第四章 细胞膜的结构
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细胞膜
第四章细胞膜细胞膜(cell membrane)概念：是包围在细胞质表面的一层界膜，使得细胞质与外界环境相隔开，由脂双层构成基本结构，又称质膜（plasma membrane）。
生物内膜：真核细胞内的膜相结构。
如：核膜，内质网，高尔基复合体，溶酶体等。
（注意：线粒体不属于生物内膜）生物膜（biological membrane）概念：细胞质膜和细胞内的膜结构在化学组成，结构和功能等方面具有相似性，总称为生物膜。
特征：生物膜有共同结构特征，在透射电镜下表现为“两暗夹一明”的三层结构，又称为单位膜（unit membrane）一.细胞膜的化学组成1.膜脂（membrane lipid）：细胞膜上的脂类物质总称为膜脂。
磷脂酰胆碱：含量最多二磷脂酰甘油（心磷脂）：只存在线粒体和某些细菌质膜上甘油磷脂磷脂（phospholipid）磷脂酰肌醇：含量最少，主要位于膜的内层，但在细胞信号传导中其重要作用鞘磷脂：以鞘胺醇为骨架，与一条脂肪酸链组成疏水尾部，亲水头部为磷脂化胆碱。
结构特征：双亲水性分子在膜中含量较少，而在脑和神经细胞膜中特别丰富，因此也称神经鞘磷脂，而在原核细胞和植物细胞中没有。
两类磷脂的特性：具有亲水头部和疏水的尾部，在水中会自发排列。
胆固醇（cholesterol）：分布于磷脂分子之间，其极性头部紧靠磷脂极性头部。
作用：调节脂双层流动性和加强膜的稳定性，降低水溶性物质的通透性糖脂（glycolipid）：是含糖而不含磷脂的脂类。
由脂类和寡糖组成，含一个或者几个糖基的类脂。
结构与鞘磷脂相似，属于鞘胺醇的衍生物。
作用：存在于膜的非胞质面单层，糖基暴露于细胞表面，可作为受体参与细胞识别及信号转导的过程。
2.膜蛋白（membrane proteins ）:是膜功能的主要体现者膜内在蛋白：嵌入脂双层的内部，与膜结合非常紧密。
膜外周蛋白：水溶性，通过静电、离子键、氢键等与膜作用分布在细胞膜的表面脂锚定蛋白：通过与之共价相连的脂分子（脂肪酸或糖脂）插入膜的脂双分子层中，从而锚定在膜上。
细胞生物学 名词解释 第四章 细胞质膜
脂锚定膜蛋白
lipid anchored protein
通过与之共价连接的脂分子插入膜的脂双分子层中，从而锚定在细胞质膜上。与脂肪酸结合的脂锚定蛋白分布在质膜内测，与糖脂结合的脂锚定蛋白分布在质膜外侧，GPI脂锚定膜蛋白分布在质膜外侧。
研究膜蛋白的分析技术
低温电镜、X射线晶体衍射技术、电镜三维重构
研究膜蛋白的难处
1、表达量低
2、分离纯化困难
3、难以形成三维晶体
细胞膜流动性பைடு நூலகம்
胆固醇含量减低，脂肪酸链短，不饱和度高，相变温度低，PC/SM比例高，流动性大（胆固醇即可增强流动性，又可降低流动性），由此可得流动性与胆固醇含量、脂肪酸链长短、饱和程度、PC/SM比值有关。
研究膜蛋白流动性（侧向运动）的实验
荧光抗体免疫标记细胞融合：用抗鼠细胞质膜蛋白的荧光抗体（绿色荧光）和抗人细胞质膜蛋白的荧光抗体（红色荧光）分别标记小鼠和人的细胞表面，然后用灭活的仙台病毒介导两种细胞融合，10min后，不同颜色的荧光开始在融合细胞的表面扩散，40min后分辨不出融合细胞表面的绿色荧光和红色荧光区域，两种荧光均匀的分布在融合细胞表面。这一实验证明膜蛋白在脂膜上的运动。
带3蛋白
band3 protein
是红细胞质膜Cl-/HCO3-阴离子运输的载体蛋白，带3蛋白的N末端伸向细胞质膜基质面折叠成不连续的水不溶性的区域，为膜支架蛋白提供结合位点，多次跨膜蛋白，内在膜蛋白
细胞质膜的功能
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，细胞与胞外基质之间的连接；6、质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构；7、膜蛋白的异常与某些遗传病、恶性肿瘤、自身免疫病甚至神经退行性疾病有关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标
lipid anchored protein
通过与之共价连接的脂分子插入膜的脂双分子层中，从而锚定在细胞质膜上。与脂肪酸结合的脂锚定蛋白分布在质膜内测，与糖脂结合的脂锚定蛋白分布在质膜外侧，GPI脂锚定膜蛋白分布在质膜外侧。
研究膜蛋白的分析技术
低温电镜、X射线晶体衍射技术、电镜三维重构
