胆固醇调节膜流动性，增加细胞膜稳定性的作用
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（3）卵磷脂与鞘磷脂比值：
卵磷脂越高流动性越强。
卵磷脂
脂肪酸不饱和程度高，相变温度低。
鞘磷脂
脂肪酸饱和程度高，相变温度高。
（4）膜蛋白的影响：
膜蛋白越多流动性降低。
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（二）膜蛋白分子在质膜中的运动
运动方式：侧向扩散、旋转运动
鼠细胞 标记蛋白
标记蛋白重 新分布
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20世纪初，Irving Langmuir 将红细胞的脂提取后铺 展在Langmuir 水盘(Langmuir Trough)的水面上，研究 了脂的展层行为，提出脂单层的设想。
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1925 年，E. Gorter & F. Grendel 用有机溶剂提取 了人类红细胞质膜的脂类成分，将其铺展在水面， 测出膜脂展开的面积二倍于细胞表面积，因而推测 细胞膜由双层脂分子组成。
膜脂
蛋白质27
其它模型
*晶格镶嵌模型（1975年） *板块镶嵌模型（1977年）
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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
膜脂是膜的基本骨架， 膜蛋白是膜功能的主要体现者。
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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
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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
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脂双层是一种二维流体（液晶态）
膜脂分子能进行各种运动
侧向 扩散
弯曲运动
伸缩振 荡运动
翻转 运动
旋转 运动
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脂双层是一种二维流体（液晶态）
2. 影响膜流动性的因素 （1）脂肪酸链的饱和程度与其长度：
饱和脂肪酸链 直而不弯曲 流动性低
不饱和脂肪链
双键处易弯曲
脂肪酸链尾部 不易相互靠近
增加流动性。
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生物膜：质膜和内膜在起源、结构和化学组成等方面 具有相似性，总称为生物膜（biomembrane）。
糖类 生物膜 脂类
蛋白质
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细胞膜的化学组成和分子结构
化学组成
脂类：50% ，主要为磷脂、胆固醇和糖脂 蛋白质：40% ,膜外在蛋白和膜内在蛋白 糖类：2%-10%，分布在膜表面 其他：水、无机盐、金属离子
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（二）膜脂在水溶液中自动形成双层
水
磷脂分子团
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脂质体
二、膜蛋白以多种方式与脂双层结合
生物膜所含的蛋白质叫膜蛋白,承担转运蛋白、受体、 酶、连接体等许多重要功能。
膜内在蛋白 分为
膜外在蛋白
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（一）膜内在蛋白（又称整合蛋白,占70%-80%） 为两亲性分子,疏水部分嵌入脂质中,亲水部分暴露于脂双层
磷脂酰胆碱 磷脂酰肌醇
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2.胆固醇—分散于磷脂分子之间，调节膜的流动性。
头部 OH
尾部
CH3
甾环
CH3 CH3
烃连
CH3
CH3
胆固醇的结构
胆固醇在脂双层中的位置
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3.糖脂—所有动物的细胞膜都含有糖脂，由脂类和 寡糖构成，分布于膜的非胞质面。
头部-糖基
头部
尾部-两条烃链
受体结构
细胞识别
尾部
信号转导
脂肪链短
降低脂肪酸链尾 部的相互作用
在相变温度以下
不易凝集
脂肪链长 增加分子的有序性 流动性降低
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Байду номын сангаас 脂双层的流动性依赖于其组成成分
（2）动物细胞质膜含有较多的胆固醇。胆固醇：磷脂=1：1
胆固醇
相变温度以上 增加脂质分子的有序性
限制膜的流动性
相 变 温 阻止磷脂分子互相 度 聚集成晶态结构 以 下
防止膜的流动性突然降低
人细胞
细胞融合
利用细胞融合技术观察蛋白质运动
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二、细胞膜的不对称性
膜脂分子不对称性 膜蛋白不对称性 糖类分布不对称性
物质传递有一定方向，信号的接受 和传递也有一定方向等。 膜糖
膜蛋白分布的不对称性
膜糖分布的不对称性
膜蛋白
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细胞膜的结构模型
细胞膜电镜照片
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E. Overton 1895用植物的根毛作实验,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。
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3、液态镶嵌模型
1972 S. J. Singer & G. Nicolson 在”单位膜”模型的基础上提出 “液态镶嵌模型” ：
把生物膜看成是嵌有球形蛋白质脂类二维排列的液态体，膜中 脂双层构成膜的连续主体，它既具有固体分子排列的有序性，又 具有液体的流动性，呈液晶态。膜中球形蛋白质分子以各种形式 与脂双分子层相结合。
糖脂glycolipid
细胞外被结构示意图
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细胞膜生物膜的特征
一、膜的流动性 二、膜的不对称性
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一、细胞膜的流动性
液晶态 温度下降 温度上升
晶态
（一）膜脂的流动性
1. 在相变温度以上的条件下，膜脂运动的方式如下：
（1）侧向扩散 （2）翻转运动 （3）旋转运动 （4）弯曲运动 （5）伸缩振荡运动
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1、片层结构模型
细胞的表面张力显著低于油-水界面的表面张力， 因此，细胞膜不可能是单纯由脂类构成的，可能还 吸附有蛋白质。
1935年J. Danielli和H. Davson提出了第一个膜的 分子结构模型——片层结构模型 。
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2、单位膜模型
❖ 1959年，J.D.Robertson 用电镜观察细胞膜，发 现细胞膜呈三层式结构。 内外两侧为电子密度高 的暗线，中间为电子密 度低的明线，即所谓 “两暗一明”，进而提 出单位膜模型。
的内外表面。
部分跨膜
一次跨膜
多次跨膜
（二）膜外在蛋白 （占20%-30%）
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。
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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。
细胞膜的结构模型与细胞功能
❖ 概念 ❖ 细胞膜的化学组成和分子结构 ❖ 生物膜的特征 ❖ 细胞膜的分子结构模型 ❖ 细胞膜的功能
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概念
细胞膜cell membrane:细胞质与外界相隔的一层界膜又称质膜
（plasma membrane)。 内膜系统：细胞内的膜性细胞器的统称。
单位膜unit membrane ： 在透射电镜下为 “两暗夹一明” 三层结构，厚约7.5nm。内外两层 电子密度高，中间层电子密度低。