Integral membrane proteins: 1, 2, 3, and 4
Peripheral membrane proteins: 5 and 6
34
膜周边蛋白(外在蛋白) 常通过内在蛋白间接与膜 连接，或直接与脂类分子极性头部结合，如血影蛋白、 锚定蛋白和细胞骨架蛋白结合于红细胞膜的内表面， 而糖被的一些蛋白结合于外表面。 大多数膜周边蛋白溶解于水，通过离子键或弱键 与特定的膜内在蛋白相结合。 用一些温和的方法(高浓度盐溶液或某些化学物质) 可以将许多周边蛋白从膜上除去。 膜周边蛋白占膜蛋 白的20％～30％，而红细胞膜中占50％左右。 内在蛋白与膜结合非常紧密,只有用去垢剂处理, 使膜崩溃后,才能将它们分离出来。占膜蛋白70％－80 ％。
细胞膜与细胞表面
Cell Membrane and Cell Surface
1
第一节 细胞膜与细胞表面特化结构
cell membrane and special structure of cell surface
细胞膜(cell memberane)是细胞质和外界相 隔的一层薄膜，又称质膜(plasma m.) 。 在生命进化历程中细胞膜的形成是关键的 一步，没有细胞膜，细胞形式生命就不能存在。 细胞膜使细胞内外环境之间保持必要的差 别。与物质运输、信号转导、细胞识别、细胞 分裂分化、细胞癌变等密切相关。
7
(三)流动(液态)镶嵌模型 (fluid mosaic model)
S.J.Singer, G.Nicolson(1972)提出,得到广泛支持。 1.生物膜是由流动 极性头部 的脂质双分子层构成 脂质双分子层 膜的连续主体。 2.球形的膜蛋白以 疏水尾部 各种形式镶嵌在脂质 镶嵌蛋白 外周蛋白 双分子层中。 总之： 生物膜是嵌有球形蛋白质的脂类二维排列的 液态体。
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Membrane asymmetry
The inner and outer leaflets of the membrane have different compositions of lipids and proteins
13
(lipid rafts model)
二、细胞膜的化学组成
The Chemical Basis of the Cell Membrane
细胞膜的化学组成主要是脂类、蛋白质和糖类. 脂类 膜 化 学 组 成 蛋白质 糖类
14
FLUID MOSAIC MODEL OF MEMBRANE STRUCTURE “Islands of protein in a sea of lipid”
41
五、细胞膜的特性
(properties of cell membranes)
(一)细胞膜的不对称性(asymmetry)
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脂质双分子层的不对称性 1. 脂质双分子层中，各层所含 的磷脂种类有明显不同。
非胞质侧：头部含有胆碱的磷 脂分子(磷脂酰胆碱,鞘磷脂)。
胞质侧：末端含有氨基的磷脂分子(磷脂酰 乙醇胺和磷脂酰丝氨酸)。 2. 糖脂全部分布在非胞质侧的单层脂 质分子 中。
膜 糖 类
糖类+膜脂 共价键
细 胞 被 脂 双 层 细胞内 膜 蛋 白
糖脂
糖蛋白
糖类+膜蛋白
共价键
N-连接；O-连接
细胞被
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 (糖萼)： 衣或糖萼。 糖蛋白功能：与细胞识别、信息传递、免疫、癌变等有关。
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glycoprotein
Proteins are embedded in the lipid matrix
• Receptors, recognition proteins, transport proteins, adhesins, and others
11
晶格镶嵌模型(1975)
认为镶嵌蛋白和其周围的类 脂分子形成膜中晶态部分， 而具有流动性的类脂呈小片 的点状分布。因此类脂的流 动性是局部的，并非整个类 脂双分子层都在流动。
EXAMPLES
Actin, Spectrin, Ankyrin Insulin, Glucagon
Acetylcholine (nicotinic), GABA
Signal recognition and transduction
Maintenance of ionic gradients, transmission
鞘 胺 醇
鞘 胺 醇
半乳糖苷脂
糖脂分子
25
3.胆固醇(cholesterol)
极 性 头 部 平 面 甾 环 结 构 非 极 性 尾 部
26
CHOLESTEROL C8H17
CH3 C D
A
OH HYDROPHILIC REGION
B
HYDROPHOBIC REGION
27
水
磷脂分子团
磷脂双层
Transporter Enzymes
Import and export of substances
