第四章细胞膜和细胞表面复习题

第四章复习题细胞膜细胞膜是由膜脂和膜蛋白构成的。

膜蛋白可分为内在膜蛋白与外在膜蛋白。

脂双分子层构成了膜的基本结构。

各种不同的膜蛋白与膜脂分子的协同作用不仅为细胞生命的活动提供了稳定的内环境，而且还行使着物质转运、信号传递和细胞信号识别等多种复杂的功能。

流动性和不对称行使生物膜的基本特征，也是完成其生理功能的必要保证。

细胞膜的流动性可用光脱色恢复技术来研究。

细胞表面特化结构主要包括膜骨架、鞭毛纤毛、变形足和微绒毛，他们都是细胞膜与膜内的细胞骨架纤维形成的复合结构，分别与维持细胞的形态、细胞的运动以及细胞与环境的物质交换等功能有关。

细胞连接在多细胞有机体中，细胞之间的连接只要有三种类型：（1）以紧密连接为代表的的封闭连接可阻止溶液分子沿细胞间隙进入体内，同时还起到膜蛋白的隔离作用；（2）锚定连接是通过中间纤维（桥粒、板桥粒）或微丝（粘着带、粘着斑）将相邻的细胞或细胞与基质连接在一起，以形成坚挺有序的细胞群体、组织与器官；（3）通讯连接（包括间隙连接和化学突触）则在细胞之间的代谢耦联、信号转导等过程中起重要作用。

高等植物细胞之间通过胞间连丝来进行物质交换与相互联系。

细胞表面的粘附分子是近年来的一个研究热点，细胞间的粘连是由特定的细胞粘着因子钙粘素等介导的，细胞之间的锚定连接也需要钙粘素和征联蛋白等参入，细胞粘着因子都是由细胞膜上内在膜蛋白。

细胞外被与胞外基质细胞外被是指与细胞表面质膜的膜脂或膜蛋白共价结合的糖链形成的胞被，起保护细胞和细胞识别的作用。

胞外机制的基本成分是由胶原蛋白与弹性蛋白组成的蛋白纤维和由糖胺聚糖形成的水合胶体构成的复杂结构体系，层粘连蛋白和纤粘连蛋白具有多个结合位点，在细胞与胞外基质成分相互粘着中起重要作用。

胞外基质不仅提供细胞外的网架赋予组织以抗压和抗张力的机械性能，而且还与细胞的增殖分化和凋亡等重要生命活动有关。

细胞壁可看作是高等植物细胞的胞外基质，主要成分是纤维素、半纤维素、果胶质、伸展蛋白和蛋白聚糖等。

细胞壁不仅起支持与保护作用，而且其中的某些寡糖具有信号分子的作用。

由细胞粘附分子等介导的细胞粘着、细胞连接和细胞与基质间的连接，使多个细胞有序地结合而成为多细胞有机体。

因此，多细胞有机体也是一个高度有序的细胞社会。

基本概念：外在蛋白：也称做膜整合蛋白、膜周边蛋白，该蛋白为水溶性蛋白，他们以静电或离子键等较弱的化学键与膜质或膜蛋白相连，分布在膜的表面，结合不牢固，因此只要改变溶液的离子强度甚至提高温度就可以从膜上分离下来，而膜的结构并不被破坏。

这类蛋白约占膜蛋白的20%~30%。

内在蛋白：又称膜整合蛋白质，他们与膜结合非常紧密，只有用去污剂使膜崩解后才可分离出来。

内在蛋白与膜脂的结合形式多种多样，有的横跨整个膜，称作跨膜蛋白；有的与外在蛋白结合成多酶复合体形式，或与膜脂结合；有的则以疏水部分和亲水部分分别与磷脂的疏水与亲水两部分结合。

内在蛋白约占膜蛋白的70~80%。

膜蛋白都是具有生理功能的活性蛋白，有的与物质运输有关，有的与细胞信号传递有关。

有的具有催化活性（酶）。

脂质体：是根据磷脂分子在水相中的形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜，脂质体可用不同的膜脂来制备，同时还可以嵌入不同的膜蛋白，因此脂质体是研究膜脂与膜蛋白及其生物学性质的极好实验材料。

膜骨架：指细胞膜下与膜蛋白相连的，由纤维蛋白组成的网架结构，他参与维持细胞膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。