研究膜蛋白的难处
1、表达量低
2、分离纯化困难
3、难以形成三维晶体
细胞膜流动性பைடு நூலகம்
胆固醇含量减低，脂肪酸链短，不饱和度高，相变温度低，PC/SM比例高，流动性大（胆固醇即可增强流动性，又可降低流动性），由此可得流动性与胆固醇含量、脂肪酸链长短、饱和程度、PC/SM比值有关。
研究膜蛋白流动性（侧向运动）的实验
荧光抗体免疫标记细胞融合：用抗鼠细胞质膜蛋白的荧光抗体（绿色荧光）和抗人细胞质膜蛋白的荧光抗体（红色荧光）分别标记小鼠和人的细胞表面，然后用灭活的仙台病毒介导两种细胞融合，10min后，不同颜色的荧光开始在融合细胞的表面扩散，40min后分辨不出融合细胞表面的绿色荧光和红色荧光区域，两种荧光均匀的分布在融合细胞表面。这一实验证明膜蛋白在脂膜上的运动。
带3蛋白
band3 protein
是红细胞质膜Cl-/HCO3-阴离子运输的载体蛋白，带3蛋白的N末端伸向细胞质膜基质面折叠成不连续的水不溶性的区域，为膜支架蛋白提供结合位点，多次跨膜蛋白，内在膜蛋白
细胞质膜的功能
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，细胞与胞外基质之间的连接；6、质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构；7、膜蛋白的异常与某些遗传病、恶性肿瘤、自身免疫病甚至神经退行性疾病有关，很多膜蛋白可作为疾病治疗的药物靶标
第四章：细胞质膜
的脂双层中呈不均
匀分布，如：PC和
SM主要分布在外小
叶，PE和PS分布在
内小叶。
镰刀形红细胞与荧光标记的 annexinV共孵育的荧光显微镜照片
流式细胞仪检测到的PS暴露
于表面的红细胞的百分比
2，膜蛋白的不对称性 包括：整合蛋白插入的深度不同； 穿过蛋白质两侧的基团不同；
两侧表面边周蛋白的性质种类不同。
1，2：膜整合蛋白 3，4：脂锚定蛋白 5，6：外周蛋白
1、整合膜蛋白（integral membrane protein） 1）也称跨膜蛋白(transmembrane proteins)，为两 性分子，非极性区（疏水区）插在脂双层分子之间， 极性区（亲水区）则朝向膜的表面，占70%～80%。 2）主体穿过细胞膜脂双层，分为单次跨膜、多次跨 膜和多亚基跨膜蛋白三种。 3）单次跨膜蛋白肽链穿过脂双层一次，有胞外、胞 质和跨膜三个结构域，跨膜域含有20～30个疏水性 氨基酸，以α螺旋构象穿越脂双层。穿膜的方式包 括：
结合，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。
有时很难区分整合蛋白和外周蛋白，主要是因为一
个蛋白质可以由多个亚基构成，有的亚基为跨膜蛋
白，有的则结合在膜的外部。
附着
膜蛋白
膜蛋白
周边蛋白
周边蛋白
附着在其他膜蛋白上的周边蛋白
3、脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）
滑入细胞质或在脂肪双层翻转，也可能参与环境相互
作用，细胞识别。
二、细胞膜的特性 （一）膜的不对称性决定膜功能的方向性 膜组分分布不对称性与膜功能的不对称性，使生 命活动高度有序。 1、膜脂的不对称性 1）膜脂内外层化学组成不对称 2）不同膜性细胞器中脂类成分组成不同
第四章-细胞膜的结构
第一： 不同膜蛋白在脂双分子层
中的分布位置是不同的（如血影蛋 白只分布在内侧）。
第二： 膜蛋白在内外两层膜种数量不同。
第三： 膜蛋白穿越脂双层具有一定的方向性。
第四： 跨膜蛋白两个亲水端结构不同。
※膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面 功能的不对称性。
.
31
（二）膜的流动性(fluidity)是膜功能活动 的保证
（二）、膜蛋白的流动性
膜蛋白分子的运动方式 （1）侧向移动 （2）旋转运动
小鼠细胞
膜蛋白 (抗原）
人细胞
异核细胞 小鼠膜蛋白抗体 + 荧光素
小鼠膜蛋白抗体 + 小鼠膜蛋白（抗原）
人膜蛋白抗体 + 罗丹明
人膜蛋白抗体+ 人膜蛋白（抗原） 孵育（37℃，40分钟）
光 脱 色 恢 复 技 术 （
）
Fluorescence recovery after photobleaching
外在膜蛋白（20 ～30%） (extrinsic membrane protein)
脂锚定蛋白 (lipid anchored protein)
.
