细胞膜结构的研究历程22页PPT
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细胞膜的结构及功能ppt课件
——主要化学成分
资料1 欧文顿用500多种化学物质对植物 细胞的通透性进行上万次实验，发 现：脂质更容易通过细胞膜。
结论：细胞膜中有 脂质.
水溶液中磷脂分子的分布
单层微团
磷脂双分子层
对细胞膜结构的探索历程
——主要化学成分
资料2 荷兰科学家用丙酮从红细胞膜提取 磷脂，铺在水面上形成磷脂单分子 层，测量铺展面积，恰为红细胞膜 表面积的二倍！
结论：磷脂在细胞膜中的排布 为 双层.
脂质双层
对细胞膜结构的探索历程
——主要化学成分 资料3
科学家用蛋白酶（可以水解蛋白质） 处理细胞膜，发现细胞膜结构被破 坏。
结论：细胞膜中有 蛋白质.
细胞外 多糖
糖蛋白
（细胞识别）
糖脂
胆固醇 磷脂
（50%）
蛋白质
（40%）
细胞内
多糖 + 磷脂 = 糖脂 多糖 + 蛋白质 = 糖蛋白
我确信哪怕一个最简单的细胞， 比迄今为止设计出的任何智能 电脑更精巧
动物细胞
伊红染料
细胞作为一个完整的系统，它是有 边界 的
↓
细胞膜
感知细胞和细胞膜的存在
实验材料：鸡蛋的蛋黄
实验用具：镊子（使用钝的一端）
完成任务: ①将鸡蛋打在小的培养皿中，观察蛋黄是散掉的还是鼓起来的。 ②用镊子钝的一端轻压一下蛋黄，观察蛋黄表层是否会出现褶皱。 ③用镊子慢慢将蛋黄戳破，感受蛋黄表面细胞膜的功能。
思考： 细胞膜是固定不动的吗？
对细胞膜结构的探索历程
——主要化学成分 资料4
结论：细胞膜中 蛋白质 可运动.
细胞膜（ 质 膜）
骨架
外侧
（
磷分脂子双层+
资料1 欧文顿用500多种化学物质对植物 细胞的通透性进行上万次实验，发 现：脂质更容易通过细胞膜。
结论：细胞膜中有 脂质.
水溶液中磷脂分子的分布
单层微团
磷脂双分子层
对细胞膜结构的探索历程
——主要化学成分
资料2 荷兰科学家用丙酮从红细胞膜提取 磷脂，铺在水面上形成磷脂单分子 层，测量铺展面积，恰为红细胞膜 表面积的二倍！
结论：磷脂在细胞膜中的排布 为 双层.
脂质双层
对细胞膜结构的探索历程
——主要化学成分 资料3
科学家用蛋白酶（可以水解蛋白质） 处理细胞膜，发现细胞膜结构被破 坏。
结论：细胞膜中有 蛋白质.
细胞外 多糖
糖蛋白
（细胞识别）
糖脂
胆固醇 磷脂
（50%）
蛋白质
（40%）
细胞内
多糖 + 磷脂 = 糖脂 多糖 + 蛋白质 = 糖蛋白
我确信哪怕一个最简单的细胞， 比迄今为止设计出的任何智能 电脑更精巧
动物细胞
伊红染料
细胞作为一个完整的系统，它是有 边界 的
↓
细胞膜
感知细胞和细胞膜的存在
实验材料：鸡蛋的蛋黄
实验用具：镊子（使用钝的一端）
完成任务: ①将鸡蛋打在小的培养皿中，观察蛋黄是散掉的还是鼓起来的。 ②用镊子钝的一端轻压一下蛋黄，观察蛋黄表层是否会出现褶皱。 ③用镊子慢慢将蛋黄戳破，感受蛋黄表面细胞膜的功能。
思考： 细胞膜是固定不动的吗？
对细胞膜结构的探索历程
——主要化学成分 资料4
结论：细胞膜中 蛋白质 可运动.
