细胞质膜与跨膜运输A
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第三章细胞质膜与跨膜运输选择题1、膜胆固醇的组成与质膜的性质、功能有着密切的关系（D ）。
A、胆固醇可以防止膜磷脂氧化B、正常细胞恶变过程中，胆固醇/磷脂增加C、胆固醇/磷脂下降，细胞电泳迁移率变低D、在质膜相变温度以下，增加胆固醇，可以提高膜的流动性2、下列各组分中，可以通过自由扩散通过细胞质膜的一组物质是（B ）。
A、H2O、CO2、Na+B、甘油、O2、苯C、葡萄糖、N2、CO2D、蔗糖、苯、Cl-3、在培养的小鼠细胞中加少许胰岛素，可促进细胞分裂，这是因为（B ）。
A、胰岛素进入细胞所致B、胰岛素作用于膜受体，使胞内cAMP降低，cGMP升高C、胰岛素作用于膜受体，使cAMP升高，cGMP降低D、以上都不是4、质膜上特征性的酶是（D ）。
A、琥珀酸脱氢酶B、磷酸酶C、苹果酸合成酶D、Na+- K+ ATPase5、心肌梗塞的病因是一种遗传因素引起的膜受体障碍，影响了（C ）的运输。
A、高密度脂蛋白（HDL）B、极高密度脂蛋白C、低密度脂蛋白（LDL）D、极密度脂蛋白6、如果将淡水植物放入海水中，它的细胞会（A ）。
A、发生质壁分离B、裂解C、在巨大的压力下膨胀D、以上都有可能7、下列蛋白质中，单次跨膜的是（C ）。
A、带3蛋白B、血影蛋白C、血型糖蛋白D、细菌视紫红质8、下列物质中，靠主动运输进入细胞的物质是（C ）。
A、H2OB、甘油C、K+D、O29、影响膜脂流动性的重要因素是磷脂分子脂肪酸链的不饱和程度。
不饱和性越高，流动性越（），其原因是（）。
（B ）A、小，双建多、曲折小B、大，双建多、曲哲大C、小，分子排列疏松D、大，分子排列紧密10、关于V型质子泵的特性，下面哪一项是正确的（B ）。
A、存在于线粒体和内膜系统的膜上B、工作时，没有磷酸化和去磷酸化的过程C、运输时，是由高浓度向低浓度进行D、存在于线粒体膜和叶绿体的类囊体膜上11、胞吞作用和胞吐作用是质膜进行的一种（C ）方式A、协助扩散B、被动运输C、主动运输D、简单扩散12、胆固醇分子的哪两个结构特征决定其亲水、疏水两性（A ）。
细胞生物学课程第4章细胞膜和物质的跨膜运输(医学院) 厦门大学
1. 侧向扩散：同一平面上相邻的脂分子交换位置。 2. 旋转运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行快速旋转。 3. 摆动运动：膜脂分子围绕与膜平面垂直的轴进行左右摆动。 4. 伸缩震荡：脂肪酸链沿着与纵轴进行伸缩震荡运动。 5. 翻转运动：膜脂分子从脂双层的一层翻转到另一层。是在翻转酶
脑苷脂
神经节苷脂
（1）分布与定位
糖脂是含糖而不含磷 酸的脂类，普遍存在于原 核和真核细胞的质膜上 （含量5％以下），神经细 胞膜上含量较高（5-10 ％）。
糖脂是两性分子。其 结构与鞘磷脂很相似，只 是由一个或多个糖残基代 替了磷脂酰胆碱而与鞘氨 醇的羟基结合。糖脂均位 于细胞膜的非细胞质面， 及外侧的脂质分子中。
❖ 糖脂是位于脂双层的外侧，——可能作为细胞外配体(ligand)的受体。 ❖ 磷脂酰丝氨基——集中在脂双层的内叶，在生理pH下带负电荷，这种带
电性使得它能够同带正电的物质结合，如同血型糖蛋白A跨膜α螺旋邻近 的赖氨酸、精氨酸结合。 ❖ 磷脂酰胆碱——在衰老的淋巴细胞外表面，作为让吞噬细胞吞噬的信号； 磷脂酰胆碱出现在血小板的外表面，作为血凝固的信号。 ❖ 磷脂酰肌醇——集中在内叶，它们在将细胞质膜的刺激向细胞质传递中 起关键作用。