22
.
23
.
24
去垢剂
SDS Triton X-100
.
25
（三 ）存在于质膜表面的糖脂和糖蛋白
单糖或多聚糖 + 膜 脂
共价键
糖脂
单糖或多聚糖 + 膜蛋白
积相当于所用红细胞膜总面积的两倍,因而首次提出细胞 膜是由连续的脂双分子层组成的。
迄今为止，关于膜的几十种结构模型都是建立 在“脂双分子层”这一基础之上的。
一、片层结构模型
[夹层学说]
(lamella structure model)
中的分布位置是不同的（如血影蛋 白只分布在内侧）。
第二： 膜蛋白在内外两层膜种数量不同。
第三： 膜蛋白穿越脂双层具有一定的方向性。
第四： 跨膜蛋白两个亲水端结构不同。
※膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表面 功能的不对称性。
.
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（二）膜的流动性(fluidity)是膜功能活动 的保证
（二）、膜蛋白的流动性
膜蛋白分子的运动方式 （1）侧向移动 （2）旋转运动
小鼠细胞
膜蛋白 (抗原）
人细胞
异核细胞 小鼠膜蛋白抗体 + 荧光素
小鼠膜蛋白抗体 + 小鼠膜蛋白（抗原）
人膜蛋白抗体 + 罗丹明
人膜蛋白抗体+ 人膜蛋白（抗原） 孵育（37℃，40分钟）
光 脱 色 恢 复 技 术 （
）
Fluorescence recovery after photobleaching
外在膜蛋白（20 ～30%） (extrinsic membrane protein)
脂锚定蛋白 (lipid anchored protein)
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去垢剂
SDS Triton X-100
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（三 ）存在于质膜表面的糖脂和糖蛋白
单糖或多聚糖 + 膜 脂
共价键
糖脂
单糖或多聚糖 + 膜蛋白
积相当于所用红细胞膜总面积的两倍,因而首次提出细胞 膜是由连续的脂双分子层组成的。
迄今为止，关于膜的几十种结构模型都是建立 在“脂双分子层”这一基础之上的。
一、片层结构模型
[夹层学说]
(lamella structure model)
医学细胞生物学-04章 细胞膜与物质的穿膜运输
子组成 1935年，J. Danielli 和 H. Davson提出“片层结构模型” 1959年，J. D. Robertson提出“单位膜模型” 1972年，S.J. Singer和G. Nicolson提出“流动镶嵌模型” 1975年，Wallach提出“晶格镶嵌模型” 1977年，Jain和White 提出“板块镶嵌模型” 近年提出“脂筏模型”
医学细胞生物学
第四章 细胞膜与物质的穿膜运输
目录
1 第四章 细胞膜与物质穿膜运输 2 第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性 3 一、细胞膜的化学组成 4 二、细胞膜的生物学特性 5 三、细胞膜的分子结构模型
一、细胞膜的化学组成
（一）膜脂构成细胞膜的结构骨架
细胞膜上的脂类称为膜脂（membrane lipid)
2. 膜脂分子的运动方式
（1）侧向扩散
(lateral diffusion)
（2）翻转运动
(flip-flop)
（3）旋转运动
xion)
3. 影响膜脂流动性的因素
（1）脂肪酸链的饱和程度 脂双层中不饱和脂肪酸越多，膜脂流动性越大
（2）脂肪酸链的长短 脂肪酸链越短，膜脂流动性越大
（一）片层结构模型具有三层夹板式结构特点
蛋白质-磷脂-蛋白质三层夹板式结构
（二）单位膜模型体现膜形态结构的共同特点
细胞膜在电镜下呈现 “两暗夹—明”的单位膜结构
（三）流动镶嵌模型是被普遍接受的模型
脂双层构成膜的连贯主体，它具有晶体分子排列 的有序性，又具有液体的流动性。膜中蛋白质分 子以不同形式与脂双分子层结合。强调了膜的流 动性和膜蛋白的不对称性。
（3）胆固醇的双重调节作用 相变温度以上，限制膜的流动性，稳定质膜； 相变温度以下，防止脂肪酸链相互凝聚，干扰晶态形成
医学细胞生物学
第四章 细胞膜与物质的穿膜运输
目录
1 第四章 细胞膜与物质穿膜运输 2 第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性 3 一、细胞膜的化学组成 4 二、细胞膜的生物学特性 5 三、细胞膜的分子结构模型
一、细胞膜的化学组成
（一）膜脂构成细胞膜的结构骨架
细胞膜上的脂类称为膜脂（membrane lipid)
