细胞生物学第2节：生物膜基本特征与功能
生物膜的结构和功能
生物膜的结构和功能生物膜（biological membrane）是细胞内和细胞外的重要物质交换界面，它负责维持细胞内外环境的稳定，并确保细胞内外物质的选择性通透性。
生物膜是由脂质分子、蛋白质和糖等多种有机分子构成的复杂结构，其结构和功能都是非常复杂和重要的。
一、生物膜的结构生物膜是由不同种类的分子构成的，主要包括磷脂、蛋白质和糖分子。
其中，磷脂是生物膜最主要的组成部分，占据了生物膜总质量的近50%。
它们是一种复杂的脂质分子，由两个疏水性脂肪酸和一个极性磷酸分子组成，可以分为单层和双层磷脂。
生物膜双层磷脂的极性磷酸分子朝向水相，而其两侧的疏水性脂肪酸则相向排列，形成了一个静电屏障，使得膜内外的环境得以分离。
在磷脂的支持下，蛋白质和糖分子也共同构成了生物膜的结构。
蛋白质在生物膜中起着非常重要的作用，它们既可以作为载体分子，帮助细胞运输和吸收分子，也可以形成信号接收器，接收外界信息，向细胞内传递信号，并且还可以作为酶，参与各种生化反应。
糖分子含量较低，但同样重要，它们主要参与细胞与外界交互的过程及信号转导等。
二、生物膜的功能1、物质的选择性透过性生物膜的一个最重要的功能就是物质的选择性透过性，可以防止离子、原子、和分子穿透或从细胞膜到达细胞外。
对于需要进入或离开细胞内部的物质，生物膜利用透过膜的通道来完成。
例如，蛋白通道和普通通道等，这些通道一般要依据溶质的极性和分子大小的不同来筛选通行的物质是否合适。
2、电化学信号转换和传导在神经系统中，生物膜是至关重要的，这是因为神经元通过生物膜来传递电化学信号，这一过程成为神经传递。
生物膜中含有许多钾、钠等离子通道，可以帮助电信号的传递。
而细胞内和细胞外的离子浓度差异，所造成的离子梯度更进一步帮助了这一过程的实现。
3、运输功能生物膜不仅可以选择性通透物质，同时它还能够把许多导体结构的载体分子在其脂质二分子层之间传递，完成物质的运输功能。
例如，葡萄糖转运体和离子泵等，它们可以向细胞内输送或排泄必要的物质，具有保持细胞状态稳定的作用。
细胞生物学学习资料(第4-6章)
细胞生物学学习资料(第4-6章)第四章细胞质膜学习要点第一节第一细胞质膜的结构模型一、生物膜的结构模型 1.生物膜模型的发展历程① Danielli和Davson提出“蛋白质-脂质-蛋白质”的三明治结构模型。
② 1959年Robertson提出单位膜模型③ Singer和Nicolson于1974年提出流体镶嵌模型，主要强调生物膜的流动性、膜蛋白分布的不对称性。
随后的液晶态模型及板块镶嵌模型对流体镶嵌模型进行了补充、完善。
④1988年Simon提出脂筏模型。
2．对生物膜结构的归纳总结①具有极性头部和非极性尾部的磷脂分子形成可运动的磷脂双层。
②可运动的蛋白质以非对称方式镶嵌在磷脂双层中或结合于表面。
③生物膜可以看作是在磷脂双层中镶嵌蛋白质的二维溶液。
二、膜脂成分膜脂主要包括磷脂、糖脂和胆固醇膜脂的运动方式①沿膜平面的侧向运动，是膜脂运动的基本方式。
②脂分子围绕轴心的自旋运动。
③脂分子尾部的摆动。
④双层脂分子间的翻转运动。
脂质体脂质体是根据磷脂分子可以在水相中形成稳定的脂双层膜的趋势而制备的人工膜。
单层脂分子铺展在水面上，即形成极性端向外而非极性端向内的脂分子团。
脂质体可以用不同的膜脂来制备，还可以嵌入不同的膜蛋白，因此脂质体是研究膜蛋白与膜脂及其生物学性质的极好材料，在临床治疗中有很好的前景。
三、膜蛋白膜蛋白的类型①外在膜蛋白：为水溶性蛋白，依靠离子键或其他弱键与膜表面的膜蛋白分子或膜脂分子结合。
②内在膜蛋白：与膜结合比较紧密，占整个膜蛋白的70%—80%。
③脂锚定膜蛋白：通过与之共价相连的脂分子插入脂双层，从而锚定在细胞质膜上。
内在膜蛋白与膜脂结合的方式内在膜蛋白与膜脂结合的主要方式有以下几种。
①膜蛋白的跨膜结构域与脂双层的疏水核心的相互作用。
②带正电的膜蛋白跨膜结构域与带负电的磷脂极性分子结合。
③有些膜蛋白通过共价结合脂肪酸分子，插入到脂双层中。
④少数蛋白与糖脂共价结合。
