细胞膜 Cell Membrane

1. 细胞膜Cell Membrane

4. 细胞的发现 第一节 概述 • 第一个发现细胞的是英国学者胡克(Rorbert Hooke)，相隔170多年后，德国植物学家施来登(Mathias Schleiden)和动物学家施旺(Theodor Schwann)创立了细胞学说。 细胞学说的创立大大推进了人类对生命自然界的认识， 有力地促进了生命科学的进步。恩格斯对细胞学说给予极高的评价，把它与进化论和能量守恒定律并列为19世纪的三大发明。

5. 细胞 cell • 除了病毒、类病毒等是非细胞的生命体以外， 其它生命有机体的结构和功能单位都是细胞。细菌、酵母等微生物是以单细胞的形式存在，而高等动、植物则是由多细胞构成的，如人大约有3×1013个细胞，这些细胞组成不同的组织和器官。

6. 细胞的基本功能 • 无论何种来源的细胞，都具有基本相似的功能: 细胞能够进行自我增殖和遗传 细胞都能进行新陈代谢 细胞都具有运动性 细胞都具有遗传物质和遗传体系

7. 细胞结构上的相似性---细胞都具有选择透性的膜结构细胞结构上的相似性---细胞都具有选择透性的膜结构 细胞膜：是指围绕在细胞最外层，由脂质和蛋白质组成的一层薄膜，又称质膜。膜(membrane)是细胞的重要结构， 包括细胞质膜(plasma membrane)、内膜(internal membrane)， 习惯上把细胞所有膜结构统称为生物膜(biomembrane） 1.细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，在质膜外表面常有糖类附着，形成糖脂或糖蛋白。 2.质膜主要功能：跨膜物质转运，信息传递 （1）使细胞功能区室化 （2）使细胞的多种结构协同工作 （3）参与完成物质的跨膜转运 （4）协助细胞内外的信息交流 （5）参与细胞间的相互作用

8. 细胞膜的结构模型 • 片层结构模型(Lamella structure model) 1935年James Daniellie和Hugh Davson提出"双分子片层"结构模型，该模型是第一次用分子术语描述的结构，并将膜结构同所观察到的生物学理化性质联系起来，对后来的研究有很大的启发。

9. 细胞膜的结构模型 单位膜模型(unit membrane model) 1959年，J.D.Robertson利用电子显微镜技术对各种膜结构进行了详细研究，在电子显微镜下发现细胞膜是类似铁轨结构(“railroad track”)，两条暗线被一条明亮的带隔开，显示暗-明-暗的三层，总厚度为7.5nm，中间层为3.5nm，内外两层各为2nm。并推测:暗层是蛋白质，透明层是脂，并建议将这种结构称为单位膜。

10. 细胞膜的结构模型 1972年Singer和Nicolson总结了当时有关膜结构模型及各种研究的新成就，提出了流动镶嵌模型。 生物膜是嵌有球形蛋白质的脂类二维排列的液态体，它是一种动态的、不对称的具有流动性的结构。 这一模型强调了膜的流动性和不对称性，较好地体现细胞的功能特点，被广泛接受，也得到许多实验的支持。 流动镶嵌模型(fluid mosaic model)

11. 第二节 膜的化学组成与分子结构 • 具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子在水相中具有自发形成封闭的膜系统的性质，尾部相对形成疏水端，头部向外形成亲水端。 细胞膜的化学组成：脂类、蛋白质和糖类

12. 一、膜脂构成生物膜的基本骨架 (一) 膜脂（membrane lipid ）：磷脂、胆固醇和糖脂 磷脂：约占膜脂的50%以上，包括甘油磷脂和鞘磷脂。 特征：具有一个极性头部和两个非极性的尾(脂肪酸 链)；脂肪酸碳链为偶数；除饱和脂肪酸根外 还有不饱和脂肪酸

13. 磷脂酰胆碱模式图

14. 哺乳类动物细胞膜中四种主要的磷脂

15. 胆固醇 胆固醇分子的作用： 调节膜的流动性 加强膜的稳定性 胆固醇在脂双层中的位置

16. 糖脂：约占膜脂的5%以下，不同细胞所含糖脂种类 不同，目前已发现40余种。 糖脂位于细胞外表面，参与细胞识别和信号转导。

17. 二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合 膜蛋白功能： 运输蛋白：转运特定的分子或离子 催化代谢反应的酶 连接蛋白：连接细胞的骨架和细胞外基质成分 受体蛋白：信号转导