质完成的 。如： • 载体蛋白——膜内外的物质运输 • 连接蛋白——细胞的相互作用 • 受体蛋白——信号转导 • 各类酶——相关的代谢反应
在不同细胞中膜蛋白的含量及类型有很大差异，依在膜上存在方式不 同可分为：
1.整合蛋白（integral protein） 2.外周蛋白（peripheral protein） 3.脂锚定蛋白（lipid-anchored protein）
➢ 通道蛋白
是一类跨膜蛋白，它们都是通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道，允许 适宜的分子通过。通道蛋白具有选择性，所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。通 道蛋白参与的只是被动运输， 并且是从高浓度向低浓度运输，所以不消耗能量。 运输特点： ①蛋白不与溶质分子结合，形成跨膜通道介导离子顺浓度梯度通过； ②有些通道蛋白形成的通道通常处于开放状态，如钾泄漏通道，允许钾离子不断外流； ③有些通道蛋白具有选择性和门控性，平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，又 称为门通道。主要有：电压门通道、配体门通道、机械门通道。
细胞膜与物质跨膜运输
2、胆固醇
双性分子。只存在于真核细胞 膜上，含量一般不超过膜脂的 1/3，植物细胞膜中含量较少。 功能是提高脂双层的力学稳定 性，调节脂双层流动性，降低 水溶性物质的通透性。
非极性尾部 固醇环结构 极性头部
在缺少胆固醇培养基中，不能合 成胆固醇的突变细胞株很快发生 自溶。
2、糖脂
糖脂也是两性分子，结构与磷
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）
光致漂白荧光恢复法（FRAP）
Fluorescence recovery after photobleaching
0.23 0.7 1.5 1.5-4 3.2
一、细胞膜的化学组成
红细胞血影(细胞膜最佳研究材料)
成熟的红细胞没有细胞器； 质膜是红细胞唯一的膜结构； 红细胞质膜易于提纯和分离。
是将分离的红细胞放入低渗溶液 中，水渗入到红细胞内部，红细 胞膨胀、破裂，从而释放出血红 蛋白，当红细胞的内容物渗漏之 后、质膜可以重新封闭起来称为 红细胞血影。
质网膜、高尔基复合体膜、溶酶 体膜、核膜等，称为细胞内膜。 除线粒体膜以外的内膜结构共同 构成真核细胞的内膜系统。
生物膜
生物膜(biomembrane)
细胞膜和细胞内膜的总称。
生物膜
细胞膜 细胞内膜: ……
细胞膜 细胞质
任何生物膜在电镜下都呈现“暗—明—暗”
三层结构，故将这三层结构称为单位膜。
生物膜
1.脂双层为液晶态二维流体 生理条件下，膜脂分子既有固体分子排列 的有序性，又具有液体的流动性，是居于 晶态和液态之间的液晶态。 温度的改变使膜可以在液晶态和晶态之间 转换，这种膜脂状态的改变称为相变。发 生相变的临界温度称为膜的相变温度。 液晶态的膜处于流动状态，与运动状态的 膜蛋白协同完成膜的各项功能活动。
《生理学》细胞的基本功能——1细胞的跨膜运输方式
亲水性极性基团 磷酸和碱基） （磷酸和碱基）
二、细胞膜的物质转运功能 半透膜
哪些物质可以通过细胞膜 哪些物质可以通过细胞膜? 物质可以通过细胞膜 这些物质是如何通过细胞膜的? 如何通过细胞膜的 这些物质是如何通过细胞膜的?