内在膜蛋白跨膜结构域是与膜脂结合的主要部位，具体作用方式如下。
细胞生物学课程自学考试大纲
高纲1646江苏省高等教育自学考试大纲02085细胞生物学江苏第二师范学院编（2017年）江苏省高等教育自学考试委员会办公室Ⅰ课程性质与课程目标一、课程性质和特点细胞生物学课程是研究细胞基本生命活动规律的科学，是生物科学专业的专业必修课。
细胞生物学是从细胞的显微、亚显微和分子三个水平研究细胞基本生命活动规律的科学，包括细胞的形态结构与功能定位和细胞重大生命活动两大基本组成部分。
二、课程目标本课程使学生了解本学科的发展简史和前沿领域，掌握细胞生物学的基础知识、基本概念和基本理论，理解生命活动的基本规律。
通过本课程的学习，要求学生：1.牢固掌握细胞的基本结构和功能及各细胞器间的关系的基本知识；2.能够了解细胞生物学的热点课题的现状和未来的发展趋势；3.能够运用现有的细胞生物学知识去理解生命现象中的内在规律。
三、与相关课程的联系与区别本课程是生物科学专业学生的专业必修课，它既是生命科学的基础学科，也是前沿学科；细胞的研究既是生命科学的出发点，又是生命科学的汇聚点。
细胞生物学与分子生物学、发育生物学、神经科学等其他相关学科相互紧密渗透与交融，通过对细胞结构与功能的研究，揭示细胞在重大生命活动中的作用及分子机制。
四、课程的重点和难点本课程重点要求掌握细胞的基本知识及基本实验技术；各个亚细胞结构及超微结构、各结构的装配及功能；细胞的重大生命活动（增殖、分化、衰老、凋亡等）过程及基本的调控。
难点是细胞各个结构和功能中涉及的作用机制（包括假说、模型等）以及细胞重大生命活动的调控机制；需多个细胞器参与完成并相互协调的过程和机制（如蛋白质的分选、膜泡运输等）。
Ⅱ考核目标本大纲在考核目标中，按照识记、领会、简单应用和综合应用四个层次规定其应达到的能力层次要求。
四个能力层次是递升的关系，后者必须建立在前者的基础上。
各能力层次的含义是：识记（Ⅰ）：要求考生能够识别和记忆本课程中有关经典细胞学的主要内容（如各种细胞器的形态、结构、组成、功能等），并能够根据考核的不同要求，做正确的表述、选择和判断。
第4章 细胞质膜
脂锚定膜蛋白的3种类型
A：脂肪酸结合到膜蛋白 N 端的甘氨酸残基上 B：烃链结合到膜蛋白 C 端的半胱氨酸残基上 C：通过糖脂锚定在细胞质膜上
去垢剂
第 一
去垢剂是一端亲水一端疏水的双亲媒性分子， 是 分离与研究膜蛋白的常用试剂
节
细 胞 膜 的 结 构 模 型
膜糖：糖脂、糖蛋白
细胞质膜上的膜糖都位于质膜外表面， 内膜系统中的膜糖则面向细胞器腔面！
第 一、生物膜的基本特征
二
节 膜的流动性
生 物
膜的不对称性：
膜
基 本
二、细胞膜的基本功能
特
征
与
功
能
一、膜的流动性
膜的流动性是是所有的生物膜的基本特征，是细胞 生长增殖等生命活动的必要条件
结
构
模
型
甘油磷脂
甘油磷脂的类型
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）——PE 磷酯酰丝氨酸——PS 磷脂酰胆碱（卵磷脂）——PC 磷脂酰肌醇——PI
甘油磷脂分子的主要特征
一个极性头部，两个非极性尾。心磷脂除外，有 4个非极性尾。
极性头部的大小影响脂双层的曲度 脂肪酸链碳原子数为偶数（多为16或18个碳原子） 除饱和脂肪酸外，常含有不饱和脂肪酸。
生
物 膜
• 膜骨架、鞭毛、纤毛、微绒毛和伪足等
基
本
特
征
与
功
能
膜骨架
第 二
是由质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的
节
网架结构；参与维持质膜的形状并协助质膜完
生 物
成多种生理功能。位于细胞质膜下约0.2μm厚
膜
基 的溶胶层。
第四章 细胞质膜 南开大学细胞生物学课件
鞘氨醇 神经酰胺
神经鞘磷脂，SM 脑苷脂A
神经节苷脂A
ABO 血 型 糖
3. 固醇
胆固醇及其类似物统称固醇。胆固醇是中性脂类，存在于动 物细胞和少数植物细胞质膜上，含量不超过膜脂的1/3。胆固 醇包括三部分：羟基团代表极性的头部，非极性的甾环结构和 一个非极性的碳氢尾部。胆固醇在调节膜的流动性、加强膜的 稳定性、降低水溶物质的通透性方面都起重要作用。
