细胞膜

医学细胞生物学第4章细胞膜思维导图，包括细胞膜的化学组成、细胞膜的分子结构模型、细胞膜的特性、细胞膜的物质转运功能四部分内容。

细胞膜

• 一、化学组成
  • （一）膜脂
    • 1.磷脂
      • 甘油磷脂【（最简单的）磷脂酰胆基+ 脂肪酸+甘油】
        • 磷脂酰胆基碱（卵磷脂）
        • 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
      • 鞘磷脂
        • 结构与磷脂酰胆碱相似，但以鞘氨醇为骨架
    • 2.胆固醇
      • 作用
        • 调节膜的流动性
        • 加强膜的稳定性
        • 降低水溶性物质的通透性
    • 3.糖脂
      • 由脂类和寡糖构成。分布在非胞质面单层。可作为受体参与细胞识别及信号传导（还有保护）
        • 脑苷脂（半乳糖）
        • 神经节苷脂
  • （二）膜蛋白
    • 作用：机械支持作用，物质运输、细胞外信号受体、黏附和酶催化等方面起重要作用
    • 根据膜蛋白与膜脂的结合方式及其在膜中所在的位置
      • 1.膜内在蛋白质
        • 以不同程度嵌入脂双层内部
      • 2.膜外周蛋白质
        • 主要分布在膜的内表面，为水溶性蛋白质
      • 3.脂锚定蛋白质
        • 位于膜的两侧。通过与之共价相连的脂分子 （脂肪酸或糖脂）插入膜的脂双分子层中。
  • （三）膜糖类
    • 以低聚糖或多聚糖形式共价结合于膜蛋白上形成糖蛋白
    • 以低聚糖链共价结合于膜脂上形成糖脂
    • 糖蛋白和糖脂的糖分子侧链在细胞表面形成细胞包被，又称糖萼
      • 主要功能是保护细胞兼有润滑作用
• 二、细胞膜的分子结构模型
  • （一）流动镶嵌模型
    • 主要特点
      • 1.膜中脂双层构成膜的连贯主体，它既有晶体分子排列的有序性，又具有液体的流动性
      • 2.膜中蛋白质分子以不同形式与脂双层分子结合，有的嵌在脂双层分子中，有的则附着在脂双层的表面
      • 3.糖分子分布于膜外表面
    • 优点
      • 强调了膜的流动性和不对称性，较好地解释了生物膜的功能特点
    • 缺点
      • 忽视了蛋白质分子对脂类分子流动性的控制作用，不能说明具有流动性的质膜在变化过程中怎样保持膜的相对完整性和稳定性，忽视了膜的各部分流动性的不均匀性等
  • (二）晶格镶嵌模型
    • 特点
      • 认为生物膜中流动的脂类是在可逆地进行无序（液态）和有序（晶格）的相变，膜蛋白对脂类分子的运动有限制作用。
      • 镶嵌蛋白和其周围的脂类分子形成膜中晶态部分（晶格），而具有“流动性”的脂类呈小片的点状分布
    • 优点
      • 比较合理地说明了生物膜既具有流动性又具有相对完整性及稳定性的原因
  • （三）板块镶嵌模型
    • 特点
      • 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脂类板块（有序结构的“板块”），在这些有序结构的板块之间存在流动的脂类区（无序结构的”板块"），这两种板块之间处于一种连贯的动态平衡中
  • （四）片层结构模型
    • 特点
      • 一开始认为：球形蛋白质分子附着在磷脂双分子层的两侧表面，形成“蛋白质-磷脂-蛋白质”的三夹板式结构
        • 不能解释为什么一些亲水性的小分子物质通透性高
      • 后来修改：认为质膜上有穿过脂双层的孔，这孔由蛋白质分子围成，其内表面具有亲水基因，允许亲水性小分子通过
        • 缺少必要的细节，是对膜结构的一个较初步认识
  • （五）脂筏模型
• 三、细胞膜的特性
  • (一）膜的不对称性
    • 1.膜蛋白的不对称性
      • 膜蛋白镶嵌在脂类双层中，它们在内外两层的分布是绝对不对称的
      • 通过冰冻蚀刻技术得到的生物膜两个剖面可看到
      • 跨膜蛋白穿越脂双层都有一定的方向性
    • 2.膜脂的不对称性
      • 同一种脂分子在不同层中也呈不均匀分布
      • 各层所含的磷脂种类不同
    • 3.膜糖的不对称性
      • 糖类在细胞膜外表面与蛋白质和脂类结合成糖脂和糖蛋白，其低聚糖侧链只分布在细胞膜与细胞内膜系统的非胞质面
  • （二)膜的流动性
    • 1.膜脂的流动性
      • 概念
        • 现认为脂质双层是液晶态，即介于液态与晶态之间的过渡状态。它既具有液体的流动性又有固体所具有的分子排列的有序性