O2 ， 能源物质 氨基酸 脂类 各种离子等
细
胞
CO2 CO2 代谢尾产物
水的跨膜转运
单纯扩散——水虽是极性分子 水虽是极性分子 单纯扩散 但分子极小，又不带电荷。 但分子极小，又不带电荷。 渗透 (osmosis) 溶液拖曳 (solvent drag) 易化扩散——水通道 (water channel) 易化扩散 水通道 水孔蛋白 (aquaporin, AQP)
Water channel
单纯扩散（ （一）单纯扩散（simple diffusion)
一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。 一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。
特点： 特点：
1、顺浓度差 2、不需要膜蛋白帮助 3、不消耗能量 4、转运脂溶性物质（非极性分子）如O2和CO2 转运脂溶性物质（非极性分子）
细胞膜结构 液态镶嵌模型 (fluid mosaic model)
以液态的脂质双分子层为基本框架， 以液态的脂质双分子层为基本框架 ， 其中镶嵌有不同生理 功能的蛋白质和少量多糖。 功能的蛋白质和少量多糖。
基架： 基架：液态的脂质双分子层 中间： 中间：镶嵌许多结构和功能 不同的蛋白质
疏水性非极性基团 长烃链） （长烃链）
2. 继发性主动转运
Secondary Active Transport
1）概念:利用原发性主动转运所造成的某种物质的势 概念: 能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程。 能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程。 如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。 如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。 转运体蛋白（转运体， 转运体蛋白（转运体，transporter) 2）特点 间接耗能（钠泵） 间接耗能（钠泵） 膜转运体（特殊蛋白质） 膜转运体（特殊蛋白质）
第4章细胞膜与物质的跨膜运输
2. 影响膜流动的因素
脂肪酸链的饱和度和长度：脂肪酸链所含双键越 多越不饱和，使膜流动性增加。长链脂肪酸相变 温度高，膜流动性降低。
胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。 卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加，是因
为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。 其他因素：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸
碱度、离子强度等。
功能: 从结构及组分分析, 脂筏在膜内形成有效的平 台, 它有两个特点: 一是蛋白质聚集在脂筏内,便 于相互作用; 二是脂筏提供的环境有利于蛋白质 的构象变化.脂筏与膜的信号转导、蛋白质转运均 有密切的关系。
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（五）细胞膜的主要功能
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
用。细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表
面。
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一、细胞膜的不对称性
质膜的内外两层的组分和功能有明显 的差异，称为膜的不对称性。 膜脂、膜蛋 白和复合糖在膜上均呈不对称分布，导致 膜功能的不对称性和方向性，即膜内外两 层的流动性不同，使物质传递有一定方向， 信号的接受和传递也有一定方向等。
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（二）单位模型(unit membrane model)
J. D. Robertson 1959年用超 薄切片技术获得了清晰的细胞 膜照片，显示暗-明-暗三层结 构，厚约7.5nm。这就是所谓 的“单位膜”模型。它由厚约 3.5nm的双层脂分子和内外表 面各厚约2nm的蛋白质构成。 单位膜模型的不足之处在于把 膜的动态结构描写成静止的不 变的。
膜脂的不对称性还表现在膜表面具有胆固醇 和鞘磷脂等形成的微结构域-脂筏。
细胞生物学名词英汉对照(翟中和)
细胞生物学名词英汉对照1. 细胞(cell)2. 细胞质(cell plasma)3. 原生质(protoplasm)4. 原生质体(potoplast)5. 细胞生物学(cell biology)6. 细胞学说(cell theory)7. 原生质理论（protoplasm theory）8. 细胞遗传学(cytogenetics)9. 细胞生理学(cytophysiology)10.细胞化学(cytochemistry)11. 分子生物学(molecular biology)12. 分子细胞生物学(molecular biology of the cell)13. 支原体(mycoplasma)14. 结构域(domain)∶15. 模板组装(template assembly)16. 