成斑现象：专一性抗体或外源凝集素可与细胞表面的膜蛋白抗原或膜表面糖蛋白和糖脂上特异糖残基结合，从而诱导膜蛋白分子或膜蛋白分子或膜表面的糖蛋白和糖脂分子相互交联，使之在细胞表面的分布由均匀逐渐向某一区域集中，变为成簇分布，然后便聚集成斑，这种现象称为成斑现象。

荧光漂白恢复技术：是研究膜蛋白或膜脂流动性的基本技术之一，用荧光素标记膜蛋白或膜脂，然后用激光束照射细胞表面某一区域，使被照射区的荧光淬灭变暗，由于膜的流动性，淬灭区的亮度逐步增加，最后恢复到与周围的荧光强度相等，根据荧光恢复的速度，可推算出膜蛋白或膜脂的扩散速率。

细胞外基质：指分布在细胞外空间，又细胞分泌的蛋白质和多糖所构成的网络结构，包括胶原、氨基聚糖、蛋白聚糖、层粘连蛋白、纤粘连蛋白等。

细胞外被：是由构成质膜的糖蛋白和糖脂向细胞表面伸出的寡糖链所组成，又称为糖萼。

桥粒：相邻动物间的一种连接方式，这种结构在相邻细胞间形成一种纽扣样斑点，质膜间约有30 nm的间隙，在质膜的胞质面有一块厚度约15~20nm的盘状致密斑，中间纤维直接与其相连，相邻两细胞的致密斑由跨膜连接糖蛋白相互咬合连接起来。

糖胺聚糖：是由重复的二糖单位构成的长链多糖，其二糖单位之一是氨基已糖因此成为糖胺聚糖；另一个是糖醛酸。

透明质酸：是一种重要的糖胺聚糖是增殖细胞和迁移细胞外基质的主要成份，一个透明质酸分子通常由多达5000个二糖单位重复排列构成。

蛋白聚糖：是由糖胺聚糖与核心蛋白的丝氨酸残基共价连接形成的巨大分子，其含糖量可达90~95%，一个核心蛋白上可连接数百个不同的糖胺聚糖形成的蛋白聚糖单体，若干个单体借连接蛋白以非共价键与透明质酸结合成多聚体，蛋白聚糖见于結締组织和细胞外基质及许多细胞表面。

层粘连蛋白：是高分子糖蛋白，分子量为820x103Da,由一条重链和两条轻链构成。

分子呈不对称的十字形，由一条长臂和三条短臂构成。

层粘连蛋白是基膜的主要成份，他在胚胎发育及组织分化中也具有重要作用。

脂筏:脂筏（lipid raft）是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域（microdomain）。

大小约70nm左右，是一种动态结构，位于质膜的外小页。

由于鞘磷脂具有较长的饱和脂肪酸链，分子间的作用力较强，所以这些区域结构致密，介于无序液体与液晶之间，称为有序液体（Liquid-ordered）。

在低温下（4℃）这些区域能抵抗非离子去垢剂的抽提，所以又称为抗去垢剂膜（detergent-resistant membranes，DRMs）。

脂筏就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。

从脂筏的角度来看，膜蛋白可以分为三类：①存在于脂筏中的蛋白质；包括糖磷脂酰肌醇锚定蛋白（GPI anchored protein），某些跨膜蛋白，Hedgehog蛋白，双乙酰化蛋白（doubly acylated protein）如：非受体酪氨酸激酶Src、G蛋白的Gα亚基、血管内皮细胞的一氧化氮合酶（NOS）；②存在于脂筏之外无序液相的蛋白质；③介于两者之间的蛋白质，如某些蛋白在没有接受到配体时，对脂筏的亲和力低，当结合配体，发生寡聚化时就会转移到脂筏中。

脂筏中的胆固醇就像胶水一样，它对具有饱和脂肪酸链的鞘磷脂亲和力很高，而对不饱和脂肪酸链的亲和力低，用甲基-β-环糊精（methyl-β-cyclodextrin）去除胆固醇，抗去垢剂的蛋白就变得易于提取。

膜中的鞘磷脂主要位于外小页，而且大部分都参与形成脂筏。

据估计脂筏的面积可能占膜表面积的一半以上。

脂筏的大小是可以调节的，小的独立脂筏可能在保持信号蛋白呈关闭状态方面具有重要作用，当必要时，这些小的脂筏聚集成大一个大的平台，在那里信号分子（如受体）将和它们的配件相遇，启动信号传递途径。

