细胞膜学习笔记

本图梳理了医学细胞生物学第四章内容，包括细胞膜的生物组成与生物学特性、小分子物质和离子的穿膜运输、大分子和颗粒物质的穿膜运输。

细胞膜与物质的穿膜运输

• 细胞膜的生物组成与生物学特性
  • 基本概念
    • 细胞膜
      • 包围在细胞质表面的一层薄膜，又称质膜，维持细胞特有环境
    • 细胞内膜系统
      • 细胞内由膜围成的各种细胞器，包括内质网、高尔基复合体、溶酶体、核膜及囊泡
    • 生物膜
      • 质膜和细胞内各种膜性细胞器的膜总称
    • 单位膜
      • 电子显微镜下，生物膜呈“两暗夹一明”的形态结构
  • 细胞膜的化学组成
    • 脂类构成细胞膜的结构骨架
      • 磷脂——主要成分
        • 头部
          • 亲水基团+磷酸基团
        • 尾部
          • 脂肪酸
        • • 膜内层
            • 磷脂酰肌醇
            • 磷脂酰乙醇胺
            • 磷脂酰丝氨酸
          • 膜外层
            • 磷脂酰胆碱
            • 鞘磷脂
      • 胆固醇能够稳定细胞膜和调节膜的流动性
        • 存在于真核细胞（动物和少量植物细胞质膜上）
        • 定位
      • 糖脂位于非胞质面
        • 分布
          • 细菌和植物细胞
            • 甘油磷脂的衍生物
              • 一般为磷脂酰胆碱衍生物
          • 动物细胞
            • 鞘氨醇衍生物
        • 最简单的糖脂——脑苷脂
        • 最复杂的糖脂——神经节苷脂
        • 红细胞膜中含有ABC血型糖脂
      • 存在形式
        • 球状分子团，把尾部藏在里面
        • 脂质体
          • 根据磷脂分子在水相中形成稳定的脂双层的现象制备的人工膜
    • 膜蛋白
      • 功能体现者
      • 类型
        • 内在膜蛋白
          • 穿膜蛋白（70-80%）
          • 多以α螺旋构象（少数为β折叠片层围成筒状）穿过脂双层，可单次、多次跨膜
          • 与膜结合紧密，需用去垢剂处理使其分离
            • 离子型去垢剂
              • SDS
                • 作用强烈，不利于对其功能研究
            • 非离子型去垢剂
              • Triton-X100
                • 用于膜蛋白的分离纯化，也可去除内膜系统，以便于对细胞骨架及其其它蛋白质的研究
        • 外在膜蛋白
          • 周边蛋白（20-30%）
          • 位于脂双层的内、外表面，通过非共价键间接与膜结合
          • 膜结较合弱，易从膜上分离
        • 脂锚定蛋白
          • 脂连接蛋白
          • 位于细胞膜两侧，以共价键与脂分子结合
    • 糖类
      • 细胞外被（糖萼）
        • 质膜中糖蛋白和糖脂向外表面延伸出的寡糖链部分
      • 细胞表面
        • 包括细胞外被、细胞膜以及细胞膜下富含细胞骨架蛋白的胞质溶胶部分
  • 细胞膜的生物学特性
    • 膜的不对称性决定膜功能的方向性
      • 膜脂的不对称性
        • 磷脂和胆固醇（相对不对称）
          • 仅为数量上的差异
        • 糖脂（绝对不对称性）
      • 膜蛋白的不对称性（绝对不对称）
      • 膜糖的不对称性
    • 膜的流动性是膜功能的保证
      • 膜脂的流动性
        • 分子运动
          • 侧向扩散
          • 旋转运动
          • “钟摆”运动
          • 伸缩震荡
          • 翻转运动
          • 旋转异构
        • 影响因素
          • 脂肪酸链的饱和程度
          • 脂肪酸链的长短
          • 胆固醇的双重调节作用
            • 相变温度上
              • 相变温度：在生理条件下，膜大多呈液晶态。当温度下降到某一温度时，脂双层的性质从液晶态转变为晶体凝胶。
              • 固醇环限制运动，稳定质膜
            • 相变温度下
              • 防止脂肪酸链相互凝集
          • 卵磷脂与鞘磷脂的比例
          • 膜蛋白的影响
      • 膜蛋白的流动性
        • 侧向扩散
          • 荧光漂白恢复技术
          • 膜蛋白在膜脂中可以自由漂浮和在膜表面扩散
        • 旋转运动
          • 能够围绕与膜平面相垂直的轴进行旋转运动
  • 细胞膜的分子结构模型
    • • 片层结构模型
        • 细胞膜由“蛋白质-磷脂-蛋白质”的三层夹板样结构