酶效应组装(enzymatic assembly)17. 自体组装(self assembly)18. 引发体(primosome)19. 剪接体(splicesome)20 原核细胞(prokaryotic cell)21. 古细菌(archaebacteria)22. 真细菌(Bacteria, eubacteria)23. 中膜体(mesosome)24. 真核细胞(eucaryotic cell)25. 生物膜结构体系(biomembrane system)26. 遗传信息表达结构系统(genetic expression system)27. 细胞骨架系统(cytoskeletonic system)28. 细胞社会学(cell sociology)细胞质膜与跨膜运输1. 膜(membrane)2. 细胞膜(cell membrane)3. 胞质膜(cytoplasmic membrane)4. 细胞质膜(plasma membrane)5. 生物膜(biomembrane,or biological membrane)6. 膜骨架(membrane skeleton)7. 血影蛋白(spectrin)8. 血型糖蛋白(glycophorin )9. 带3蛋白(band 3 protein)10. 锚定蛋白(ankyrin) 11. 带4.1蛋白(band 4.1 protein)12. 内收蛋白(adducin)13. 磷脂(phospholipids)14. 胆固醇(cholesterol)15. 脂质体(liposome)16. 整合蛋白(integral protein)17. 外周蛋白(peripheral protein)18. 脂锚定蛋白(lipid-anchored)19. 片层结构模型(Lamella structure model)20. 单位膜模型(unit membrane model)21. 流动镶嵌模型(fluid mosaic model)22. 孔蛋白(porin)23. 冰冻断裂(freeze fracture)24. 膜蛋白放射性标记法(radioactive labeling procedure)25. 相变(phase transition)26. 侧向扩散(lateral diffusion)27. 翻转扩散(transverse diffusion)28. 细胞融合(cell fusion)29. 成斑(patching)、成帽(capping)反应30. 光脱色荧光恢复技术(fluorescence recovery after photobleaching FRAP)31. 电子自旋共振谱技术(electron spin-resonance spectroscopy,ESR)32. 细胞运输(cellular transport)33. 胞内运输(intracellular transport)34. 转细胞运输(transcellular transport)35. 膜运输蛋白(membrane transport protein)36. 离子载体(ionophore)37. 短杆菌肽A(gramicidin A)38. 缬氨霉素(valinomycin)39. 扩散(diffusion)40.渗透(osmosis)41. 简单扩散(simple diffusion)42. 促进扩散(facilitated diffusion)43. 通道蛋白(channel protein)44. 电位-门控通道(voltage-gated channels)45. 配体-门控通道(ligand gated channel)46. 胁迫门控通道(stretch-gated channel)47. 载体蛋白(carrier protein)48. 水通道蛋白(aquaporin)49. 运输ATPase(transport ATPase)50. 协同运输(cotransport)51. 磷酸化运输(phosphorylating transport) 细胞通讯1. 细胞通讯(cell communication)2. 信号传导(cell signalling)3. 信号转导(signal transduction)4. 信号分子(signaling molecules)5. 激素(hormone)6. 内分泌信号(endocrine signaling)。
细胞膜与物质的跨膜运输
2、类型
1）通道蛋白（channel protein） 在膜上形成水溶性通道，介导特定离子转运 仅介导被动运输 如：水分子、多种离子
2）载体蛋白（carrier protein） 与特定溶质结合，通过构象改变进行物质转运 介导被动运输及主动运输 如：小的有机分子、无机离子 膜转运蛋白参与的物质转运具选择性
（1）特点 由Na+-K+泵（或H+泵）与载体蛋白协同作用，间接消耗 ATP的一种主动运输方式。 物质跨膜运动所需要的直接动力来自膜两侧离子的电 化学梯度。 这种离子电化学浓度由Na+-K+泵（或H+泵）来维持。
（2）类型
同向运输 （symport）
物质运输方向与离 子转移方向相同。 如：小肠上皮细胞 吸收葡萄糖或氨基 酸伴随着Na+的进 入；
（二）胞吐作用（exocytosis）
指细胞内合成的物质通过囊泡转运至细胞膜， 与质膜融合后，将物质排出细胞外的过程。 穿胞吞吐
胞吐作用的两种形式：
1.结构性分泌(constitutive pathway of secretion)： 分泌蛋白包装入高尔基体的分泌囊泡中，随即被分 泌到细胞外面。 2.调节性分泌(regulated pathway of secretion) ：
