细胞生物学-2细胞膜.ppt
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1、一、细胞膜和细胞表面,细胞膜(cell membrane) 包围在细胞外周的一层薄膜, 又称质膜、单位膜 质膜:厚710nm 高倍电镜下: “两暗一明”三夹板式结构,细胞表面,结构:复合结构体系 主体结构细胞膜 细胞外被 胞质溶胶 功能:提供稳定内环境 参与物质转运、 信号传递、 细胞识别等,细胞膜的化学组成,脂类、蛋白质、糖类 脂类约50%,蛋白质4050%,糖类110% 1.膜脂 主要:磷脂、胆固醇和糖脂;磷脂最多 兼性分子:一个亲水的极性头和 一个疏水的非极性尾 水溶液中:自发形成脂双分子层 疏水尾相对、极性头朝外,连续的 脂双分子层组成生物膜的基本骨架,2. 膜蛋白,膜蛋白:生物膜中的
2、蛋白质 主要:球状蛋白 分:外周蛋白和内在蛋白 外周(在)蛋白:占2030%;主要膜内表面; 水溶性;通过非共价键与膜脂或内在蛋白相连 镶嵌(内在)蛋白:7080%;有的部分嵌入膜, 有的贯穿全膜,两端暴露膜内外表面,跨膜蛋白 膜蛋白:细胞膜功能的主要承担者, 功能活动旺盛膜蛋白质含量高 如:运输、酶、受体等,3. 膜糖类,所有真核细胞表面均有糖类, 占210% 大多是低聚糖 主要分布细胞膜外表面 多与蛋白质或脂类分子结合 千变万化担任重要功能,细胞外被 (cell coat)/糖萼(glycocalyx),细胞表面一层糖类结构,厚1020nm, 边界不清 用重金属染料(如钌红)染色,电镜下可
3、显示 细胞外被具一定独立性 去掉细胞外被,不会直接损伤质膜 质膜和细胞外被的关系像“皮”和“毛” 细胞外被由质膜糖蛋白和糖脂伸出的寡糖链组成 糖脂含量很少,不超过膜脂总量的5% 实质是质膜的一部分 寡糖链含有9种糖基 质膜许多重要生理功能和细胞外被有关,质膜模型:单位膜模型,1. 50年代末期,伦敦大学,JDRobertson 电镜观察:动物、植物和微生物的 细胞膜和细胞内各种膜, 所有膜都呈三层式结构: 两侧为暗线,中央夹着一条明线; 暗线厚约2nm,明线约3.5nm, 膜的总厚度约为7.5nm,质膜模型:单位膜模型,2. 根据在电镜下观察到的结果, 以及质膜的一些功能指标, 提出:单位膜模
4、型(unit membrane model) Unit membrane model: 膜中央为脂双层分子,在电镜下显示为明线; 膜两侧为展开的蛋白质分子层, 在电镜下显示为暗线, 展开的蛋白质分子层厚度恰为2nm,质膜模型:单位膜模型,3. 后来实验证明: 人工制作的脂双分子层:不附着蛋白质,在电镜 下也呈现为暗明暗三层式结构 说明:细胞膜两侧在电镜下所显示出的暗线 是蛋白质和脂类分子亲水端 经锇酸染色后的反映 单位膜优点: 正确说明了一层单位膜在电镜下的三层式结构,膜的流动镶嵌模型(fluid mosaic model),1972, S.J. Singer and G.L. Nicolso
5、n 中心思想: 构成膜的蛋白质和脂类分子具有镶嵌关系, 膜结构处于流动变化中。 脂类分子: 双分子层排列,膜的网架和基质,蛋白质镶嵌其中 双性分子:亲水头、疏水尾;头朝水相,尾藏膜内部 双分子层内外不对称,膜的流动镶嵌模型,蛋白质: 嵌插在脂双层网架中,或黏附在脂双层的表面 根据在膜上存在部位不同,膜蛋白分为两类: 整合蛋白:以不同深度嵌插在脂双层中 膜周边蛋白:附着于膜的表层 流动镶嵌模型能够真实地说明膜的结构和属性 被学术界所普遍接受 成为深入研究生物膜公认的依据,膜蛋白,整合蛋白: 均为双性分子 非极性区插在脂双层分子之间 极性区则朝向膜的表面, 通过很强的疏水或亲水作用力同膜脂牢固结合
6、 一般不易分离开,采用破坏膜结构或使用去垢剂 例如,质膜中的Na+K+ -ATP酶是典型的整合蛋白,膜蛋白,周边蛋白: 与膜的结合比较疏松 不需破坏膜结构,用温和的方法可分离 例:人的红细胞内表面有一种蛋白血影蛋白 无论是整合蛋白还是周边蛋白,至少有一端露出膜表面,没有完全埋在膜内部的蛋白质分子 用冰冻蚀刻法可显示蛋白质颗粒在脂双层的分布状况,膜的特征,(1)镶嵌性:由脂双分子层镶嵌以蛋白质 (2)流动性:蛋白质分子和脂类分子不断地发生变化 (3)不对称性:膜两侧的分子性质和结构不同。 (4)蛋白质极性:整合蛋白多肽链极性区露出膜表面, 非极性区则埋在脂双层的内部, 故:蛋白质分子既与水溶性分