      • 单位膜模型
        • 电镜下呈现“两暗夹一明”的单位膜结构
      • 流动镶嵌模型
        • 提出者
          • Singer,Nilson
        • 具有晶体分子排列的有序性，又具有液体分子的流动性。
        • 强调了膜的流动性和膜蛋白的不对称性
      • 脂筏模型
        • 脂筏
          • 脂质分子不是一个完全均匀的二维流体，内部存在富含胆固醇和鞘脂以及特定种类膜蛋白组成的微区。
        • 特点
          • 脂筏区域比其他部分厚，更有秩序且较少流动，周围是流动性较高的液态区。
          • 提供一个有利于蛋白质的相互作用，形成有效构象的变构环境
  • 功能
• 小分子物质和离子的穿膜运输
  • 膜的选择性通透和简单扩散
    • 膜的选择性通透
      • 根据相似相溶原理，高脂溶性物质容易穿越脂双分子层，分子量越小，脂溶性越强，速率越快。
    • 简单扩散
      • 小分子物质
        • 醇、苯、甾类激素以及二氧化碳、氧气、氮气
      • 条件
        • 保持一定的浓度差
        • 溶质必须能透过膜
  • 膜运输蛋白介导的穿膜运输
    • 膜运输蛋白
      • 载体蛋白
        • 改变自身构象
          • 主动运输
      • 通道蛋白
        • 水溶性通道贯穿脂双层
      • 被动运输
        • 非电解质
          • 浓度差
        • 电解质
          • 电位差、浓度差
    • 易化扩散
      • 载体蛋白介导的被动运输
        • 氨基酸、葡萄糖、核苷酸
      • 特点
        • 结构特异性
        • 有饱和现象
        • 竞争性抑制
    • 主动运输
      • 载体蛋白介导逆浓度梯度的耗能运输
      • 特点
        • 逆浓度梯度
        • 消耗能量
          • 利用能量的方式不同
            • ATP驱动泵（ATP驱动蛋白，运输ATP酶）
              • P-型离子泵
                • 穿膜运输阳离子
                • Na-K泵
                  • 1分子ATP转运3个钠离子结合位点，2个K结合位点
                    • Na依赖的磷酸化和K离子依赖的去磷酸化
                • Ca泵
                  • 肌浆网、内质网膜
                    • 1ATP-2Ca
                  • 质膜
                    • 1ATP-1Ca
                • H-K泵
              • V-型质子泵
                • 膜性酸性区域
                  • H-泵
                • 不发生磷酸化和去磷酸化
              • F-型质子泵
                • 存在于细菌质膜、线粒体内膜、叶绿体膜中
                • H-ATP合成酶
                  • H顺浓度梯度，是ADP生成ATP
              • ABC转运体
                • 以ATP功能的运输蛋白
                • 用于肿瘤细胞和抗药性研究
            • 协同运输
              • 一类由Na-K泵与载体蛋白的协同作用，间接消耗ATP
              • 对向运输
              • 共运输
        • 载体蛋白介导
    • 离子通道高效转运各种离子
      • 特点
        • 通道蛋白介导的被动转运，双向
        • 有高度选择性
        • 转运速率高
        • 不持续性开发
      • 配体门控通道
        • 离子通道型受体
          • 乙酰胆碱型受体
      • 电压门控通道
        • 膜电位改变敏感
        • 开放时间短
        • 存在于可兴奋细胞
      • 应力激活通道
        • 内耳听觉毛细胞中的听毛
    • 水通道介导水的快速运动
      • 特点
        • 持续开放的膜通道蛋白
        • 转运速度快
        • 水分子移动方向完全由膜两侧的渗透压决定
      • 水通道蛋白家族
        • AQP1、2、4、5、6、0
          • 专一性通透水分子
        • AQP3、7、9、10
          • 通透水及甘油尿素等小分子
• 大分子和颗粒物质的穿膜运输
  • 胞吞作用
  • 胞吐作用
• 细胞膜异常与疾病
  • 载体蛋白异常与疾病
  • ABC转运体蛋白异常与疾病
  • 膜受体异常与疾病