2. 膜脂分子的运动方式
（1）侧向扩散
(lateral diffusion)
（2）翻转运动
(flip-flop)
（3）旋转运动
xion)
3. 影响膜脂流动性的因素
（1）脂肪酸链的饱和程度 脂双层中不饱和脂肪酸越多，膜脂流动性越大
（2）脂肪酸链的长短 脂肪酸链越短，膜脂流动性越大
（一）片层结构模型具有三层夹板式结构特点
蛋白质-磷脂-蛋白质三层夹板式结构
（二）单位膜模型体现膜形态结构的共同特点
细胞膜在电镜下呈现 “两暗夹—明”的单位膜结构
（三）流动镶嵌模型是被普遍接受的模型
脂双层构成膜的连贯主体，它具有晶体分子排列 的有序性，又具有液体的流动性。膜中蛋白质分 子以不同形式与脂双分子层结合。强调了膜的流 动性和膜蛋白的不对称性。
（3）胆固醇的双重调节作用 相变温度以上，限制膜的流动性，稳定质膜； 相变温度以下，防止脂肪酸链相互凝聚，干扰晶态形成
细胞生物学第四章 细胞膜
一个膜蛋白可结合多 个糖链；一个膜脂分 子只结合一个糖链
电镜
二、细胞膜的分子结构
液态镶嵌模型。
脂筏(lipid raft)模型
1.富含胆固醇和鞘磷脂，
载有蛋白质
2.脂筏流动性较低 3.脂筏是很多信号蛋白 的汇聚地
脂筏中的胆固醇就像胶水一样，它对具 有较长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
膜性结构包括： 内质网 高尔基复合体 溶酶体 过氧化酶体 核膜 小泡、液泡等 线粒体 细胞膜
胞内膜包括： 内质网 高尔基复合体 溶酶体 过氧化酶体 核膜 小泡、液泡等 线粒体
(一)脂双层
1.组成：磷脂、糖脂和胆固醇 2.不对称性 3. 流动性
极性头部
非极性尾部
（14C-24C）
膜脂是兼性分子，能自动形成脂质双分子层
第一节细胞膜的化学组成与分子结构
糖 脂双层
一、化学组成
(一)脂双层
(二)蛋白质 (三)糖类
蛋白质
思考题
1、生物膜主要由哪些分子组成？
２、膜蛋白有哪些类型？
３、什么是细胞膜的液态镶嵌模型？
４、影响膜不对称性和流动性的因素。
5、解释并区别： 单位膜 ／ 生物膜
内膜系统/细胞内膜
糖萼
关于“膜”的几个概念：
小分子物质的跨膜运输顺浓度梯度逆浓度梯度载体蛋白介导不需要介导蛋白需要介导蛋白载体蛋白介导通道蛋白介导物质的跨膜运输小结内吞作用外吐作用吞噬作用吞饮作用受体介导的内吞作用大分子和颗粒物质的跨膜运输思考题
什么是细胞膜？
横 切 面
暗线
2nm
3.5nm 2nm
明线 暗线
最大分辨率0.2um
电镜
第四章 细胞膜
电镜
二、细胞膜的分子结构
液态镶嵌模型。
脂筏(lipid raft)模型
1.富含胆固醇和鞘磷脂，
载有蛋白质
2.脂筏流动性较低 3.脂筏是很多信号蛋白 的汇聚地
脂筏中的胆固醇就像胶水一样，它对具 有较长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
膜性结构包括： 内质网 高尔基复合体 溶酶体 过氧化酶体 核膜 小泡、液泡等 线粒体 细胞膜
胞内膜包括： 内质网 高尔基复合体 溶酶体 过氧化酶体 核膜 小泡、液泡等 线粒体
(一)脂双层
1.组成：磷脂、糖脂和胆固醇 2.不对称性 3. 流动性
极性头部
非极性尾部
（14C-24C）
膜脂是兼性分子，能自动形成脂质双分子层
第一节细胞膜的化学组成与分子结构
糖 脂双层
一、化学组成
(一)脂双层
(二)蛋白质 (三)糖类
蛋白质
思考题
1、生物膜主要由哪些分子组成？
２、膜蛋白有哪些类型？
３、什么是细胞膜的液态镶嵌模型？
４、影响膜不对称性和流动性的因素。
5、解释并区别： 单位膜 ／ 生物膜
内膜系统/细胞内膜
糖萼
关于“膜”的几个概念：
小分子物质的跨膜运输顺浓度梯度逆浓度梯度载体蛋白介导不需要介导蛋白需要介导蛋白载体蛋白介导通道蛋白介导物质的跨膜运输小结内吞作用外吐作用吞噬作用吞饮作用受体介导的内吞作用大分子和颗粒物质的跨膜运输思考题
什么是细胞膜？
横 切 面
暗线
2nm
3.5nm 2nm
明线 暗线
最大分辨率0.2um
电镜
第四章 细胞膜
细胞生物学 第四章细胞质膜
蛋白与膜的结合方式 ①、②整合蛋白；③、④脂锚定蛋白；⑤、⑥外周蛋白
（一）内在蛋白（integral proteins）
内在蛋白又称为整合蛋白，以不同程度嵌入脂双层的内部 ，有的为全跨膜蛋白（tansmembrane proteins）。膜蛋白为
两性分子。它与膜结合非常紧密，只有用去垢剂（detergent）