（3）生物膜可以看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。 即膜的流动性。
（4）在细胞生长和分裂等整个生命活动中，生物膜在三维空 间上可出现弯曲、折叠、延伸等改变，处于不断的动态变化中。
二、膜脂
通过对血影的分析，一般情况下： 脂 类 占 40% 蛋白质 占 50% 糖 类 占 1-10%
膜中脂类和蛋白质的含量变化与膜的功能有关。膜中含蛋白 质越多，膜的功能越复杂；所含的蛋白质种类和数量越少，膜 的功能越简单。如神经髓鞘，它的作用是起绝缘作用，所以蛋 白质的含量显著低于脂类。
（二）膜脂的不对称性
膜脂的不对称性是指同一种膜脂分 子在膜的脂双层中呈不均匀分布。 糖脂的分布表现出完全不对称性
（三）膜蛋白的不对称性
膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在质膜上都 具有确定的方向性；
所有膜蛋白在质膜上都呈不对称分布，膜蛋白的不 对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各种 生理功能的保证。
2. 内在膜蛋白
（intrinsic membrane protein）
又称整合膜蛋白（integral membrane protein）。 整合膜蛋白均为双性分子，非极性区插在脂双层分子之间，极性区则朝 向膜的表面，它们通过很强的疏水或亲水作用力同膜脂牢固结合，一般不易 分离开来，只有用去垢剂(detergent)使膜崩解后才可分离出来。 内在膜蛋白占整个膜蛋白的70%~80%。估计人类基因组中，1/4~1/3基因 编码的蛋白为内在膜蛋白。
《细胞生物学》教学大纲
《细胞生物学》教学大纲一、课程基本信息课程名称：（中文）：细胞生物学（英文）：Cell Biology课程代码：09S5118B课程类别：专业核心课程适用专业：生物科学（检验与检测方向）课程学时：48课程学分：3先修课程：动物生物学、植物生物学、生物化学等选用教材：丁明孝、王喜忠、张传茂、陈建国主编，《细胞生物学》（第5版），北京：高等教育出版社，2020，5参考书目：1. 翟中和、王喜忠、丁明孝主编，《细胞生物学》（第4版），北京：高等教育出版社，2011，62. 王金发主编，《细胞生物学》，北京：科学出版社，2018，2二、课程简介《细胞生物学》课程是高等学校生物专业的必修课程，综合运用各种现代科学技术，从细胞水平，亚细胞水平和分子水平上全面系统地研究细胞生命活动规律的科学。
细胞生物学是生命科学中的一门重要前沿学科，作为四大基础学科之一，也是基础医学领域的重要基础学科，在现代生命科学领域中起着不可替代的重要作用。
通过学习该课程后，使学生掌握细胞生物学的基本理论、基本知识和基本技能，了解细胞的形态结构、功能与生命活动的基本规律以及该领域的最新发展动态，建立细胞生物学的知识脉络和体系，培养学生生物学的科学思想，从而使学生能够从细胞的角度去理解生命。
本课程总学分为3，共48学时，授课对象为生物科学（检验与检测方向）专业大三学生。
三、课程目标通过本课程的学习，使学生具备以下知识、技能和素养。
1.知识目标：能初步了解细胞间的相互关系和作用，理解生物有机体的生长、分化、遗传、变异、衰老、死亡等基本生命活动的规律；掌握遗传信息的贮存、复制、表达及其调控；认识细胞生物学与生物化学、遗传学、分子生物学、动物生物学等的联系。
2.能力目标：增强细胞生物学研究兴趣，善于对细胞生物学现象进行观察和思考，提高应用细胞生物学知识进行教育教学研究的能力；学会收集和分析细胞生物学问题，初步了解如何进行细胞生物学科学研究，为进一步的生命科学前沿知识的学习或从事生命科学教学科研相关研究奠定基础。
丁明孝《细胞生物学》(第5版)笔记和课后习题(含考研真题)详解