细胞膜（ 质 膜）
骨架
外侧
（
磷分脂子双层+
细胞膜课件PPT课件
信号转导的实例
胰岛素信号转导
胰岛素是调节血糖的重要激素，通过与细胞表面的胰岛素 受体结合，启动一系列信号转导反应，最终导致葡萄糖摄 取和利用增加。
EGF信号转导
EGF是一种重要的生长因子，通过与受体酪氨酸激酶的相 互作用，激活多种信号转导通路，调控细胞增殖和分化。
糖皮质激素信号转导
糖皮质激素是肾上腺分泌的一类激素，通过与核受体相互 作用，调控基因表达，参与应激反应和免疫调节等过程。
易化扩散
经载体介导或通道介导的物质 跨膜转运，顺浓度梯度进行，
需要能量。
主动运输
物质逆浓度梯度跨膜转运，需 要载体和能量。
胞吞胞吐
大分子物质或团块通过细胞膜 的膜泡运输，顺浓度梯度进行
，需要能量。
主动运输和被动运
主动运输
物质逆浓度梯度跨膜转运，需要载体 和能量。例如，钠离子进入细胞。
被动运输
物质顺浓度梯度跨膜转运，分为简单 扩散和易化扩散。例如，二氧化碳从 细胞内到细胞外。
02
受体酪氨酸激酶介导的信号转导
受体酪氨酸激酶是一类重要的生长因子受体，它们通过磷酸化下游分子，
激活多种信号转导通路，调控细胞生长、增殖和分化。
03
核受体介导的信号转导
核受体是一类配体依赖性的转录因子，它们能够识别特定的DNA序列，
调控基因表达。核受体介导的信号转导在代谢、生殖和神经系统等方面
具有重要作用。
用于研究细胞膜上的离子通道和跨膜蛋白 的电生理特性。
细胞膜研究的新发现和成果
细胞膜上存在跨膜蛋白复合物，参与 信号转导、物质转运和能量转换等生 命活动。
细胞膜上的蛋白质可以形成分子伴侣， 帮助其他蛋白质进行正确折叠和运输。
细胞膜具有流动性，膜蛋白和膜脂可 以相互运动，这种流动性对细胞的生 长、分裂和迁移等过程具有重要影响。
细胞膜的结构及探索历程
的、由脂双层构成的人工膜结构叫做脂质体。 膜蛋白并非完全自由的随机漂浮在脂“海”上，对整合膜蛋白最强的影响来自膜下细胞骨架的限制。
例如：红细胞胞质侧附着的血影蛋白。 成分包括各种酶、转运蛋白、骨架蛋白等。
• 作用： Figure 10-38.
脂锚定膜蛋白的分布规律： 脂锚定膜蛋白的分布规律：
研究膜脂和膜蛋白及其生物学性质 磷脂：膜脂的基本成分，含量＞50%
• 内在膜蛋白多数是跨膜蛋白，膜结合方式多种。
• 内在膜蛋白的跨膜结构域是与膜脂结合的主要
部位，或者形成α螺旋，或者形成β折叠片结 构。
(3)脂锚定膜蛋白: 这类膜蛋白的肽链不嵌入膜中，通过共价
键和脂分子连接，从而锚定在细胞膜上。 按照结构和分布分成三种类型： 酰化蛋白质 异戊烯化蛋白质 GPI锚定膜蛋白
血影蛋白的末端与肌动蛋白、原肌球蛋白联系， 与脂肪酸结合的蛋白多分布在膜的内侧；
作为转基因的介质，将DNA导入细胞。 Three domains in the plasma membrane of guinea pig sperm defined with monoclonal antibodies.
as a single a helix (1) or as multiple a helices (2); some of these “single-pass” and “multipass” proteins have a covalently attached fatty acid chain inserted in the cytoplasmic monolayer (1). Other membrane proteins are attached to the bilayer solely by a covalently attached lipid - either a fatty acid chain or prenyl group - in the cytoplasmic monolayer (3) or, less often, via an oligosaccharide, to a minor phospholipid, phosphatidylinositol(磷脂酰肌醇), in the noncytoplasmic monolayer (4). Finally, many proteins are attached to the membrane only by noncovalent interactions with other membrane proteins (5) and (6).