5.血型糖蛋白(glycophorin ) 血型糖蛋白又称涎糖蛋白(sialo glycoprotein),因 它富含唾液酸。血型糖蛋白是第一个被测定氨 基酸序列的蛋白质,有几种类型，包括A、B、C、 D。血型糖蛋白B、C、D在红细胞膜中浓度较 低。血型糖蛋白A是一种单次跨膜糖蛋白, 由 131个氨基酸组成, 其亲水的氨基端露在膜的外 侧, 结合16个低聚糖侧链。血型糖蛋白的基本 功能可能是在它的唾液酸中含有大量负电荷,防 止了红细胞在循环过程中经过狭小血管时相互 聚集沉积在血管中。
才能从膜上洗涤下来，常用SDS和Triton-X100。
内在蛋白的跨膜结构域形成亲水通道有两种形式，一是由多
个α螺旋组成亲水通道；二是由β折叠组成亲水通道。
内在蛋白与脂膜的结合方式：
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。
跨膜结构域两端带正电荷的aa残基与磷脂分子带负电的
极 性头形成离子键，或带负电的氨基酸残基通过Ca2+、Mg2+等 阳离子与带负电的磷脂极性头相互作用。 膜蛋白在细胞质基质一侧的半胱氨酸残基上共价结合脂肪 酸分子,插入脂双层之间, 还有少数蛋白与糖脂共价结合。
细胞融合技术观察蛋白质运动
光脱色恢复技术（FRAP）
4．膜流动性的意义
质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如 跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫 、细胞分化以及激素的作用等等都与膜的流动性密切 相关。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活 动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造
细胞膜的结构和功能
细胞膜的结构和功能细胞膜是细胞的外界和细胞内各组分之间的分隔膜，它起到筛选物质以维持细胞内稳定环境的作用。
细胞膜是由脂质双层和蛋白质构成的。
本文将详细介绍细胞膜的结构和功能。
一、细胞膜的结构细胞膜主要由磷脂和蛋白质构成。
磷脂双层是细胞膜最主要的组分，它由疏水性的脂肪酸尾部和亲水性的磷酸头部组成。
这样的结构使得细胞膜具有疏水性，在细胞内外形成了有效的屏障。
蛋白质则嵌入在磷脂双层中，有些蛋白质负责物质的运输和通道的形成，有些则参与细胞信号传导和识别。
除了磷脂和蛋白质，细胞膜还含有其他分子，如胆固醇。
胆固醇是细胞膜中的重要组分，它可以增加细胞膜的稳定性和流动性。
二、细胞膜的功能1. 细胞膜的物质运输功能细胞膜通过不同的转运蛋白质和离子通道调节物质的进出。
主要有主动转运和被动转运两种方式。
主动转运是指细胞膜通过蛋白质的载体来将物质从低浓度区域转运到高浓度区域，需要消耗能量。
被动转运是指物质在浓度梯度的驱动下，通过膜蛋白通道自由扩散进出细胞。
2. 细胞膜的信号传导功能细胞膜上的受体蛋白质可以感知外界的信号，并通过信号传导通路将这些信号传递至细胞内部。
这种信号传导可以触发细胞内各种反应和调节细胞的生理状态。
3. 细胞膜的结构支持功能细胞膜不仅仅是一层屏障，它还为细胞提供了形状和支持。
细胞膜由于含有大量的蛋白质，使得细胞膜具有弹性。
这使得细胞能够在形态改变中维持细胞膜的完整性。
4. 细胞膜的识别功能细胞膜上的特定蛋白质负责与外界物质的结合和识别。
这些蛋白质可以通过与其他分子的结合来调节细胞内的反应和进程。
细胞膜的结构和功能在细胞生物学中起着重要作用。
通过控制物质的进出，细胞膜保持了细胞内外环境的稳定性。
同时，细胞膜也是细胞与外界进行物质交换和信息传递的关键接口。
总结：细胞膜是细胞的外界和细胞内组分分隔的膜结构，由磷脂和蛋白质构成。
细胞膜的功能包括物质运输、信号传导、结构支持和识别等。
细胞膜的结构和功能的理解对于揭示细胞的生理过程和发展重要作用。
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质膜下的表层溶胶中具有细胞骨架成分组成的网络 结构，除对质膜有支持作用外，还与维持质膜的功 能有关，所以这部分细胞骨架又称为膜骨架。
细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表面。
细胞膜的功能
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,包括代谢底物的输入与代
谢主物的排出; 3.提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息的跨
鞘 胺 醇
半乳糖苷脂
糖脂分子
整理版
16
膜脂在水溶液中自动形成双层
脂分子团
脂双分子层
水
水
脂质体 (liposome)
整理版
19
(二)膜蛋白执行细胞膜的多种功能
蛋白质是生命功能的____? 膜蛋白有何功能? 如何分类?