如致敏原（allergen）能够将过敏患者体内肥大细胞或嗜碱性细胞表面的IgE抗体及其受体桥联起来，形成较大的脂筏，受体被脂筏中的Lyn（一种非受体酪氨酸激酶）磷酸化，启动下游的信号转导，最终引发过敏反应。

问答题：从生物膜结构模型的演化论述人们对生物膜的认识过程生物膜结构模型的演化是人类认识细胞膜的一个循序渐进的过程。

1925年，Gorter &Grendel 用有机溶剂抽提人的红细胞膜的膜制成粉饼测定膜脂但分子层在水面的铺展面积，发现他为红细胞表面的二倍，提示了质膜是由双分子构成的。

随后人们发现质膜的表面张力比油-水界面的表面张力低得多，已知脂滴表面吸附有蛋白成分则表面张力降低，因此，Davson和danielli推测,质膜中含有蛋白质的成分并提出蛋白质-脂质-蛋白质的三明治式的纸膜结构模型.之一模型影响长达20年之久.1959年,Robertson发展了三明治模型,提出了单位膜模型,并大胆地推断所有生物膜都是由蛋白质-脂质-蛋白质的单位膜构成,这一模型得到X-射线衍射分析与电子显微镜观察结果的支持证明(暗-亮-暗).随后一些实验证明了质膜中的蛋白质是可以流动的,冷冻蚀刻技术也显示了双层膜脂中存在膜蛋白颗粒.在此基础上Singer和Nicolson于1972年提出了生物膜流动镶嵌模型,强调(1)膜的流动性,膜蛋白和膜脂均可测向运动;(2)膜蛋白分布的不对称性,有的镶嵌在膜表面,有的嵌入或横跨脂双层分子.随着实验技术的改进及认识的不断深入,,还有学者提出了强调了生物膜的膜脂处于无序(流动)和有序(晶态)之间的动态转变得液晶态模型,以及强调生物膜是由流动性程度不同的板块镶嵌而成的板块镶嵌模型.事实上,这些模型都可以看作是对流动镶嵌模型的补充和完善.最近有人提出了脂筏模型,即在生物膜上胆固醇富集而形成有序的脂相,如同脂筏一样载着各种蛋白质,,脂筏最初可能在内质网上形成,转运到细胞膜上后,有些脂筏可在不同程度上于膜下细胞骨架蛋白交联.这一模型可解释生物膜的某些性质和功能,但仍需更多的实验证据.用光脱色恢复技术证明膜蛋白的流动性首先荧光素标记膜蛋白;然后激光束照射细胞表面特定区域,使其荧光物质破坏(荧光淬灭);检查荧光淬灭区亮度增加的过程及亮度恢复所用的时间;推算膜蛋白扩散速度.间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中起何作用?间隙连接存在于胚胎发育早期的特定阶段,与细胞之间的电耦联有关,抗体试验证明连接通道受阻,胚胎发育有缺陷.因此有人认为间隙连接通道能为调节生长与分化的信号物质提供通路.从而为某一特定细胞提供它的位置信息,并影响其分化.什么是细胞外基质?细胞外基质的作用是什么?在多细胞体内,除了细胞之外,还有一些非细胞性物质,它们是在机体发育过程中由细胞分泌的蛋白质和多糖等大分子构成高度水合的凝胶或纤维型网络结构,填充在细胞周围,对细胞之间的支持、功能的发挥起着重要的作用。

细胞外基质的作用可概括以下几个方面：１.细胞外基质对细胞形态构建具有重要影响，对组织建成集细胞群的稳定性的维护界定、支持及保护有重要作用。

２.对细胞迁移有促进作用，如透明质酸是胚胎细胞迁移所必需的纤粘连蛋白可促进角膜上皮细胞的迁移等。

３.细胞外基质对细胞增殖、分化具有调节作用。

实验证明，脱离了胞外基质的正常细胞很快停止在Ｇ１期货Ｇ０期，只有粘着于适当的基质上才能合成RNA及蛋白质，在铺展的状态下才能复制DNA。

同样细胞外基质对细胞分化的诱导作用已有大量的实验证明，胚胎发育的不同时期会出现不同的细胞外基质，表明其与器官组织分化及细胞分化的相关性。