例如：红细胞胞质侧附着的血影蛋白。 成分包括各种酶、转运蛋白、骨架蛋白等。
• 作用： Figure 10-38.
脂锚定膜蛋白的分布规律： 脂锚定膜蛋白的分布规律：
研究膜脂和膜蛋白及其生物学性质 磷脂：膜脂的基本成分，含量＞50%
• 内在膜蛋白多数是跨膜蛋白，膜结合方式多种。
• 内在膜蛋白的跨膜结构域是与膜脂结合的主要
部位，或者形成α螺旋，或者形成β折叠片结 构。
(3)脂锚定膜蛋白: 这类膜蛋白的肽链不嵌入膜中，通过共价
键和脂分子连接，从而锚定在细胞膜上。 按照结构和分布分成三种类型： 酰化蛋白质 异戊烯化蛋白质 GPI锚定膜蛋白
血影蛋白的末端与肌动蛋白、原肌球蛋白联系， 与脂肪酸结合的蛋白多分布在膜的内侧；
作为转基因的介质，将DNA导入细胞。 Three domains in the plasma membrane of guinea pig sperm defined with monoclonal antibodies.
as a single a helix (1) or as multiple a helices (2); some of these “single-pass” and “multipass” proteins have a covalently attached fatty acid chain inserted in the cytoplasmic monolayer (1). Other membrane proteins are attached to the bilayer solely by a covalently attached lipid - either a fatty acid chain or prenyl group - in the cytoplasmic monolayer (3) or, less often, via an oligosaccharide, to a minor phospholipid, phosphatidylinositol(磷脂酰肌醇), in the noncytoplasmic monolayer (4). Finally, many proteins are attached to the membrane only by noncovalent interactions with other membrane proteins (5) and (6).
细胞膜的探究历程
人类对自然界的认识始于观察和质疑， 技术的不断创新推动着科学的发展，对生 物膜的研究必将更加细致入微……
应用化学手段分析表明：
膜的主要成分是脂质（磷脂含量最多）和蛋白质。
Year
1895年 20世纪初
1917年
资料3：1917年 朗姆瓦
ˉ CH2 N（+ CH3）3
CH2
O
ˉ O=P O O CH2 CH-CH2
OO
C=O
CH2 CH2
CHC2 =OCH2
CH2 CH2
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2
CH2 CH
CH
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH
CH2
2CH2
CH2 CH2
CH2 CH2
磷酸 头部 甘油 (亲水)
尾部 脂肪酸 (疏水)
Year
1895年 20世纪初
1917年 1925年
膜外液体（水） 膜内液体（水）
细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
资料4：1925年，荷兰E.Gorter和F.Grendel用 丙酮从人的红细胞中提取磷脂，在空气和水的 界面上铺展成单分子层，测得其面积恰为红细 胞表面积的二倍！
Year
1895年 20世纪初
1917年 1925年 1959年
资料5：1959年，罗伯特森应用电子显微镜观察 到清晰的细胞膜，看到了暗-亮-暗的三层结构。