目 录第一章 绪论1.1 复习笔记1.2 课后习题详解1.3 名校考研真题详解第二章 细胞生物学研究方法2.1 复习笔记2.2 课后习题详解2.3 名校考研真题详解第三章 细胞质膜3.1 复习笔记3.2 课后习题详解3.3 名校考研真题详解第四章 物质的跨膜运输4.1 复习笔记4.2 课后习题详解4.3 名校考研真题详解第五章 细胞质基质与内膜系统5.1 复习笔记5.2 课后习题详解5.3 名校考研真题详解第六章 蛋白质分选与膜泡运输6.1 复习笔记6.2 课后习题详解6.3 名校考研真题详解第七章 线粒体和叶绿体7.1 复习笔记7.2 课后习题详解7.3 名校考研真题详解第八章 细胞骨架8.1 复习笔记8.2 课后习题详解8.3 名校考研真题详解第九章 细胞核与染色质9.1 复习笔记9.2 课后习题详解9.3 名校考研真题详解第十章 核糖体10.1 复习笔记10.2 课后习题详解10.3 名校考研真题详解第十一章 细胞信号转导11.1 复习笔记11.2 课后习题详解11.3 名校考研真题详解第十二章 细胞周期与细胞分裂12.1 复习笔记12.2 课后习题详解12.3 名校考研真题详解第十三章 细胞增殖调控与癌细胞13.1 复习笔记13.2 课后习题详解13.3 名校考研真题详解第十四章 细胞分化与干细胞14.1 复习笔记14.2 课后习题详解14.3 名校考研真题详解第十五章 细胞衰老与细胞程序性死亡15.1 复习笔记15.2 课后习题详解15.3 名校考研真题详解第十六章 细胞的社会联系16.1 复习笔记16.2 课后习题详解16.3 名校考研真题详解第一章 绪论1.1 复习笔记【本章概述】本章为绪论部分，主要对细胞生物学的研究内容与现状、细胞学发展简史、原核细胞、古核细胞、真核细胞等内容做了简单的介绍，考点较细，需要理解掌握。
【重点难点归纳】一、细胞学与细胞生物学发展简史1生物科学3个阶段以及细胞的发现（1）三个阶段：形态描述阶段、实验室生物阶段、现代生物学阶段。
细胞生物学复习资料
细胞生物学总结第四章：细胞质膜第一节、细胞质膜的结构模型与基本成分生物膜生物膜结构：磷脂双分子层是组成生物膜的基本成分，蛋白分子以不同的方式镶嵌在脂双分子层中或结合在其表面，膜蛋白是赋予生物膜功能的主要决定者。
生物膜可看成是蛋白质在双层脂分子中的二维溶液。
在细胞生长和分裂等整个生命活动中，生物膜在三维空间上可出现玩去、折叠、延伸等改变，处于不断的动态变化中。
膜脂——生物膜基本组成成分（一）基本成分1.甘油磷脂：膜脂的基本成分（50%以上）主要特征：①除心磷脂外，具有一个与磷酸集团相结合的极性头和两个非极性的尾。
②脂肪酸碳链为偶数，多数碳链为16/18个碳原子组成。
③除饱和脂肪酸外，常含有1~2个双键的不饱和脂肪酸（多为顺式）2.鞘脂：鞘磷脂（SM）、糖脂3.固醇：胆固醇及其类似物。
特殊的分子结构和强疏水性，自身不能形成脂双层。
调节膜的流动性，增加膜的稳定性降低水溶性物质的通透性。
（二）膜脂的四种热运动方式（1）沿膜平面的侧向运动（基本方式）（2）脂分子围绕轴心的自旋运动（3）脂分子尾部的摆动（4）双层脂分子之间的翻转运动。
一般情况下极少发生，发生频率不到脂分子侧向交换频率的10‾10.但在内质网膜上频率很高。
（三）脂质体脂质体是根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层膜的现象而制备的人工膜。
应用：研究膜脂和膜蛋白及其生物学性质的极好实验材料；脂质体中裹入DNA 可有效地将其导入细胞中，常用于转基因实验；在临床医疗中，常作为药物或酶等的载体。
膜蛋白：（一）膜蛋白的类型外在（外周）膜蛋白：靠离子键或其他较弱的键与膜表面的膜蛋白分子或膜脂分子结合，易分离。
内在（整合）膜蛋白：水不溶性蛋白，形成跨膜螺旋，与膜结合紧密，只有用去垢剂处理使膜崩解后才可分离出来。
脂锚定蛋白：通过磷脂或脂肪酸锚定，共价结合。
（二）内在膜蛋白与质膜结合的方式（1）膜蛋白的跨膜结构域与脂双层分子的疏水核心的相互作用，这是内在膜蛋白与膜脂结合的最主要和最基本的结合方式。
