细胞膜的分子结构
细胞膜的结构与功能
细胞连接分 为紧密连接、 间隙连接和 桥粒三种类 型
紧密连接和 间隙连接在 细胞膜上形 成通道，便 于物质通过
桥粒在细胞 间形成稳定 的连接，有 助于细胞间 的机械支持 和信号传导
细胞膜与疾病的关
4
系
细胞膜异常与疾病的发生
细胞膜异常可能导致细胞功能紊乱，引发疾病 细胞膜异常可能导致细胞信号传导异常，引发疾病 细胞膜异常可能导致细胞凋亡异常，引发疾病 细胞膜异常可能导致细胞免疫功能异常，引发疾病
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应用：研究细胞膜上的蛋白质、脂 质和糖分子的分布和功能
局限性：需要标记荧光分子，可能 影响细胞膜的正常功能
原子力显微镜技术
原理：利用原子力显微镜（AFM）对细胞膜进行高分辨率成像 特点：非破坏性、实时、动态 应用：研究细胞膜的结构、成分和功能 局限性：需要专业的操作人员和昂贵的设备
细胞膜与药物的作用机制
细胞膜是药物进 入细胞的主要途 径
药物通过细胞膜 的机制包括被动 扩散、主动运输 和受体介导的内 吞作用
药物与细胞膜上 的受体结合，引 发信号传导，从 而影响细胞的功 能
药物对细胞膜的 影响可能导致细 胞功能异常，进 而引发疾病
细胞膜作为药物靶点
细胞膜上的受体： 药物可以与之结 合，产生生物效 应
膜片钳技术
应用：研究细胞膜的离子通 道、受体和转运蛋白等
原理：利用微电极插入细胞 膜，测量细胞膜上的电位变 化
优点：可以实时监测细胞膜 上的生理活动
局限性：需要高超的实验技 巧和昂贵的设备
光学干涉技术
原理：利用光 波干涉现象， 通过测量光波 的相位差来获 取细胞膜的结
构信息
应用：用于研 究细胞膜的厚 度、形貌和成
细胞膜的结构和功能
细胞膜的结构和功能细胞膜是植物细胞和动物细胞最外层的一层薄膜，是细胞内和外环境之间的一个重要隔离器。
它具有许多复杂的结构和功能，包括细胞识别、信号传递、物质转运、细胞增长和分裂等。
本文将从细胞膜的结构和功能两个方面来介绍这个神奇的细胞器官。
一、细胞膜的结构细胞膜由磷脂双层、蛋白质和胆固醇等组成。
其中磷脂分子占据了细胞膜的主体，负责形成磷脂双层。
磷脂是由一个疏水的脂肪酸尾部和一个亲水的磷酸头部组成的。
这种结构使得磷脂分子可以形成一个双层，其中疏水尾部朝内，亲水头部朝外。
这样的结构使细胞膜能够隔离细胞内和外的环境，同时也能够在细胞内和外之间传递物质和信息。
在磷脂双层中还有一些重要的蛋白质存在。
这些蛋白质负责细胞膜的许多功能，包括传递信息、运输物质、形成通道等。
其中有些蛋白质是可以在细胞膜上来回移动的，这样就使得它们可以在不同的位置工作，从而更有效地完成它们的功能。
除了磷脂和蛋白质外，细胞膜还含有一些其他的物质，如胆固醇。
胆固醇分子通常在磷脂双层中随机分布，它们可以增加细胞膜的稳定性，同时也可以减少细胞膜的流动性。
这对于细胞的功能和结构都是很重要的。
二、细胞膜的功能细胞膜是细胞内和外环境之间的一个隔离器，但它也具有一些其他的重要功能。
其中一个最重要的功能是信号传递。
细胞膜上有一些能够接受信息的受体蛋白质，它们可以识别特定的信号分子，将这些信号传递到细胞内部。
这样的信号传递过程是细胞生物学中非常重要的一个部分，它涉及到许多不同的分子和途径，如离子通道、光敏反应、内分泌系统等。
另一个细胞膜的重要功能是物质转运。
细胞内和外必须不断地交换物质才能维持生命活动的正常进行。
细胞膜可以通过不同的通道和载体蛋白质来实现物质输送。
其中一种非常重要的通道是离子通道，它允许离子在细胞膜上通过液体，从而维持细胞内的电位差和水平衡。
此外，还有一些载体蛋白质可以通过转运作用将物质从细胞内部输送到细胞外面，或者相反。
细胞膜还参与了许多其他的生命活动。
细胞膜的结构模型与细胞功能
膜外在蛋白
通过离子键、氢键与脂质分子或膜表面的蛋白质结合。多数 分布在内表面。
三、存在于质膜表面糖脂和糖蛋白
分布： 呈树枝状突出在膜脂外
糖蛋白glycoprotein
