一、细胞膜和细胞表面n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)n细胞表面一层糖类结构，厚1020nm, 边界不清n用重金属染料（如钌红）染色，电镜下可显示n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”n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n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)n1972， S.J. Singer and G.L. Nicolsonn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。n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n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n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n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：大分子和颗粒物质两种穿膜运输：离子和小分子（一）、膜泡运输n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n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n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；胞饮小泡进入细胞内部。内吞作用：胞饮作用n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：含有糖基鞘磷脂、鞘磷脂、胆固醇、Ca2+-ATP酶和糖基磷脂、酰肌醇等小泡的功能：尚不完全清楚，根据现有研究资料可能有下述功能钙运输信号转导内吞作用：穿胞运输3.穿胞运输机体内物质运输的一种重要方式 穿胞运输：内吞小泡穿过细胞质，再由质膜其他部位将内含物外排出去，构成吞排作用的质膜循环动物组织：有的细胞介于两个解剖分区的交接处， 细胞具有极性，通过内吞和外排相偶联，把一侧 形成的胞饮小泡穿越细胞质，在细胞的另一侧使 小泡中的物质释放出去。内吞作用：穿胞运输大鼠：母鼠向仔鼠提供抗体的过程 实验：母鼠血液中抗体经穿胞运输进入乳汁乳汁进入仔鼠消化道肠腔酸性环境中，乳汁中的抗体与肠上皮细胞顶端质膜上的受体结合成复合物，形成胞饮小泡，小泡与内体融合后，抗体-受体复合物保持不变，以出芽的方式离开早期内体，形成运输小泡 ， 运输小泡同细胞另一侧的质膜融合，抗体-受体复合物暴露到细胞外环境中，细胞外液体的pH值为中性，抗体与受体解离，进入仔鼠血液中发挥作用内吞作用：穿胞运输人体：母体的抗体以穿胞运输的方式从血液进入乳 汁但：乳汁进入婴儿消化道后，抗体不再进入血液。肝细胞：从血窦中吸收免疫球蛋白A(IgA)，通过穿胞运输输送到胆微管内吞作用：受体介导内吞质膜上的受体参与了细胞内吞过程。受体：可与细胞外专一信号分子(配体)结合， 并引起细胞发生反应的质膜蛋白。受体介导内吞(receptor-mediated endocytosis) ：有受体参与的、从胞外吸收专一性的大分子和颗粒物质的过程。受体介导内吞：衣被小泡的形成内吞第一步：细胞外液体大分子同受体结合，形成配体-受体复合 物受体类型：25种以上；有的只有同配体结合后才能向衣被小窝处集 中衣被小窝：质膜向内凹陷的部位凹陷处的质膜内表面附着有一层成笼蛋白有筛选受体蛋白的功能受体介导内吞：衣被小泡的形成受体结合配体后：受体分子变成了适合同衣被小窝结合的构型衣被小窝进一步内陷，掐断后形成衣被小泡：配体物质包在泡内成笼蛋白在小泡的外面装配成类似笼子的结构受体介导内吞：成笼蛋白分子构型：特殊，三足鼎立(三脚架)状，具有3条腿，故称三腿子三腿子：3条大肽链和3条小肽链构成的复合物 衣被小窝处：三腿子连接成网架，网架由六角形和五角形网格组成 三腿子分子网架具有自我装配的能力 质膜内陷：可能由成笼蛋白牵引所致 衣被小泡一旦形成，成笼蛋白衣被随即脱去，分子返回到质膜下方，重又参与形成新的衣被小 泡受体介导内吞：衔接蛋白的作用衣被小泡的衣被：成笼蛋白衔接蛋白(adaptin) 衔接蛋白：参与衣被的形成，与成笼蛋白相同介于成笼蛋白与配体受体复合物之间，起连接作 用 种类：多种，分别结合不同类型的受体 衔接蛋白识别：跨膜受体蛋白的细胞质端一个由4个氨基酸残基组 成的序列，此序列是发生内吞作用的信号受体介导内吞：胆固醇的吸收胆固醇：构成膜的一种脂类成分血液中胆固醇与蛋白质结合成低密脂蛋白：芯部胆固醇分子被酯化成长链脂肪酸周围由一脂单层包围这些脂分子被一个蛋白质分子组织成LDL颗粒蛋白质分子同时为LDL颗粒与LDL受体的结合提供结合位 点膜合成需要胆固醇时：细胞合成LDL跨膜受体蛋白，嵌插到膜中，向衣被小窝集中细胞对胆固醇利用具有调节能力：细胞中胆固醇积累过多时， 细胞即停止合成自身胆固醇，同时关闭合成LDL受体蛋白的 合成途径，暂停吸收外来胆固醇受体介导内吞：胆固醇的吸收LDL颗粒与受体结合：随衣被小窝内陷，衣被小窝从质膜上掐下来，形成 衣被小泡；衣被小泡随即脱掉成笼蛋白衣被，成为平滑小泡； 小泡同早期内体融合，经晚期内体将LDL送人溶酶 体；溶酶体中，LDL颗粒中的胆固醇酯被水解成游 离的胆固醇被利用。遗传缺陷：LDL受体蛋白编码基因有缺陷，血液中胆固醇含量过高，患动脉粥样硬化症，易患冠心病胞吐作用与胞吞作用相反的过程 细胞质中的小泡同质膜融合把所含的物质运送到细胞外真核细胞的分泌活动几乎都以胞吐形式进行（二）、离子和小分子的穿膜运输物质穿膜的特点：物质穿膜的性能称为通透性。其大小与物质的性质和大小有关 影响通透性高低的因素：(1)脂溶性越大的分子越容易穿膜(2)小分子比大分子容易穿膜(3)不带电荷的分子容易穿膜(4)亲水性分子和离子穿膜依赖于专一性的跨膜蛋 白 (5)细胞生理状态和环境条