Glucose, Glutamate Adenylyl cyclase
Catalysis
按功能不同可将膜蛋白分为五类
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四、膜糖类(membrane carbohydrates)
膜中含有的糖类称为 膜糖类或膜碳水化合物。
3
生物膜 (Biological membrane) 细胞内膜 细胞内膜系统(cell endomembrane system)：细胞质 内在形态结构、功能和发生上具有相互联系的膜相结 构的总称，包括核膜、内质网、高尔基复合体、溶酶 体、过氧化物酶体以及细胞质内各种膜性小泡。 细胞膜功能：维持细胞形态、界膜、内环境稳定、 物质运输、能量转换、信息传递、免疫、癌变等。
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(二)膜蛋白的功能
维持细胞的形态(机械支持) 物质运输 能量转换 信息传递 免疫 癌变
36
37
SOME CLASSES OF MEMBRANE PROTEINS
CLASS
Structural Receptors Ion Channels
FUNCTIONS
Cell-cell contact, cytoskeletal organisation
Protein: Lipid ratio Lipids (%) Phos/choline Phos/serine Sphingomyel Cholesterol Others
8 1
18 9 14 30 29
0 1
45 2 5 5 43
0 3
50 1 2.5 2.5 43.5
0 3
55 3 3 10 29
镶嵌蛋白
31
32
4
非胞质面 脂 质 双 层
1
2
3
5
胞质面
镶 嵌 蛋 白
1.单次穿 膜： 单条α-螺旋贯穿脂质双层。 2.多次穿膜：数条α-螺旋几次折返穿越脂质双层。 跨膜蛋白 3.非穿越性 不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层脂质 共价结合： 的烃链结合。 4.与磷脂酰 镶嵌蛋白通过自己的一个寡糖链与磷脂酰肌 肌醇结合： 醇（在非胞质面的单层）共价结合。 5.外周蛋白： 附在膜的内外表面，非共价地结合在镶嵌蛋白 上。
CARBOHYDRATE
PHOSPHOLIPID
4-5nm
PROTEIN
15
Plasma membrane
Phospholipid (75%)
OH
Glycolipids (5%)
OUTSIDE
OH
Hydrophobic environment
OH OH
Cholesterol (20%)
Integral protein
鞘磷脂(SM)
磷脂酰胆碱 磷脂酰乙醇胺
磷 磷酸甘油酯 磷脂酰丝氨酸 脂
磷脂酰肌醇(IP)
极 性 头 部 基 团 （ 亲 水 ）
X
鞘 胺 醇
非 极 性 尾 部 基 团 （ 疏 水 ）
兼 性 分 子
22
PC
PE
PS
SM
糖脂(glycolipid,GL)
糖脂与鞘磷脂相似,也是鞘氨醇(不是甘油)的衍生物。
4
细胞膜
一、细胞膜的结构模型
Structure Model of the Cell Membrane
上世纪以来许多科学工作者对于膜的分子结构问 题进行了很多研究，并提出各种膜分子结构模型。 5
(一)片层结构模型 (lamella structure model)
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， 推想细胞膜除脂类外，可能还吸 附有蛋白质。 片层结构模型(1935)表明，细 胞膜中有两层磷脂分子，分子的 疏水脂肪酸链在膜的内部彼此相 对，而分子的亲水端则朝向膜的 内外表面，球形蛋白质分子附着 蛋白质-磷脂-蛋白质 在脂双层的两侧表面。 三层夹板式结构。
Glucolipide/glucolipoid
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MEMBRANE COMPOSITION VARIES ACCORDING TO CELLULAR LOCATION
Plasma M.
Carbohydrate (% of
Outer mito m.
Inner mito m.
Nuclear m.
membrane)
1977年提出了板块镶嵌模型，认为在流动的脂 双层中存在许多大小不同、刚性较大的能独立移动的 类脂板块(有序结构的板块)，在这些有序结构的板块之间 被流动的类脂区(无序结构的板块)分开。因而生物膜是由 同时存在不同流动性的板块镶嵌而成的动态结构。
12
(四)脂筏模型
1.最近发现，膜各部分脂质分布不是均匀的， 膜中有富含胆固醇和鞘磷脂的微区，其中聚集一些 特定的蛋白质，这些区域比膜的其他部分厚，更有 秩序且缺少流动，称为脂筏(lipid rafts )。 2.脂筏直径约70Sphingomyelin 100nm，其上载有数百 个蛋白质分子。细胞膜 上的脂筏与小窝蛋白结 合后内陷形成小窝 (caveolae)，参与胞吞过 程及信号转导等。