7、子结合, 也可与脂溶性分子亲和。,膜的不对称性,影响因素:膜成分脂肪酸、胆固醇、蛋白等 温度、pH、离子强度等 实验证据 细胞融合实验 淋巴细胞的成斑和成帽反应 凝集素的凝集作用,膜的流动性,晶格镶嵌模型和板块镶嵌模型,补充:膜流动性的分子基础 比较合理地说明:生物膜既具有流动性 又具有相对完整性及稳定性 类脂中有:晶态(有序板块) 液态(无序板块) 流动是局部的,二、质膜与物质运输,活细胞:开放性结构体系 进行各种生命活动 必然要同环境发生物质交换 质膜:细胞与环境相互作用的前沿结构 是细胞的一堵“墙”,更重要的是细胞的“大门” 物质经过质膜进出细胞的运输方式: 膜泡运输:大分子和颗粒物质
8、两种 穿膜运输:离子和小分子,(一)、膜泡运输,大分子和颗粒物质较大量的进出细胞 批量运输 特点:物质进出细胞的运转过程都由膜包围 在细胞质内形成小膜泡 内吞作用(endocytosis)或胞吞: 质膜内陷,包围细胞外物质, 形成小泡后,脱离质膜进入细胞内 外排作用(exocytosis)或胞吐: 细胞质中的小泡同质膜融合, 把所含的物质运送到细胞外,内吞作用:吞噬作用,内吞作用分三类:吞噬作用、胞饮作用、穿胞运输 1吞噬作用(phagocytosis) 定义:细胞内吞较大的固体颗粒物质,如细菌等 原生动物:广泛存在,掠取营养物质维持生存重要方式 后生动物:主要作用是吞噬异物,进行防卫 异物在
9、细胞内被消化后,有的成分可作为养料 哺乳动物:中性颗粒白细胞和巨噬细胞具极强吞噬能力 巨噬细胞:体内各种组织 吞噬过程:细胞伸出伪足包围颗粒物质,将其吞入细胞内, 形成有膜包围的吞噬体,2胞饮作用(pinocytosis) 定义:吞入液体或极小的颗粒物质 存在:白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、肝巨噬细胞等 触发:细胞周围的某些物质,如蛋白质、氨基酸、 离子等,达到一定浓度时,即引发,内吞作用:胞饮作用,内吞作用:胞饮作用,胞饮过程: 外来物质作为诱导物同质膜上转移受体结合, 或靠静电引力同糖蛋白结合; 在细胞内微丝的作用下, 结合部位质膜向内凹陷,包围这些物质, 形成了胞饮小泡; 胞饮小泡进入细
10、胞内部。,内吞作用:胞饮作用,微胞饮作用(micropinocytosis): 胞饮小泡很小 实质:与胞饮无根本性区别,只是体积很小 主要作用:摄取和转运蛋白质 存在:毛细血管上皮细胞、肝细胞、 神经纤维上的施旺细胞、巨噬细胞、 肌细胞、网状细胞等,内吞作用:胞饮作用,胞饮泡进入细胞后: 首先:同早期内吞体融合 (内吞体是靠近质膜形状不定的细胞内泡, 胞内液体呈酸性) 经过三条途径产生三种不同的归宿: 与溶酶体融合: 质膜和配体-受体复合物被消化降解,内吞作用:胞饮作用,早期内吞体中配体与受体分离: 带有受体的膜泡通过外排又回到原来的细胞表面, 重新补充内吞时损耗的质膜。 内吞和外排形成了一个
11、膜的再循环过程 配体-受体复合物不分解,仍包在小泡内: 在细胞的另一侧,小泡与质膜融合, 配体与受体分离被分泌到细胞外, 这种物质运转过程称为:物质的穿胞运输(transcytosis),内吞作用:陷穴小泡胞饮,陷穴小泡(caveolae)胞饮: 由质膜内陷形成的胞饮泡, 属于有被小泡类, 直径约50-100nm 存在:各类细胞,尤以内皮、平滑肌和成纤维最丰富 形成:小泡形成时,质膜内表面附着有陷穴蛋白 小泡形成后,表面覆被有陷穴蛋白, 成为陷穴蛋白衣被小泡,内吞作用:陷穴小泡胞饮,陷穴蛋白:跨膜蛋白,大小为22kDa, 肽链的C和N末端均在细质溶质中 在小泡表面排列成同心圆状线条 陷穴小泡膜
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