂脂锚定蛋白:锚定蛋白:位于脂双层的外侧位于脂双层的外侧,通过,通过共价键共价键的方式与脂分子的方式与脂分子(脂肪酸脂肪酸或或糖脂糖脂)结合,锚定在细胞质膜上。)结合,锚定在细胞质膜上。3 3.整合膜蛋白整合膜蛋白占整个膜蛋白的占整个膜蛋白的70-80%70-80%;整合膜蛋白含整合膜蛋白含疏水疏水(含量高含量高)性性和亲水性氨基酸。和亲水性氨基酸。跨膜蛋白可跨膜
12、多次,一般含跨膜蛋白可跨膜多次,一般含螺旋螺旋或或折叠折叠,形成分子,形成分子或离子的或离子的跨膜通道跨膜通道。与膜结合比较紧密,不易于分离:用与膜结合比较紧密,不易于分离:用去垢剂去垢剂处理使膜崩解处理使膜崩解后才能从膜上分离出来。后才能从膜上分离出来。内在膜蛋白与膜结合的主要方式:内在膜蛋白与膜结合的主要方式:跨膜结构域跨膜结构域与脂双层的与脂双层的疏水核心疏水核心的相互作用的相互作用 跨膜结构域两端跨膜结构域两端与与磷脂极性头部磷脂极性头部的相互作用的相互作用 半胱氨酸半胱氨酸残基与残基与脂肪酸脂肪酸的共价结合的共价结合 少数蛋白质少数蛋白质与与糖脂糖脂的共价结合的共价结合分离内在膜蛋白
13、的两种去垢剂:分离内在膜蛋白的两种去垢剂:去垢剂是去垢剂是一端具有亲水性,一端具有疏水性一端具有亲水性,一端具有疏水性的两性小分子的两性小分子,是分离与研究整合膜蛋白的是分离与研究整合膜蛋白的常用试剂。常用试剂。去垢剂去垢剂分两种类型:分两种类型:离子型离子型去垢剂(十二烷基磺酸钠去垢剂(十二烷基磺酸钠 ,SDSSDS)非离子型非离子型去垢剂(去垢剂(Triton X-100Triton X-100)十二烷基磺酸钠十二烷基磺酸钠(SDSSDS),它不仅可使细胞膜崩解,它不仅可使细胞膜崩解,并与膜蛋白疏水部分结合使其分离并与膜蛋白疏水部分结合使其分离,而且还可以而且还可以破坏蛋白内部的非共价键破
14、坏蛋白内部的非共价键,使蛋白质发生变性使蛋白质发生变性。非离子去垢剂非离子去垢剂(Triton X-100Triton X-100)对蛋白质作用比对蛋白质作用比较温和较温和,它可以使膜脂溶解,又不会使蛋白质变性。它可以使膜脂溶解,又不会使蛋白质变性。它不仅用于膜蛋白的分离与纯化它不仅用于膜蛋白的分离与纯化,也用于除去细胞也用于除去细胞的膜系统的膜系统,以便对以便对细胞骨架蛋白细胞骨架蛋白和其它蛋白进行研和其它蛋白进行研究。究。4.4.膜蛋白的功能膜蛋白的功能运输蛋白运输蛋白:运转特殊的分子或离子进入细胞;:运转特殊的分子或离子进入细胞;连接蛋白连接蛋白:起连接作用;:起连接作用;受体蛋白受体蛋
15、白:起信号接受与转导作用;:起信号接受与转导作用;酶酶:催化与酶相关的代谢反应。:催化与酶相关的代谢反应。三、生物膜的特点1.1.膜脂的流动性膜脂的流动性 膜的流动性 膜的不对称性(一)膜的流动性 膜脂分子的运动方式:膜脂分子的运动方式:1 侧向运动侧向运动 2 自旋运动自旋运动 3 尾部的摆动运动尾部的摆动运动 4 跳跃运动跳跃运动5 翻转运动翻转运动 6 旋转异构化运动旋转异构化运动磷脂转运蛋白磷脂转运蛋白(翻转酶)(翻转酶)温度:温度:温度降低,生物膜的流动性减小,反之增大温度降低,生物膜的流动性减小,反之增大脂肪酸链的长度:脂肪酸链的长度:脂肪酸碳链越短,流动性越大。脂肪酸碳链越短,流
16、动性越大。脂肪酸链的饱和度脂肪酸链的饱和度:脂肪酸不饱和程度越高,膜的流:脂肪酸不饱和程度越高,膜的流动性越大。动性越大。卵磷脂卵磷脂/鞘磷脂鞘磷脂:比值越大,膜的流动性越高。:比值越大,膜的流动性越高。胆固醇对膜流动性的双重调节作用。胆固醇对膜流动性的双重调节作用。影响膜脂流动性的因素:影响膜脂流动性的因素:2.2.膜蛋白的流动性膜蛋白的流动性 膜蛋白的运动方式膜蛋白的运动方式随机移动随机移动定向移动定向移动局部移动局部移动 证明膜蛋白流动的实验证明膜蛋白流动的实验 荧光抗体免疫标记实验荧光抗体免疫标记实验 免疫荧光技术:就是将免疫荧光技术:就是将免疫学方法免疫学方法(抗原(抗原-抗体特异结
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