      • 相变
        • 温度升高，晶态也可熔融为液晶态，这种变化称相变。引起相变的温度为相变温度
      • 脂膜分子的运动方式
        • （1）旋转异构运动
        • （2)伸缩震荡运动
        • （3）旋转运动
        • （4）侧向扩散运动
        • （5）翻转运动
    • 2.影响膜脂流动性的因素
      • （1）脂肪酸链的饱和程度及其长度
        • 含不饱和双键越多，相变温度越低，流动性越大
        • 短的脂肪酸链增加膜的流动性
      • （2）胆固醇
        • 相变温度以上限制膜的流动性，稳定质膜
        • 相变温度以下干扰晶态形成，增加膜的流动性
      • （3）卵磷脂与鞘磷脂的比值
        • 鞘磷脂含量高，比值下降，流动性降低
      • （4）膜蛋白的影响
        • 嵌入的蛋白质越多，膜脂流动性就越小
      • （5）其他因素
        • 环境温度、离子强度、pH、极性基团及金属离子等
    • 3.膜蛋白质的流动性
      • 分布在膜脂中的膜蛋白质也有发生运动的特性
        • （1）侧向扩散
        • （2）旋转扩散
          • 膜蛋白能围绕与膜平面相垂直的轴进行旋转运动
• 四、细胞膜的物质转运功能
  • （一）小分子物质的穿膜运输
    • 1.被动运输
      • 通过简单扩散或易化扩散进行的顺浓度梯度的分子运输，所需的能量来自高浓度本身所包含的势能，不需要细胞提供能量
        • （1）简单扩散
          • 由物质浓度高的一侧向浓度低的自由运动
          • 不需要借助跨膜运输蛋白协助
          • 脂溶性物质如醇、苯、甾类激素以及CO2、O2、NO和水等均能通过
        • （2）易化扩散
          • 依赖于转运蛋白才能完成的物质运输方式
            • 膜转运蛋白
              • 载体蛋白
                • 负责运输单糖、氨基酸、脂肪酸等不带电荷物质
                • 与特定的溶质结合，改变构象使溶质穿越细胞膜
                  • 葡萄糖转运：发生两种构象变化
              • 通道蛋白
                • 负责运输离子
                  • 有些通道蛋白长期开放，如钾泄露通道；有些平时处于关闭状态，仅在特定刺激下打开，又称门通道，如电位门、配位门、机械门...
    • 2.主动运输
      • 指膜内外的物质由低浓度一侧向高浓度一侧逆向运输的过程，需借助载体蛋白并消耗能量完成
        • （1）ATP直接提供能量的离子泵运输
          • 1）钠钾泵
            • Na离子-K离子-ATP酶每完成一次转运过程，分别有3个Na离子出胞和2个K离子入胞
          • 2）Ca离子-ATPase
            • 在Ca离子泵工作周期中，也有磷酸化和去磷酸化过程，通过两种构象改变，结合与释放Ca离子。每水解一个ATP分子能逆浓度梯度转运2个Ca离子进入或泵出细胞
        • （2）耦联运输
          • 也称协同运输，指一种物质以被动运输方式进行，所产生的势能推动另一物质进行主动运输的过程
            • 同向运输
              • 小肠上皮和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖与氨基酸
            • 对向运输
  • （二）大分子和颗粒物质的跨膜运输
    • 1.胞吞作用
      • 细胞膜内陷形成胞吞小泡，脱离细胞膜形成内吞囊泡，送至溶酶体消化
      • （1）胞饮作用
        • 小囊泡
        • 液体和小颗粒物质
      • （2）吞噬作用
        • 通过大囊泡
        • 大颗粒物质
      • （3）受体介导的内吞作用
        • 通过受体的介导摄取细胞外专一性蛋白质或其他化合物的过程。进入细胞必须先于膜上特异性受体识别并结合
          • 胆固醇的摄取和吸收
          • 机体对许多重要物质的摄取（如维生素B12和铁离子等）
    • 2.胞吐作用
      • 指细胞内合成的物质如酶、激素及一些未被分解的物质等通过囊泡转运至细胞膜，与质膜融合后将物质排除细胞外的过程
        • 胰岛素等体内多种激素分泌