表面或内膜系统的腔面。
细胞外被
分布于细胞膜的非胞质面，能吸附水 分，形成粘性表面，对细胞有保护作 用，参与细胞识别和粘附作用。
糖脂glycolipid
⑤作为转运蛋白质或载体蛋白、通道蛋白质和膜泵与细胞膜的 物质转运功能有关。
糖类
功能： ❖ ① 免疫标志 ❖ ② 传递信息
2、细胞膜的物质转运功能
简单扩散（Simple diffusion） 易化扩散（Faciliated diffusion） 主动转运（Active transport） 入胞和出胞作用（Endocytosis and Exocytosis）
膜脂是膜的基本骨架， 膜蛋白是膜功能的主要体现者。
一、形成生物膜基本骨架的膜脂
（一）膜脂是两亲性分子
膜脂：磷脂，胆固醇，糖脂
1.磷脂
构成细胞膜的基本成分
头部：极性、亲水性
磷脂酰碱基
尾部：非极性、疏水性
两条脂肪酸链
磷脂的分子结构模型
碱基 头部 磷酸
甘油
尾部 脂肪酸
几种磷脂
磷脂酰乙醇胺
磷脂酰丝氨酸
磷脂酰胆碱 磷脂酰肌醇
膜脂
蛋白质
其它模型
*晶格镶嵌模型（1975年） *板块镶嵌模型（1977年）
细胞膜的功能
1、细胞膜的结构特点 2、细胞膜的物质转运功能 3、细胞膜的受体功能 4、其他功能
1、细胞膜的结构特点
“液态镶嵌模型” （Fluid mosaic model ）
第四章-细胞膜的结构
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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22
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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)
细胞膜结构解析
细胞膜结构解析细胞膜是细胞内部与外界环境之间的分隔屏障，它负责控制物质的出入和细胞内外环境的沟通。
细胞膜的结构非常精密，由多种不同的分子组成，包括脂质、蛋白质和糖类等。
下面将对细胞膜的结构进行详细解析。
一、脂质双层细胞膜的主要组成部分是脂质双层。
脂质分子是由亲水性的头部和疏水性的尾部组成，头部朝向细胞外，尾部相互相对。
这种排列形成了一个类似于两层石墨烯的结构，称之为脂质双层。
脂质双层在细胞膜的形成中起到了关键作用，它使细胞膜具有了独特的生物学功能。
二、蛋白质细胞膜上存在着大量的蛋白质，这些蛋白质在细胞的各种生物学过程中发挥着重要的作用。
根据蛋白质的位置和功能，可以将细胞膜上的蛋白质分为跨膜蛋白质和周边膜蛋白质。
1. 跨膜蛋白质跨膜蛋白质是指穿过整个细胞膜的蛋白质。
它们的一个端部位于细胞内，另一个端部位于细胞外。
跨膜蛋白质可以通过不同的方式穿越脂质双层，包括α-螺旋结构和β-折叠结构等。
这些跨膜蛋白质可以作为通道，控制物质的进出；也可以作为受体，接收外界信号。
2. 周边膜蛋白质周边膜蛋白质附着在细胞膜的内部或外部表面，并与脂质双层相互作用。
它们通过与其他蛋白质或信号分子结合，参与细胞的信号传导和调控等生物学过程。
三、糖类细胞膜上还存在着一些糖类物质，它们与蛋白质结合形成糖蛋白或与脂质结合形成糖脂。
这些糖类物质称为糖基，可以参与细胞的识别和信号传导等功能。
糖基通过与其他细胞或病原体表面的分子结合，起到识别和粘附的作用。
四、细胞膜的功能细胞膜作为细胞的保护壁垒和信息传递的媒介，具有多种重要的生物学功能。
1. 分隔功能细胞膜能够将细胞内外环境分隔开，阻止细胞内部物质的泄漏，并控制物质的进出。
通过细胞膜的选择性通透性，细胞能够自由地吸收和排出物质，以维持细胞内外环境的平衡。
2. 信号传导功能细胞膜上的蛋白质和糖类能够与外界分子结合，接收和传递信号。
这些信号可以是化学物质、光线、温度等刺激，通过细胞膜传递到细胞内部，触发一系列生物学反应。
组织胚胎学填空题
组织胚胎学填空题1．人体的四种基本组织是上皮组织、结缔组织、肌肉组织和神经组织。
2．常用的组织标本制作方法有切片、涂片、铺片和磨片。
