细胞膜的分子结构和特性

《细胞生物学》细胞膜的分子结构和特性——重点知识梳理标注，细胞生物学(Cell Biology)是研究和揭示细胞基本生命活动规律的科学，它从显微、亚显微与分子水平上研究细胞结构与功能。细胞增殖、分化、代谢、运动、衰老、死亡，以及细胞信号转导，细胞基因表达与调控，细胞起源与进化等重大生命过程。

细胞膜的分子结构和特性

• 化学组成
  • 膜脂 （两亲性分子/兼性分子）
    • 磷脂
      • 最简单的磷酸甘油酯是磷脂酸，是合成其他磷酸甘油酯的前体
      • 膜中含量最多的是磷脂酰胆碱（卵磷脂）
      • 1个极性头和2个非极性尾（有例外）
    • 胆固醇
      • 对膜脂的物理状态具有调节作用，可阻止磷脂凝集成晶体结构，对质膜有加强作用，是脂筏的基本结构部分
    • 糖脂
      • 普遍存在于所有细胞膜上，含有1个或几个糖基
      • 物质运输、细胞识别、免疫应答等膜功能
  • 膜蛋白
    • 跨膜蛋白（膜内在蛋白/镶嵌蛋白）
      • 通过非极性氨基酸部分直接与膜脂双层疏水区共价结合，结合十分紧密，只有用去垢剂（如SDS）才能从膜上溶解下来
    • 膜周边蛋白（膜外在蛋白/外周蛋白）
      • 不直接与膜脂相连，以非共价键（静电作用、离子键、氢键）与膜脂头部结合或与膜内在蛋白的亲水部分相互作用，结合不紧密，温和条件处理就能溶解下来
      • 主要分布于膜的内表面，为水溶性蛋白质，如红细胞膜内表面的血影蛋白
    • 脂锚定蛋白（脂连接蛋白）
      • 位于膜两侧，以共价键与脂双层分子结合
        • 以共价键与脂双层中的碳氢链直接结合
        • 蛋白质通过寡糖链间接与脂双层结合，被锚定在质膜外侧
  • 膜糖
    • 以共价键与膜脂、膜蛋白结合形成糖脂、糖蛋白，只分布在膜外表面
    • 糖萼即细胞外被 与细胞膜连接的糖蛋白及糖脂的寡糖侧链和膜蛋白聚糖上的多糖链
    • 糖链末端富含带负电荷的唾液酸，促进水盐平衡微环境的建立
• 分子结构
  • 单位膜模型
    • “暗-亮-暗”三层式结构，内外两侧的蛋白质以β折叠的方式与中间的磷脂结合
  • 液态镶嵌模型
    • 流动的脂双层构成膜的连续主体，球状蛋白质分子镶嵌在脂双层中——流动性、有序性 蛋白质分子的非极性部分嵌入疏水区，极性部分外露于膜的表面
  • 脂筏
    • 质膜上富含胆固醇和鞘磷脂及蛋白质的微结构域，结构致密有序，成为有序液体
    • 参与细胞信号转导，参与蛋白质分选
• 理化特性
  • 膜的不对称性
    • 细胞膜中各种膜成分的分布在种类和数量上都有很大差异
    • 膜蛋白和糖脂的不对称性分布是绝对的 磷脂和胆固醇的不对称分布是相对的，仅为含量和比例上的差异
  • 膜的流动性
    • 膜脂的流动性
      • 相变：温度升高时，晶态可熔融为液晶态，引起相变的温度为相变温度
      • 相变温度以上，膜脂的运动形式：旋转运动、侧向扩散、内外层翻转运动、弯曲运动
    • 膜蛋白的运动性
      • 被动扩散
        • 侧向扩散（人鼠细胞融合，成帽反应、荧光漂白恢复法）、旋转扩散
      • 细胞代谢驱使的运动
        • 膜蛋白与膜下方的微管、微丝相结合而形成复合体的运动
  • 影响膜流动性的因素
    • 脂肪酸链的长度和不饱和程度
      • 脂肪酸链越短，流动性↑；不饱和脂肪酸越多，流动性↑
    • 胆固醇与磷脂的比值
      • 相变温度以上，胆固醇含量增加，可增加膜脂的有序性
    • 卵磷脂与鞘磷脂的比值
      • 卵磷脂不饱和程度高，鞘磷脂饱和程度高且黏性大，鞘磷脂含量高则流动性低
    • 膜蛋白的影响
      • 嵌入的蛋白质越多，流动性越小
    • 其他因素
      • 温度越高，流动性越大；pH、离子强度、金属离子等
• 中心主题