整理版
20
内在膜蛋白（70～80%） (intrinsic membrane protein)
整理版
28
细 胞 外 表 面 ES
细
生
面
质
小
页
断
面
整理版
29
1、膜脂分布的不对称性
磷脂
磷脂酰胆碱 和 鞘磷脂多分布在细胞膜的外层（非胞质面）
磷脂酰乙醇胺 和 磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜的内层（胞质面）
∵ 磷脂酰丝氨酸带有负电荷，∴细胞膜内层负电荷多于外层。
糖脂
全部分布在膜的非胞质面。
外在膜蛋白（20 ～30%） (extrinsic membrane protein)
脂锚定蛋白 (lipid anchored protein)
整理版
22
整理版
23
整理版
24
去垢剂
SDS Triton X-100
整理版
25
（三 ）存在于质膜表面的糖脂和糖蛋白
单糖或多聚糖 + 膜 脂
共价键
（二）、膜蛋白的流动性
膜蛋白分子的运动方式 （1）侧向移动 （2）旋转运动
小鼠细胞
膜蛋白 (抗原）
人细胞
异核细胞 小鼠膜蛋白抗体 + 荧光素
小鼠膜蛋白抗体 + 小鼠膜蛋白（抗原）
整理版
30
2、膜蛋白分布的不对称性
第一： 不同膜蛋白在脂双分子层
中的分布位置是不同的（如血影蛋 白只分布在内侧）。
第二： 膜蛋白在内外两层膜种数量不同。
第三： 膜蛋白穿越脂双层具有一定的方向性。
第四： 跨膜蛋白两个亲水端结构不同。
※膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表 面功能的不对称性。
整理版
31
（二）膜的流动性(fluidity)是膜功能活动 的保证
主要是指由膜脂和蛋白质的分子运动。
1、膜脂双分子层是二维流体
脂质分子层即有分子排列的有序性，又有液体 的流动性
液晶态
常态下
晶态
低温下
整理版
33
2、膜脂分子的运动
侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分子交换 旋伸翻摆转 缩位旋转动运 震置转运运动 荡。异动动：运构：：围动化膜围绕：运脂绕与脂动分与膜 肪：子膜平 酸脂从平面 链肪脂面垂 进酸双垂直 行链层直的 伸围的的轴 缩绕一轴进震C层进行荡-C翻行快运键转左速动旋到右旋。转另摆转。动。。
整理版
9
（一） 膜脂(membrane lipid)--生物膜骨架
生物膜上的脂类统称膜脂。
磷脂 膜 脂 胆固醇
糖脂
均为双亲性分子
既有亲水性一端，又有 疏水性一端的分子。
1、磷脂构成膜脂的基 本成分
约占50%以上，可分为甘油磷脂和鞘磷脂两种
整理版
12
极
磷脂酰胆碱（卵磷脂）
性 头
★
磷
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
膜传递; 4.为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有
序地进行; 5.介导细胞与细胞,细胞与基质之间的连接; 6.参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构.