第三节 大分子和颗粒物质的跨膜运输
膜泡运输（vesicular transport）： 大分子和颗粒物质被运输时并不穿过细胞膜， 物质进出是由膜包围，形成囊泡，通过一系 列膜囊泡的形成和融合来完成转运过程。 发生位点：质膜及胞内各种膜性细胞器之间 的物质运输。
一、胞吞作用（endocytosis） （一）吞噬作用（phagocytosis） （二）胞饮作用（pinocytosis） （三）受体介导的内吞作用
细胞生物学--细胞膜与跨膜运输 ppt课件
该模型认为膜的骨架是脂肪形成的脂双层结 构,脂双层的内外两侧都是由一层蛋白质包 被,即蛋白质-脂-蛋白质的三层结构,内外两 层的蛋白质层都非常薄。并且,蛋白层是以 非折叠、完全伸展的肽链形式包在脂双层的 内外两侧。1954年对该模型进行了修改：膜 上有一些二维伸展的孔,孔的表面也是由蛋 白质包被的,这样使孔具有极性,可提高水对 膜的通透性。这一模型是第一次用分子术语 描述的结构
膜糖的存在方式
通过共价键同膜脂或膜蛋白相连，即以糖脂或糖蛋 白的形式存在于细胞质膜上。
糖同氨基酸的连接主要有两种形式，即O-连接和N-连接
O-连接:是糖链与肽链中的丝氨酸或苏氨酸残基相连， O-连接糖链较短， 约含4个糖基。
N-连接: 是糖链与肽链中天冬酰胺残基相连，N-连接 的糖链一般有10个以上的糖基。另外，N连接的方式较O 连接普遍。
膜脂的不对称性
细胞质膜各部分的名称 膜脂与糖脂的不对称性
糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础 非对称性形成原因: 磷脂:ER胞质半膜合成,Flippase选择性转运 糖脂: 催化糖基化反应的酶位于Golgi非胞质半膜,转运不
变
膜糖
存在于原核和真核细胞的质膜上（5％以下）,神经细胞糖 脂含量较高；细胞质膜上所有的膜糖都位于质膜的外表面，
极性的头部、非极性的类固醇环结构和一个非极性的碳氢尾部。胆固醇的分子较 其他膜脂要小, 双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向膜的外侧,疏水的尾部埋 在脂双层的中央。胆固醇分子是扁平和环状的,对磷脂的脂肪酸尾部的运动具有 干扰作用,所以胆固醇对调节膜的流动性、加强膜的稳定性有重要作用。
胆固醇的分子较其他膜脂要小， 双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向 膜的外侧，疏水的尾部埋在脂双层的中央
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Typical Cholesterol
(鞘脂)
鞘氨醇 神经酰胺
鞘磷脂
脑苷脂
神经节苷脂
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The Nature the Lipid
3.2.1 膜脂
● Phosphoglycerides(磷酯）； ● Sphingolipids（鞘脂）； ● Cholesterol（胆固醇）。
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磷脂酰乙醇胺、磷脂酰胆碱、磷脂酰肌醇
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◆胆固醇(Cholesterol)
■胆固醇存在于真核细胞膜中： ●动物细胞膜胆固醇的含量较高 ●Cholesterol is absent from the plasma membranes of most plant. ●酵母细胞膜中是麦角固醇;
● D-葡萄糖（D-Glucose) ● D-半乳糖 (D-galactose) ● D-甘露糖 (D-mannose)
● L-岩藻糖 (L-fucose) ● N-乙酰半乳糖胺 (N-acetyl-D-galactosamine) ● N-乙酰基葡萄糖胺 (N-acetyl-glucosamine)
红 细 胞 膜 蛋 白
11
红细胞膜骨架
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12
◆Band 3 Protein
■带3蛋白约为红细胞膜蛋白的25%; ■阴离子跨膜运输的通道
H20 + CO2 → H2CO3 → HCO-3 + H+ ■Band 3 protein is present as a dimer
composed of two identical subunits; ■ 多次跨膜 ; ■6-8%的糖基
膜脂的基本性质是两性物质, 能够 自我装配成双层结构或自我封闭成球 状。
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Self Assemble of Lipid Bilayer
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膜脂的功能 p81
脂质体(Liposome) p82
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27
3.2.2 膜蛋白p85
膜蛋白的种类
◆整合蛋白(Integral Proteins)
● 唾液酸 (sialic 。 acid) 编辑ppt
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七 种 主 要 的 膜 糖