细胞膜的探究
Year 资料1：1895年，欧文顿E.Overton用500多 1895年 种化学物质对植物细胞透性进行上万次实验。
应用化学手段分析表明：
膜的主要成分是脂质（磷脂含量最多）和蛋白质。
Year
1895年 20世纪初
1917年
资料3：1917年 朗姆瓦
ˉ CH2 N（+ CH3）3
CH2
O
ˉ O=P O O CH2 CH-CH2
OO
C=O
CH2 CH2
CHC2 =OCH2
CH2 CH2
CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2
CH2 CH
CH
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH
CH2
2CH2
CH2 CH2
CH2 CH2
磷酸 头部 甘油 (亲水)
尾部 脂肪酸 (疏水)
Year
1895年 20世纪初
1917年 1925年
膜外液体（水） 膜内液体（水）
细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。
汉 水 丑 生 侯 伟 作 品
资料4：1925年，荷兰E.Gorter和F.Grendel用 丙酮从人的红细胞中提取磷脂，在空气和水的 界面上铺展成单分子层，测得其面积恰为红细 胞表面积的二倍！
Year
1895年 20世纪初
1917年 1925年 1959年
资料5：1959年，罗伯特森应用电子显微镜观察 到清晰的细胞膜，看到了暗-亮-暗的三层结构。
细胞膜的探究
Year 资料1：1895年，欧文顿E.Overton用500多 1895年 种化学物质对植物细胞透性进行上万次实验。
一节细胞膜的结构和功能共22张PPT
（控制是相对的）
一、细胞膜的功能
3.进行细胞间的信息交流
信号传递
一. 细胞膜的功能
接触传递 通道传递
3.进行细胞间的信息交流
胞间连丝
精子和卵细胞
想一想
在质量分数为5%的葡萄糖溶液中滴入少量红墨水，然后用它培养癌细胞，一段时间后，观察到癌细胞内并未变红，但测得培养液中葡萄糖的浓度下降了。 该过程说明细胞膜能运输哪种物质？ 它体现了细胞膜的哪种功能？ 细胞膜行使该功能时有何特点？
生物膜是由磷脂、蛋白质还有少量糖类组成的，所以组成生物膜的元素有C、H、O、N、P等。
生物膜是由磷脂、蛋白质还有少量糖类组成的，所以组成生物膜的元素有C、H、O、N、P等。
③是磷脂分子的头部，④是磷脂分子的尾部， 生物膜的基本骨架是由磷脂双分子层组成的。
图中的①和②表示蛋白质，膜功能的复杂程度主要是由膜上的蛋白质决定的， 一般来说，膜的功能越复杂膜上的蛋白质种类和数量就越多。
运输葡萄糖
控制物质进出细胞的功能
具有选择性
下图表示三种细胞间信息交流方式。 ①图(1)所示的信息交流方式中，A细胞主要是________，产生的信息分子主要是___________，需要通过________的运输才能运至B细胞，信息分子要与B细胞膜上的________结合才能完成信息的传递。 ②图(2)中的1是________，2是________，请举一个以图(2)中的信息交流方式的例子：________。 ③图(3)中所示的是________细胞间的信息交流方式，该通道是________。
细胞膜作为系统的边界，它在细胞的生命活动中起什么作用呢？
一、细胞膜的功能
膜出现在生命起源过程中至关重要的阶段 作用：保障细胞内部环境的相对稳定。
一、细胞膜的功能
3.进行细胞间的信息交流
信号传递
一. 细胞膜的功能
接触传递 通道传递
3.进行细胞间的信息交流
胞间连丝
精子和卵细胞
想一想
在质量分数为5%的葡萄糖溶液中滴入少量红墨水，然后用它培养癌细胞，一段时间后，观察到癌细胞内并未变红，但测得培养液中葡萄糖的浓度下降了。 该过程说明细胞膜能运输哪种物质？ 它体现了细胞膜的哪种功能？ 细胞膜行使该功能时有何特点？