整理版
5
第一节细胞膜的化学组成和分子结构
整理版
6
生 脂类、蛋白质、糖类 ——主要成分
物
膜 水、无机盐、金属离子 —少量成分
蛋白质/脂类 :在不同种类生物膜中有所不同。
样品经冰冻断裂处理后，细胞膜可从脂双层中央断开，各断面命 名为：ES，细胞外表面（extrocytoplasmic surface）；EF，细 胞 外 小 页 断 面 （ extrocytoplasmic face ） ； PS ， 原 生 质 表 面 （ protoplasmic surface ） ； PF ， 原 生 质 小 页 断 面 （protoplasmic face） 。
一般地说：功能多而复杂的膜，蛋白质/脂类 大； 功能少而简单的膜，蛋白质/脂类 小。
各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比
膜的种类
蛋白质/脂类
神经髓鞘(轴突部分的细胞膜） 血小板 Hela细胞 红细胞膜 线粒体内膜
0.23 0.7 1.5 1.5-4 3.2
一、化学组成
一、形成生物膜的基本骨架的膜脂 二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合 三 存在于质膜表面的糖脂和糖蛋白
一层。
侧向移动 旋转运动
摆动
伸缩振动 翻转运动 旋转异构
影响膜脂流动性的因素
★1.脂肪酸链的饱和程度 饱和程度高，流动性小
饱和程度低，流动性大
★2.脂肪酸链的长度
链长，流动性小 链短，流动性大
3.胆固醇的影响
调节膜的流动性
4.卵磷脂/鞘磷脂的比例
此比例小，流动性小 此比例大，流动性大
5.其它因素
环境温度，内在膜蛋白的含量
第四章 细胞膜的结构
前言
整理版
2
质膜（plasma membrane）包在细胞外面所以又称 细胞膜。围绕各种细胞器的膜，称为细胞内膜。
质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有 相似性，故总称为生物膜（biomembrane）。生物 膜是细胞进行生命活动的重要物质基础。
质膜表面寡糖链形成细胞外被（cell coat）或糖萼 （glycocalyx）。
部 （ 亲
脂
磷脂酰丝氨酸
水 性
鞘磷脂
）
非
极
性
尾
鞘
部 （
胺
疏
醇
水
性
）
整理版
X
13
2、胆固醇—加强膜的稳定性、调节膜的流动性
极 性
固
头
醇
部
环
结
构
非
极
性
尾
部
3、糖脂主要位于质膜的非胞质面
由脂类和寡糖类组成
动物的为鞘氨醇的衍 生物。
植物的为卵磷脂衍生 的糖脂
常见糖脂：脑苷脂 （最简单）；神经节苷 脂（最复杂）
糖脂
单糖或多聚糖 + 膜蛋白
共价键
糖蛋白
细胞外被 细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在
一起，形成一层外被，称细胞外被或糖萼。
（糖萼）
细 胞 外 被
脂 双 层
膜 蛋 白
细胞内
二、 细胞膜的特性
——不对称性和流动性
（一）膜的不对称性决定膜功能的方向性
细胞膜中各种成分分布是不均匀的，包括种类和数量上都有很 大差异，称为膜的不对称性。
细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表面。
细胞膜的功能
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,包括代谢底物的输入与代
谢主物的排出; 3.提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息的跨
鞘 胺 醇
半乳糖苷脂
糖脂分子
整理版
16
膜脂在水溶液中自动形成双层
脂分子团
脂双分子层
水
水
脂质体 (liposome)
整理版
19
(二)膜蛋白执行细胞膜的多种功能
蛋白质是生命功能的____? 膜蛋白有何功能? 如何分类?
整理版
20
内在膜蛋白（70～80%） (intrinsic membrane protein)
整理版
28
细 胞 外 表 面 ES
细
生
面
质
小
页
断
面
整理版
29
1、膜脂分布的不对称性
磷脂
磷脂酰胆碱 和 鞘磷脂多分布在细胞膜的外层（非胞质面）
磷脂酰乙醇胺 和 磷脂酰丝氨酸多分布在细胞膜的内层（胞质面）
∵ 磷脂酰丝氨酸带有负电荷，∴细胞膜内层负电荷多于外层。
糖脂
全部分布在膜的非胞质面。
外在膜蛋白（20 ～30%） (extrinsic membrane protein)
脂锚定蛋白 (lipid anchored protein)
整理版
22
整理版
23
整理版
24
去垢剂
SDS Triton X-100
整理版
25
（三 ）存在于质膜表面的糖脂和糖蛋白
单糖或多聚糖 + 膜 脂
共价键
（二）、膜蛋白的流动性
膜蛋白分子的运动方式 （1）侧向移动 （2）旋转运动
小鼠细胞
膜蛋白 (抗原）
人细胞
异核细胞 小鼠膜蛋白抗体 + 荧光素
小鼠膜蛋白抗体 + 小鼠膜蛋白（抗原）
整理版
30
2、膜蛋白分布的不对称性
第一： 不同膜蛋白在脂双分子层
中的分布位置是不同的（如血影蛋 白只分布在内侧）。
第二： 膜蛋白在内外两层膜种数量不同。
第三： 膜蛋白穿越脂双层具有一定的方向性。
第四： 跨膜蛋白两个亲水端结构不同。
※膜脂和膜蛋白分布的不对称性决定了膜内外表 面功能的不对称性。
整理版
31
（二）膜的流动性(fluidity)是膜功能活动 的保证
主要是指由膜脂和蛋白质的分子运动。
1、膜脂双分子层是二维流体
脂质分子层即有分子排列的有序性，又有液体 的流动性
液晶态
常态下
晶态
低温下
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33
2、膜脂分子的运动
侧向扩散运动：同一平面上相邻的脂分子交换 旋伸翻摆转 缩位旋转动运 震置转运运动 荡。异动动：运构：：围动化膜围绕：运脂绕与脂动分与膜 肪：子膜平 酸脂从平面 链肪脂面垂 进酸双垂直 行链层直的 伸围的的轴 缩绕一轴进震C层进行荡-C翻行快运键转左速动旋到右旋。转另摆转。动。。
整理版
9
（一） 膜脂(membrane lipid)--生物膜骨架
生物膜上的脂类统称膜脂。
磷脂 膜 脂 胆固醇
糖脂
均为双亲性分子
既有亲水性一端，又有 疏水性一端的分子。
1、磷脂构成膜脂的基 本成分
约占50%以上，可分为甘油磷脂和鞘磷脂两种
整理版
12
极
磷脂酰胆碱（卵磷脂）
性 头
★
磷
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
膜传递; 4.为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有
序地进行; 5.介导细胞与细胞,细胞与基质之间的连接; 6.参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构.