3．细胞膜的化学成分主要为脂类、蛋白质和少量糖类。
细胞膜的分子结构是脂质双分子层和蛋白质排列成的液态膜。
细胞膜中的蛋白质有两种，一种被称为表面蛋白、另一种被称为嵌入蛋白。
这些蛋白质的功能主要为物质交换、受体载体、胞吐胞吞、酶、细胞收缩及变形运动、免疫。
4．散在于细胞质内具有特定形态结构和功能的有形成分称细胞器。
它们主要包括线粒体、核糖体、内质网、高尔基复合体、溶酶体、微丝、微管、中间丝、中心粒。
5．内质网可因表面附着核糖体而称为粗面内质网，功能为合成与分泌蛋白质。
另一种因表面光滑而被称为滑面内质网，其功能为合成类固醇、合成脂质、参与解毒和药物代谢、胆汁生成、灭活激素、参与肌细胞的收缩。
6．参与形成溶酶体的细胞器主要是高尔基复合体。
为细胞提供能量的细胞器为线粒体。
构成细胞骨架的结构有4个，它们分别被称为微管、微丝、中间丝、微梁网格。
7．在HE染色的切片中，可见到细胞核中有紫蓝色块状或点状的结构，称为异染色质。
在电镜下，它是因染色质链高度集缩而形成的，细胞核中另一部分因其低度集缩甚至完全伸展的染色质超过光镜的分辨率而在光镜下看不见，称为常染色质。
这些紫蓝色结构的主要功能为携带遗传信息。
8．上皮细胞是由大量排列紧密的细胞和少量的细胞间质组成。
上皮细胞具有极性，可分为游离面和基底面。
上皮组织一般无血管分布。
根据功能和分布可将上皮分为被覆上皮、腺上皮和感觉上皮。
9．被覆上皮是根据细胞层次和细胞形态分类的。
衬贴于心脏和血管等腔面的单层扁平上皮称为内皮。
分布于胸膜、腹膜和心包膜表面的单层扁平上皮称为间皮。
10．根据上皮分类原则，小肠粘膜上皮属于单层柱状上皮，柱状细胞间夹有杯状细胞。
输尿管粘膜上皮属于变移上皮。
食管黏膜上皮属于复层扁平上皮。
11．假复层纤毛柱状上皮有柱状细胞、梭形细胞和锥体形细胞组成。
细胞膜的基本结构和功能
细胞是构成人体最基本的结构和功能单位。
人体各器官和系统的功能活动都与组成该器官和系统的细胞群体密不可分。
人体内大约有1014个细胞，按其功能可分为两百余种。
人的细胞一般都很小，必须通过显微镜放大才能看到。
人卵细胞最大，直径约120 μm。
而小淋巴细胞直径只有6 μm左右。
细胞虽然大小和形态不同，但在结构上它们都是由细胞膜(cell membrane)、细胞质(cytoplasm)和细胞核(nuclear)三部分构成的。
一、细胞膜的分子结构模型细胞膜将细胞内容物与细胞周围的微环境分隔，构成细胞的屏障。
细胞膜的形成是生命物质由非细胞形态向细胞形态进化的重要转折，为生命活动提供了相对恒定的环境。
细胞膜与物质转运、信息传递、能量转移、兴奋传导和免疫功能等有密切关系，在细胞的代谢、生长和繁殖中有重要作用。
细胞膜结构和功能的异常可导致多种疾病发生。
细胞膜是包在细胞质表面的一层薄膜，也称质膜(plasma membrane)。
在电镜下观察可见细胞膜由三层结构组成：内、外两层较深，电子密度高；中间层电子密度低，为透明层。
这三层膜结构不仅普遍存在于细胞表面，而且细胞内的膜管系统一般也是由类似的三层膜结构构成的，故它是一般生物膜所具有的共同特征，又称单位膜(unit membrane)。
关于细胞膜的分子结构，目前被多数人认可的是“液态镶嵌模型”学说。
这一学说认为，细胞膜主要由液态脂质双分子层为基架，蛋白质镶嵌在其中构成。
一般来说，从重量上看蛋白质为脂质的4倍，从分子数看，脂质分子为蛋白质分子的10～100倍。
（一）液态脂质双分子层为基本骨架细胞膜脂质分子中，主要是磷脂（占脂质分子70％以上），其次为胆固醇（一般低于30％）。
根据脂质分子的理化特性，其头端是亲水极性基团，尾端是疏水的非极性基团。
将其放在水溶液中时，由于水分子是极性分子，亲水的极性头与水分子相互吸引，而疏水的非极性尾端则受到排斥。
因而在构成细胞膜时，亲水的头端在膜的内外两侧，而疏水的尾端在膜中间，即一些磷脂分子的头朝向细胞外液，另一些的头朝向细胞质，它们的尾部在膜中间，形成脂质双分子层(lipid bilayer)。