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生物膜基本特征膜的流动性膜脂的流动性概况①膜脂的流动性主要指脂分子的侧向运动，它在很大程度上是由脂分子本身的性质决定的
影响因素②脂肪酸链的长度
脂肪酸的不饱和度
温度
胆固醇含量
胆固醇调节③
双重调节作用膜蛋白的流动性
实例荧光抗体免疫标记实验（人鼠杂交）
成斑/成帽现象p93
细胞骨架的影响④某些膜蛋白与膜下细胞骨架结构相结合，限制了膜蛋白的运动研究手段
荧光漂白恢复技术功能④
保证细胞正常的代谢活动，包括生长、增殖在内的多种生理功能所需膜的不对称性相关名词⑤细胞外表面(ES)
原生质表面(PS)
膜脂的不对称性
糖脂的完全不对称性⑥
原因⑦1)不同类型的膜脂合成部位的不同导致
2)膜蛋白的不对称性
膜蛋白的不对称性表现在哪？⑧1)每种膜蛋白分子在质膜上都具有确定的方向性，不同蛋白具有不同的方向性
2)与质膜相关的酶促反应都发生在膜的某一侧面
意义⑨
膜蛋白的不对称性是生物膜执行复杂的、在时间与空间上有序的各种生理功能的保证功能7个功能⑩
1）为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境
2）选择性的物质运输
3）提供细胞识别位点
4）为多种酶提供结合位点5）介导细胞与细胞、细胞与胞外质之间的连接
6）参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构
7）膜蛋白作为疾病治疗的药物靶标脂筏⑩①
①膜脂流动性概况：
膜脂的流动性主要指脂分子的侧向运动，它在很大程度上是由脂分子本身的性质决定的。
②影响膜脂流动性的因素：
1)脂肪酸链的长度，越短，不饱和程度越高，流动性越大；2)温度，各种膜脂都具有不同的相变温度，在生物膜中膜脂的相变温度是由组成生物膜的各种脂分子的变相温度决定的。
所以可以通过增加不饱和脂肪酸链的含量来调节膜脂的相变温度；3)脂肪酸的不饱和度；4)胆固醇含量
③胆固醇对膜脂流动性的调节：
双重调节作用，胆固醇分子可以与磷脂分子相结合限制其运动，又可以将磷脂分子隔开使其更容易运动，其最终效应取决于上述两种作用的综合效果。
多数情况下，胆固醇是防止膜脂由液相变为固相，保证膜脂处于流动状态。
④细胞骨架对膜蛋白流动性的限制：
有些细胞90%的膜蛋白是自由流动的，而有的只有30%，造成这一原因的就是由于某些膜蛋白与膜下细胞骨架结构相结合，限制了膜蛋白的运动。
用阻断微丝形成的药物松胞素B处理，则流动性增加。
④细胞膜流动性的功能：
保证细胞正常的代谢活动，包括生长、增殖在内的多种生理功能所需。
⑤细胞外表面(extrocytoplasmic surface, ES)：与细胞外环境接触的膜面；原生质表面(protoplasmic surface, PS)：与细胞质基质接触的膜面；
⑥糖脂的完全不对称性：
糖侧链都分布在质膜或其他内膜的ES面，所以不可能形成ES和PS的对称现象，糖脂的不对称分布是执行其生理功能的结构基础。
⑦膜脂不对称性的原因推测：
1)不同类型的膜脂合成部位的不同导致；2)膜蛋白的不对称性；
⑧膜蛋白的不对称性表现在哪些地方：
需要注意的是，这里所说的不对称并非简单的位置是否对称，而是表现在一下几个方面：1)每种膜蛋白分子在质膜上都具有确定的方向性，不同蛋白具有不同的方向性；
2)与质膜相关的酶促反应都发生在膜的某一侧面。
⑨膜蛋白的不对称性的意义：
各种生物膜的特征及其生物学功能主要是由膜蛋白决定的，而膜蛋白的不对称性是生物膜执行复杂的、在时间与空间上有序的各种生理功能的保证。
⑩功能：
1）为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；2）选择性的物质运输；3）提供细胞识别位点；4）为多种酶提供结合位点；5）介导细胞与细胞、细胞与胞外质之间的连接；6）参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构；7）膜蛋白作为疾病治疗的药物靶标；
⑩①脂筏：详细介绍p95，可自查文献。