整理版
5
第一节细胞膜的化学组成和分子结构
整理版
6
生 脂类、蛋白质、糖类 ——主要成分
物
膜 水、无机盐、金属离子 —少量成分
蛋白质/脂类 :在不同种类生物膜中有所不同。
样品经冰冻断裂处理后，细胞膜可从脂双层中央断开，各断面命 名为：ES，细胞外表面（extrocytoplasmic surface）；EF，细 胞 外 小 页 断 面 （ extrocytoplasmic face ） ； PS ， 原 生 质 表 面 （ protoplasmic surface ） ； PF ， 原 生 质 小 页 断 面 （protoplasmic face） 。
一般地说：功能多而复杂的膜，蛋白质/脂类 大； 功能少而简单的膜，蛋白质/脂类 小。
各种生物膜中蛋白质与脂类的含量比
膜的种类
蛋白质/脂类
神经髓鞘(轴突部分的细胞膜） 血小板 Hela细胞 红细胞膜 线粒体内膜
0.23 0.7 1.5 1.5-4 3.2
一、化学组成
一、形成生物膜的基本骨架的膜脂 二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合 三 存在于质膜表面的糖脂和糖蛋白
一层。
侧向移动 旋转运动
摆动
伸缩振动 翻转运动 旋转异构
影响膜脂流动性的因素
★1.脂肪酸链的饱和程度 饱和程度高，流动性小
饱和程度低，流动性大
★2.脂肪酸链的长度
链长，流动性小 链短，流动性大
3.胆固醇的影响
调节膜的流动性
4.卵磷脂/鞘磷脂的比例
此比例小，流动性小 此比例大，流动性大
5.其它因素
环境温度，内在膜蛋白的含量
第四章 细胞膜的结构
前言
整理版
2
质膜（plasma membrane）包在细胞外面所以又称 细胞膜。围绕各种细胞器的膜，称为细胞内膜。
质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有 相似性，故总称为生物膜（biomembrane）。生物 膜是细胞进行生命活动的重要物质基础。
质膜表面寡糖链形成细胞外被（cell coat）或糖萼 （glycocalyx）。
部 （ 亲
脂
磷脂酰丝氨酸
水 性
鞘磷脂
）
非
极
性
尾
鞘
部 （
胺
疏
醇
水
性
）
整理版
X
13
2、胆固醇—加强膜的稳定性、调节膜的流动性
极 性
固
头
醇
部
环
结
构
非
极
性
尾
部
3、糖脂主要位于质膜的非胞质面
由脂类和寡糖类组成
动物的为鞘氨醇的衍 生物。
植物的为卵磷脂衍生 的糖脂
常见糖脂：脑苷脂 （最简单）；神经节苷 脂（最复杂）
糖脂
单糖或多聚糖 + 膜蛋白
共价键
糖蛋白
细胞外被 细胞外表的糖链与该细胞分泌出来的糖蛋白等粘附在
一起，形成一层外被，称细胞外被或糖萼。
（糖萼）
细 胞 外 被
脂 双 层
膜 蛋 白
细胞内
二、 细胞膜的特性
——不对称性和流动性
（一）膜的不对称性决定膜功能的方向性
细胞膜中各种成分分布是不均匀的，包括种类和数量上都有很 大差异，称为膜的不对称性。