细胞膜
运输方式
简单扩散 被动运输
小分子物质穿膜运输
易化扩散
主动运输 胞饮 内吞 吞噬 胞吐 受体介导的内吞作用
大分子物质膜泡运输
第四节 细胞膜的功能 ⑷
被动运输（passive transport） ——物质顺浓度梯度，即由浓度高的一侧通过 膜运输到浓度低的一侧的穿膜扩散，不需要消 耗代谢能量。 ⑴ 简单扩散（simple diffusion） ——不需能量，不需专一的膜蛋白分子，顺浓 度梯度的穿膜扩散，也称单纯扩散或自由扩散。 如H2O、CO2、乙醇、尿素等。
主动运输
需要
需要
反
第四节 细胞膜的功能 ⑻
膜泡运输——以膜泡形式转移运输物质。 ⑴ 内吞（endocytosis） ——通过质膜运动将所要摄取的物质运输入胞的 过程。 质膜运动——质膜凹陷将所要摄取的液体或颗粒 物质包围于小的膜区内，逐渐成泡，然后脂双层融 合并箍断，形成胞内的独立小泡。
第四节 细胞膜的功能 ⑼
① 胞饮（ pinocytosis） ——小溶质分子或液体物质与质膜形成 பைடு நூலகம்小的内吞小泡，这种入胞作用叫胞饮，所形 成的囊泡叫胞饮体。 ② 吞噬（phagocytosis） ——细胞摄入较大的固体颗粒和分子 组合物的过程。这种内吞方式为各种变形的、 具有吞噬能力的细胞所特有。所形成的囊泡叫 吞噬体。
膜脂的分子运动
1 侧向扩散运动 2 旋转运动 3 摆动运动 4 伸缩震荡运动 5 翻转运动 6 旋转异构化运动
第三节 细胞膜的特性 ⑶
⒉ ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 影响因素： 脂肪酸链的长度 脂肪酸链的饱和度 环境温度 胆固醇 卵磷脂和鞘磷脂的比值 其它（PH，金属离子）
第三节 细胞膜的特性 ⑷
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占 磷 脂 总 量 的 百 分 数
胞质面磷脂层
膜蛋白、膜糖分布的不对称性
蛋白颗粒在内外 两层磷脂中的分 布不同
跨膜蛋白两亲脂的流动性
1. 侧向扩散 4. 伸缩震荡
2. 旋转运动 5.翻转运动
3. 摆动运动 6. 旋转异构
2、膜蛋白的运动性
人细胞
45分钟后
融合细胞
（四）晶格镶嵌模型
1、液态与晶态、有序
与无序之间变化；
2、强调流动的局部性。
（五）板块镶嵌模型
1、有序结构板块被无 序的流动板块分割； 2、板块流动性不同。
二、膜的理化特征
（一）膜的不对称性
膜脂分布的不对称性 膜蛋白分布的不对称性 膜糖分布的不对称性
功能的方向性
膜脂分布的不对称性
磷脂总量 外层磷脂层 神经磷脂 磷脂酰胆碱 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰乙醇胺
小鼠细胞
人-鼠细胞融合过程中膜蛋白的相互扩散运动
荧光素标记蛋白
激光漂白某一区域
荧光恢复
成帽反应
荧光漂白恢复法
3、影响膜流动性的因素
（1）脂肪酸链的长度和不饱和程度
（2）胆固醇与磷脂的比例 （3）卵磷脂与鞘磷脂的比例 （4）膜蛋白的影响 （5）其他因素（环境温度、pH等）
脂肪酸链的长度和不饱 和程度的影响
1902，Overton，细胞膜由脂类构成
冰冻蚀刻技术示意图
糖链 外层
磷脂
蛋白质 内层
（三） 液态镶嵌模型 fluid mosaic model
观点： 1、流动的脂双层构成 膜的连续主体； 流动性,有序性 2、球状蛋白质镶嵌在 脂双层中； 分布不对称性 缺陷： 忽视蛋白质对脂类流动性的控制； 忽视膜各部分流动性的不均一性。
第二节
细胞膜的分子结构
一、膜的分子结构模型
1977，Jain 等，板块镶嵌模型 1975，Wallach，晶格镶嵌模型 1972，S.J.Singer等，液态镶嵌模型 1959，Roberson，单位膜模型 1935，Denielli等，片层结构模型
1925，Gorter等， 膜由双层脂类构成
胆固醇的影响
膜蛋白的运动性受细胞内细胞骨架的控制
晶态
液晶态
液态
温度对膜流动性的影响