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膜糖的存在方式
◆糖蛋白
■糖同氨基酸的连接主要有两种形式：
●N-连接：
即糖链与肽链中天冬酰胺的氨基相连
●O-连接：
则是糖链与肽链中的丝氨酸或苏氨酸的 羟基相连
■O-连接糖链较短,约含4个糖基,而N-连
接糖链一般有10个以上的糖基。
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两
种
方
式
连
接
的
膜
糖
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糖脂
ABO血型抗原是一种糖脂, 其寡多糖 部分具有决定抗原特异性的作用。
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膜糖的生物学功能
◆细胞与环境的相互作用 ◆接触抑制 ◆信号转导 ◆蛋白质分选 ◆保护作用等。
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◆外周蛋白(peripheral proteins)
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29
◆脂锚定蛋白(Lipid-anchored proteins )
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30
膜蛋白的功能
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3.2.3 膜糖 p82
膜糖的种类
◆自然界存在的单糖及其衍生物有200多种,但存 在于膜的糖类只有其中的9种, 而在动物细胞膜 上的主要是7种：
件; ◆又要经过心脏内瓣膜涡流冲击，但始终
保持结构的完整。
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9
红细胞膜的主要蛋白 红细胞膜(含膜骨架部分)大约有15种
主要的蛋白带: 其中有三种主要的蛋白: 血影蛋白
(Spectrin)、血型糖蛋白(Glycophorin)、 带3蛋白(Band 3 protein)。
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10
？ 编辑ppt
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3
细 胞 的 生 物 膜 体 系
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4
3.2 红细胞膜结构
3.1.1 红细胞的生物学 3.1.2 红细胞膜脂双层结构的研究 3.1.3 红细胞膜
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3.1.1 红细胞的生物学
红细胞的基本性质
◆成熟的红细胞呈双面凹或单面凹陷的盘状，直径 约为7μm,厚度1.7μm,表面积为145μm2；
◆红细胞的主要功能是携带O2和运输CO2，红细胞 的寿命约为120天，一生中要行走500，000米。
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电镜下的红细胞
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7
红细胞血影
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3.1.2 红细胞膜
存在膜骨架，依据？
◆行程∶500,000米 ◆要多次穿过小于自身直径一半的微小通
道; ◆要在脾脏内经受少氧、低pH值的不利条
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13
带
3 蛋 白 的 功 能
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14
Glycophorin
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15
◆膜骨架蛋白的主要成分包括:
血影蛋白、肌动蛋白、锚定蛋白、 带4.1蛋白等，这些都是外周蛋白。
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血影蛋白、肌动蛋白、带4.1蛋白连接方式
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红细胞膜骨架组织
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3.2 膜的化学组成
CHAPTER 3
细胞膜与跨膜运输
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1
内容提要
3.1 红细胞膜结构
红细胞的生物学
红细胞的结构研究
红细胞质膜
3.2 膜的化学组成
膜脂
膜糖
膜蛋白
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2
➢ 细胞的膜结构
细胞质膜
(Plasma Membrane) 内膜系统
（Endomembrane System) 生物膜(Biomembrane)