18. 二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合 膜周蛋白或外在蛋白 Peripheral membrane protein /extrinsic protein 跨膜蛋白或整合蛋白 Transmembrane protein /integral protein 脂锚定蛋白 lipid-anchored protein

20. 膜糖类覆盖细胞质膜表面 • 糖蛋白：低聚糖或多聚糖共价结合于膜蛋白 • 糖脂：低聚糖链共价结合于脂类 动物细胞膜中常见的七种糖类

21. 糖与多肽连接的两种方式： O-连接，连接于羟基 N-连接，连接于氨基 稳定糖蛋白的结构，有助于蛋白质在细胞膜上的定位和固定；参与细胞识别、粘着和迁移。

22. 三、不对称性和流动性是膜的主要特性 膜的不对称性 (membrane asymmetry) 是指细胞质膜脂双层中各种成分不是均匀分布的， 包括种类和数量的不均匀。 膜脂的不对称性 膜脂的不对称性表现在脂双层中分布的各类脂的比例不同，各种细胞的膜脂不对称性差异很大。

23. 膜的不对称性 • 膜蛋白的不对称 • 膜糖的不对称 磷脂与糖脂分布的不对称性

24. 膜的不对称性的意义 • 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，保证了生命活动的高度有序性。

25. 膜的流动性 (membrane fluidity) • 膜的流动性是指构成膜的脂和蛋白质分子的运动性。膜的流动性不仅是膜的基本特性之一， 也是细胞进行生命活动的必要条件。

26. 膜脂的运动方式 脂的流动是造成膜流动性的主要因素，概括起来，膜脂的运动方式主要有四种。 • 侧向扩散(lateral diffusion)； • 旋转运动(rotation)； • 弯曲运动（flexion ）； • 翻转扩散(transverse diffusion)， 又称为翻转(flip-flop)。

27. 膜脂的几种主要流动方式

28. 膜的流动性membrane fluidity 膜蛋白的运动 • 由于膜蛋白的相对分子质量较大，同时受到细胞骨架的影响，它不可能象膜脂那样运动。包括侧向扩散和旋转运动。 人-鼠细胞融合实验

29. 膜流动性的生理意义 • 细胞质膜适宜的流动性是生物膜正常功能的必要条件。 • 酶活性与流动性有极大的关系，流动性大活性高。 • 如果没有膜的流动性，细胞外的营养物质无法进入，细胞内合成的胞外物质及细胞废物也不能运到细胞外，这样细胞就要停止新陈代谢而死亡。

30. 膜流动性的生理意义 • 膜流动性与信息传递有着极大的关系。 • 如果没有流动性，能量转换是不可能的。 • 膜的流动性与发育和衰老过程都有相当大的关系。

31. 第三节 小分子物质的跨膜运输 • 细胞质膜不仅仅作为物质出入细胞的障碍，还要具有控制分子和离子通过的能力。 • 换句话说，细胞质膜必须具有选择性地进行物质跨膜运输、调节细胞内外物质和离子的平衡及渗透压平衡的能力。 物质的跨膜运输

32. 膜运输机制:被动运输与主动运输 • 有三个主要的差异: 起始条件不同、运输方式不同、产生的结果不同。

33. 膜运输蛋白(membrane transport protein) 无论是被动转运还是主动转运， 都有膜蛋白的参与， 这些蛋白被称为膜运输蛋白。包括：载体蛋白和通道蛋白。 载体蛋白可介导易化扩散和主动运输。

34. 第四节 大分子与颗粒物质的囊泡运输 • 囊泡运输（vesicular transport ）：大分子和颗粒物质如蛋白质、多核苷酸、多糖等不能穿过细胞膜，进出细胞的转运过程是由膜包围，形成囊泡，与膜融合或断裂来完成。 • 胞吞作用（endocytosis ）:细胞摄入大分子或颗粒性物质的过程。 • 胞吐作用（exocytosis ）:细胞排出大分子或颗粒性物质的过程。

35. 一、胞吞是物质入胞作用方式 • 根据胞吞物质的大小和入胞机制的不同，分类：吞噬作用，吞饮作用，受体介导的内吞作用。 (一)吞噬作用 是特化的吞噬细胞摄入大的颗粒物质。直径>250nm

36. (二)吞饮作用 是细胞吞入液体和极小的颗粒物质。直径<150nm , 如 小肠上皮摄入蛋白质，氨基酸的过程

37. （三）受体介导的胞吞作用提高摄取特 定物质的效率

39. 二、胞吐是物质出胞作用方式 组成型分泌途径（constitutive pathway of secretion ）: 调节型分泌途径（ regulated pathway of secretion ）