生物膜是由磷脂、蛋白质还有少量糖类组成的，所以组成生物膜的元素有C、H、O、N、P等。
生物膜是由磷脂、蛋白质还有少量糖类组成的，所以组成生物膜的元素有C、H、O、N、P等。
③是磷脂分子的头部，④是磷脂分子的尾部， 生物膜的基本骨架是由磷脂双分子层组成的。
图中的①和②表示蛋白质，膜功能的复杂程度主要是由膜上的蛋白质决定的， 一般来说，膜的功能越复杂膜上的蛋白质种类和数量就越多。
运输葡萄糖
控制物质进出细胞的功能
具有选择性
下图表示三种细胞间信息交流方式。 ①图(1)所示的信息交流方式中，A细胞主要是________，产生的信息分子主要是___________，需要通过________的运输才能运至B细胞，信息分子要与B细胞膜上的________结合才能完成信息的传递。 ②图(2)中的1是________，2是________，请举一个以图(2)中的信息交流方式的例子：________。 ③图(3)中所示的是________细胞间的信息交流方式，该通道是________。
细胞膜作为系统的边界，它在细胞的生命活动中起什么作用呢？
一、细胞膜的功能
膜出现在生命起源过程中至关重要的阶段 作用：保障细胞内部环境的相对稳定。
细胞膜结构的研究历程
1855年，耐格里(K.W.Mageli)发现细胞表 面有阻碍染料进入的现象，提示膜结构的 存在。 耐格里发现色素透入已损伤和未损伤的 植物细胞的情况并不相同。他便通过细胞 的渗透特性去研究它的“边界”(他首次把 细胞“边界”称为“质膜”)。
欧文顿（ E. Overton ）1895 发现凡是溶于脂肪的物 质很容易透过植物的细胞膜，而不溶于脂肪的物质不 易透过细胞膜，因此推测细胞膜由连续的脂类物质组 成。
1897年，Crijins和Hedin用红细胞做实验，同样 也证明分子的通透性与其在脂质中的溶解度有关,且 溶解度越大越容易通过. 德国植物生理学家普费弗(W．Pfeffer)对植物细 胞的渗透行为进行了大量的试验，并于1897年提出 了 两个重要的结论： 第一，细胞是被质膜包被着的； 第二，这层质膜是水和溶质通过的普遍障碍。
认为：构成膜的蛋白质和脂类分子具有镶嵌关系，膜蛋白分布 的不对称性，而且膜的结构处于流动变化之中。
荣获1972 年诺贝尔奖！
冰冻蚀刻（freeze-etching）亦称冰冻断裂（freezefracture）。 标本置于-100˚C的干冰或-196˚C的液氮中，进行冰冻。 然后用冷刀骤然将标本断开，升温后，冰在真空条 件下迅即升华，暴露出断面结构，称为蚀刻 （etching）。 冰冻蚀刻原理 蚀刻后，向断面以45度角喷涂一层蒸汽铂，再以90 度角喷涂一层碳，加强反差和强度。然后用次氯酸 钠溶液消化样品，把碳和铂的膜剥下来，此膜即为 复膜（replica）。 复膜显示出了标本蚀刻面的形态，在电镜下得到的 影像即代表标本中细胞断裂面处的结构。
同时，很快又发现，细胞膜这个屏障具有明显的选择性， 一些物质可通过它，而另一些物质几乎完全不能通过。
细胞膜结构的探究课件
利用细胞膜表面的抗原或抗体，通过 激活免疫系统来攻击病变细胞。例如， CAR-T细胞疗法和PD-1抑制剂等免疫 治疗药物已成功应用于某些癌症的治 疗。
06
未来展望
细胞膜研究的新技术
光学显微镜技术
01
利用超分辨光学显微镜，观察细胞膜的动态变化和细微结构。
电子显微镜技术
02
借助冷冻电镜技术，观察细胞膜的三维结构，揭示膜蛋白的分
胞吞和胞吐作用
胞吞作用是指细胞通过内陷膜将外部环境中的大分子物质或团块包裹起来并摄入 细胞内的过程。
胞吐作用是指细胞将胞吞或胞饮所摄入的物质在细胞内降解后的残余物通过外排 作用排出细胞外的过程。
05
细胞膜与疾病的关系
细胞膜异常与疾病的关系
细胞膜异常与癌症
细胞膜异常可以导致细胞生长失控，进而引发癌症。例如，癌细胞通常具有更 多的脂质和糖蛋白，这些物质在细胞膜中的异常分布可能导致癌症的发生和扩 散。
布和排列。
生物信息学技术
03
