细胞膜

细胞生物学第二篇细胞膜思维导图，讲述了细胞膜（质膜）的概述、细胞膜的生物学特性、细胞膜的分子结构模型。

细胞膜

• 生物膜（单位膜）：质膜和细胞内膜系统的总称。
  • 细胞膜（质膜）：是包围在细胞质表面的一层薄膜。
    • 化学组成（主要）
      • 脂质（膜脂）:构成细胞膜的结构骨架
        • 磷脂（主要）
          • 脂分子中含有磷酸基团的分子
          • 分类
            • 甘油磷脂
              • 磷脂酰胆碱(PC）也叫卵磷脂
              • 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）(PE)
              • 磷脂酰丝氨酸（PS）
              • 磷脂酰肌醇（PI)
              • 特征：
                • 结构示意图
                • 以甘油为骨架
                • 甘油分子的1、2位羟基分别与脂肪酸形成脂键
                • 3位羟基与磷酸基团形成脂键
                • 两亲分子或兼性分子
            • 鞘磷脂SM
              • 唯一不以甘油为骨架的磷脂，在膜中含量较少，在神经纤维中含量较多
              • 示意图
              • 合成部位：主要高尔基体
              • 骨架：鞘氨醇
              • 长链的不饱和脂肪酸结合在鞘氨醇的氨基上，分子末端的一个羟基与磷酸胆碱结合
        • 胆固醇
          • 作用：能稳定细胞膜和调节流动性
          • 两亲分子
          • 极性头部为连接与固醇环上的烃基，靠近相邻分子的极性头部
          • 非极性疏水结构为固醇环和烃链
          • 疏水的固醇环具有刚性，固定在磷脂分子临近头部的烃链上，对其运动具有干扰作用
          • 结构特点
        • 糖脂
          • 位于质膜的非胞质面
          • 由脂类和寡糖构成
          • 糖脂在不同生物细胞内的情况
            • 细菌、植物细胞：几乎所有的糖脂都是甘油磷脂的衍生物
            • 动物细胞：几乎都是鞘氨醇的衍生物，结构与鞘磷脂相似，称为鞘糖脂
          • 最简单的糖脂是脑苷脂（髓鞘中的主要糖脂）
      • 蛋白质（膜蛋白)：以多种方式与脂双分子层结合
        • 决定细胞膜的不同特性和功能
        • 人体内30%的蛋白质位于质膜上
        • 不同生物膜上膜蛋白的含量及类型有很大差异，功能越复杂的膜其蛋白质含量越高
        • 功能
          • 运输
          • 催化
          • 链接：链接相邻细胞或离子进出细胞
          • 受体
        • 分类（根据膜蛋白和脂双分子层结合方式的不同）：
          • 内在膜蛋白（整合膜蛋白、穿膜蛋白）
            • 占70%-80%
            • 分类
              • 单次穿膜
              • 多次穿膜
              • 多亚基穿膜
            • 大多数穿膜蛋白都是a-螺旋构象，也有的穿模蛋白以b-折叠片层构象穿膜，在脂双层中围成桶状结构，称b桶。
              • 有些b桶在质膜上起运输作用，被称为孔蛋白，主要存在于线粒体、叶绿体和一些细菌的外膜
                • 蛋白质的结构
          • 外在膜蛋白（周边蛋白）
            • 占膜蛋白总量的20%-30%
            • 是水溶性蛋白，与膜之间通常有一种动态关系，根据功能的需要募集到膜上或从膜上释放出去
            • 是一类与细胞膜结合较为松散的不插入脂双层的蛋白质
            • 分布在质膜的胞质侧或胞外侧
            • 分类
              • 膜内（较为清楚）
                • 例子：红细胞的血影蛋白和锚蛋白
              • 膜外
                • 细胞外基质的主要成分
                • 酶或传递信号的因子
          • 脂锚定蛋白（脂连接蛋白）
            • 与外在膜蛋白类似，但不同的是，它是以共价键与脂双层内的脂分子结合
            • 两种方式与脂类分子结合
              • 质膜胞质侧:直接与脂双层中的某些脂肪酸链形成共价键而被锚定
              • 质膜外表面的一些蛋白质：通过与磷酸肌醇分子相连的寡糖链共价键结合而锚定到质膜上，又被称为糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白（GPI）
              • 去垢剂：分离穿膜蛋白（十二烷基磺酸钠SDS）
      • 糖类（膜糖）（膜糖类覆盖细胞膜表面）
        • 糖类约占质膜总质量的8%
        • 93%的糖以低聚糖或多聚糖链形式共价结合于膜蛋白上形成糖蛋白
        • 7%的膜糖以低聚糖链共价结合于膜蛋白上形成糖脂
        • 糖萼（细胞外被）：真核细胞表面富含糖类的周缘区
          • 特点：在电镜下可现实其厚约10-20nm的结构，边界不明确
        • 基本功能：
          • 保护细胞
            • 润滑
            • 防止机械损伤
            • 保护黏膜上皮不受消化酶的作用
          • 参与细胞的识别、黏附、迁移等功能活动
  • 生物学特性
    • 膜的不对称性：细胞膜中各个成分的分布是不均匀的，包括种类和数量
      • 膜脂的不对称性
        • • 子主题
          • 使得脂双层内、外两层流动性有所不同
          • 相对不对称性
      • 膜蛋白的不对称性
        • 绝对不对称性
        • 穿膜蛋白具有一定的方向性
      • 膜糖的不对称性
        • 细胞膜糖脂、糖蛋白的寡糖侧链只分布于非胞质面
        • 内在膜系统，寡糖侧链都分布于非胞质面
      • 意义：
        • 与膜功能的不对称性和方向性有密切关系
        • 保证了膜功能的方向性和生命活动的高度有序性
    • 膜的流动性（细胞膜的基本特征之一）
      • 膜脂的流动性和膜蛋白的运动性
        • 膜的流动性
          • 膜脂分子的运动方式
            • 侧向扩散（主要的运动方式）
            • 翻转运动（翻转酶）
            • 旋转运动
            • 弯曲运动
          • 影响因素
            • 脂肪酸链的饱和程度
            • 脂肪酸链的长短（越短，相变温度越低，流动性越大
            • 胆固醇的双重调节作用
            • 卵磷脂和鞘磷脂的比值（鞘磷脂含量高流动性降低）
            • 膜蛋白的影响
              • 界面脂
              • 富脂区
            • 膜脂的极性基因、环境温度、PH、离子强度
        • 膜蛋白的运动性
          • 侧向扩散
          • 旋转运动
      • 结构：脂双层为液晶态二维流体
        • 组分既有固体分子排列的有序性，又有液体的流动性（液晶态）
        • 相变：由温度变化导致膜状态的改变称为相变
        • 是膜功能活动的保证
  • 细胞膜的分子结构模型
    • 片层结构模型（三层夹板式，蛋白质-磷脂-蛋白质）
    • 单位膜模型 （体现膜形态结构的共同特点，磷脂分子的排布方式）
    • 流动镶嵌模型（无法解释质膜在变化过程中如何保持膜的完整性和稳定性，也忽视了膜各部分流动性的不均匀性）
      • 晶格镶嵌模型
      • 板块镶嵌膜性
    • 脂筏膜型
      • 微区：膜脂双层内含有特殊脂质和蛋白质组成
        • 由于鞘脂的脂肪酸尾比较长，因此这一区域比膜的其他部分厚，更有秩序且较少移动，被称为脂筏
          • 外层微区
          • 内层微区