利用大数据和人工智能技术，分析细胞膜蛋白质组学数据，预
测膜蛋白的功能和相互作用。
细胞膜研究的新发现
1 2 3
新膜蛋白的发现 随着高通量测序技术的发展，越来越多的膜蛋白 被发现，并揭示其在细胞膜中的重要功能。
细胞膜动态性的新认识 研究发现细胞膜具有一定的流动性，膜蛋白在膜 上不断移动和重新分布，这一过程对细胞功能具 有重要影响。
细胞膜的结构
磷脂双分子 层
磷脂分子
流动性
细胞膜的主要成分是磷脂分子，它们 形成双层排列，构成了细胞膜的基本 骨架。
磷脂分子具有一定的流动性，这使得 细胞膜具有一定的弹性与适应性。
亲水性头部
磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏 水性尾部朝向内侧，这样的结构有利 于细胞内外物质的隔离与交换。
06
未来展望
细胞膜研究的新技术
光学显微镜技术
01
利用超分辨光学显微镜，观察细胞膜的动态变化和细微结构。
电子显微镜技术
02
借助冷冻电镜技术，观察细胞膜的三维结构，揭示膜蛋白的分
胞吞和胞吐作用
胞吞作用是指细胞通过内陷膜将外部环境中的大分子物质或团块包裹起来并摄入 细胞内的过程。
胞吐作用是指细胞将胞吞或胞饮所摄入的物质在细胞内降解后的残余物通过外排 作用排出细胞外的过程。
05
细胞膜与疾病的关系
细胞膜异常与疾病的关系
细胞膜异常与癌症
细胞膜异常可以导致细胞生长失控，进而引发癌症。例如，癌细胞通常具有更 多的脂质和糖蛋白，这些物质在细胞膜中的异常分布可能导致癌症的发生和扩 散。
布和排列。
生物信息学技术
03
利用大数据和人工智能技术，分析细胞膜蛋白质组学数据，预
测膜蛋白的功能和相互作用。
细胞膜研究的新发现
1 2 3
新膜蛋白的发现 随着高通量测序技术的发展，越来越多的膜蛋白 被发现，并揭示其在细胞膜中的重要功能。
细胞膜动态性的新认识 研究发现细胞膜具有一定的流动性，膜蛋白在膜 上不断移动和重新分布，这一过程对细胞功能具 有重要影响。
细胞膜的结构
磷脂双分子 层
磷脂分子
流动性
细胞膜的主要成分是磷脂分子，它们 形成双层排列，构成了细胞膜的基本 骨架。
磷脂分子具有一定的流动性，这使得 细胞膜具有一定的弹性与适应性。
亲水性头部
磷脂分子的亲水性头部朝向两侧，疏 水性尾部朝向内侧，这样的结构有利 于细胞内外物质的隔离与交换。
细胞膜结构的发现过程
结构
中
1970
Larry Frye & Michael Lipids
荧光标记的人鼠细胞融合实验
膜具有流动性
1972
S.J.Singer & G.Nicolson
新的实验证据
膜的“流动镶嵌模型”
细胞膜的发现之旅
依探 旧索 在与 前发 进现 ！之
旅
发现对：不溶同于物脂质质的的通物透质性，不更一容样易：通凡过是细可胞以膜溶进于入脂细质胞的物质， 比不能溶于脂质的物质更容易通过细胞膜进入细胞。
推测： 膜是由脂质组成的
细胞膜结构的发现之旅
1925年脂，质荷兰科学家戈特 (E．Gort双er分)和格伦德尔 (F．Gren子de层l)用丙酮抽提红 细膜为胞平（铺膜1.面结8～又 怎积构2该 样同，.2其计）表算∶面出1，积红约之细为比胞 两倍。他排们列由此提出脂质双 分子层模呢型？。
认为：构成膜的蛋白质和脂类分子具有镶嵌关系，膜蛋白分布 具有不对称性，而且膜的结构处于流动变化之中。
荣获1972年 诺贝尔奖！
年代
科学家
科学实验
假设或模型
1895
欧文顿 500多种化学物质上万次实验 膜是有由脂类构成的
1925
E．Gorter & F.Grendel
丙酮提取红细胞膜脂质在水面
铺成单分子层面积是红细胞两 倍
已知：脂滴表面如吸附有蛋白成分 则表面张力降低。
推测: 膜表面可能含有蛋白质。
提出“蛋白质-脂质-蛋白质”模型
细胞结构的发现之旅
观点： 1、细胞质膜由双层脂类 分子及其内外表面附着的 蛋白质构成。 2、膜上具有贯穿脂双层 的蛋白质通道，供亲水物 （1959年修订后“三明治”式的细 质通过。