第3章 细胞膜与跨膜运输
细胞膜与物质跨膜运输
2、胆固醇
双性分子。只存在于真核细胞 膜上，含量一般不超过膜脂的 1/3，植物细胞膜中含量较少。 功能是提高脂双层的力学稳定 性，调节脂双层流动性，降低 水溶性物质的通透性。
非极性尾部 固醇环结构 极性头部
在缺少胆固醇培养基中，不能合 成胆固醇的突变细胞株很快发生 自溶。
2、糖脂
糖脂也是两性分子，结构与磷
小鼠细胞
膜蛋白 (抗原）
人细胞
异核细胞 小鼠膜蛋白抗体 + 荧光素
小鼠膜蛋白抗体 +小 鼠膜蛋白（抗原）
人膜蛋白抗体 + 罗丹明
人膜蛋白抗体+人膜 蛋白（抗原） 孵育（37℃，40分钟）
光致漂白荧光恢复法（FRAP）
Fluorescence recovery after photobleaching
0.23 0.7 1.5 1.5-4 3.2
一、细胞膜的化学组成
红细胞血影(细胞膜最佳研究材料)
成熟的红细胞没有细胞器； 质膜是红细胞唯一的膜结构； 红细胞质膜易于提纯和分离。
是将分离的红细胞放入低渗溶液 中，水渗入到红细胞内部，红细 胞膨胀、破裂，从而释放出血红 蛋白，当红细胞的内容物渗漏之 后、质膜可以重新封闭起来称为 红细胞血影。
质网膜、高尔基复合体膜、溶酶 体膜、核膜等，称为细胞内膜。 除线粒体膜以外的内膜结构共同 构成真核细胞的内膜系统。
生物膜
生物膜(biomembrane)
细胞膜和细胞内膜的总称。
生物膜
细胞膜 细胞内膜: ……
细胞膜 细胞质
任何生物膜在电镜下都呈现“暗—明—暗”
三层结构，故将这三层结构称为单位膜。
生物膜
1.脂双层为液晶态二维流体 生理条件下，膜脂分子既有固体分子排列 的有序性，又具有液体的流动性，是居于 晶态和液态之间的液晶态。 温度的改变使膜可以在液晶态和晶态之间 转换，这种膜脂状态的改变称为相变。发 生相变的临界温度称为膜的相变温度。 液晶态的膜处于流动状态，与运动状态的 膜蛋白协同完成膜的各项功能活动。
高考生物考点精讲精析 细胞膜跨膜运输方式
闪堕市安歇阳光实验学校细胞膜——系统的边界生物膜的流动镶嵌模型物质跨膜运输的方式考点一、细胞膜的成分、结构、功能及流动性、选择透过性之间的关系一、考点概述：1.此考点主要包括以下内容：磷脂分子细胞膜结构示意图知识网络图解2.在高考试题中，以选择题或填空题的形式出现。
二、具体考点分析：1．磷脂分子(1)磷脂分子的元素组成：C、H、O、N、P。
(2)单层磷脂分子层水界面排列及搅拌后图解2．细胞膜结构示意图(1)脂质分子中最主要的是磷脂，此外还有胆固醇等。
(2)膜上蛋白质是功能行使者，决定膜功能复杂程度。
常见蛋白质如载体蛋白、糖蛋白等。
(3)糖蛋白的位置只有一个——细胞膜的外侧，细胞器膜和细胞膜内侧不存在，可用于确定膜内外位置。
3．知识网络图解(1)流动性和选择透过性的关系①区别：流动性是生物膜的结构特点，选择透过性是生物膜的功能特性。
②联系：流动性是选择透过性的基础，只有膜具有流动性，才能表现出选择透过性。
(2)流动性原理——构成膜的磷脂分子和蛋白质分子大多数是运动的；选择透过性原理——膜上载体蛋白的种类和数量。
(3)流动性的实例：细胞融合、变形虫变形、白细胞吞噬细菌(胞吞)、分泌蛋白的分泌(胞吐)、温度改变时膜的厚度改变、动物细胞吸水膨胀或失水皱缩等。
三、典例精析：1．如图表示细胞膜的结构示意图。
下列有关叙述错误的是( ) A．A是蛋白质，B是磷脂分子B．二氧化碳和氧气通过膜需要A的协助C．构成细胞膜的A与B大多数可以运动D．适当提高温度，能使A和B的相对运动加快，透性增加，有利于生命活动的进行解析题图中，A为蛋白质分子，B为磷脂分子；组成细胞膜的蛋白质分子和磷脂分子大多数是可以运动的；适当提高温度后，组成细胞膜的分子运动加快，透性增加，有利于生命活动的进行；二氧化碳和氧气都是小分子气体，以自由扩散的方式通过细胞膜，不需要载体蛋白的协助。
答案B2．下图表示各种膜的组成成分含量，该图不能说明的是( )A．构成细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质B．膜中的脂质和蛋白质含量的变化与膜的功能有关C．膜的功能越简单，所含蛋白质的数量越少D．膜的功能越复杂，所含糖类的种类和数量越多解析由图可知，构成髓鞘、人红细胞膜、小鼠肝细胞膜和变形虫细胞膜的成分中，脂质和蛋白质的含量都远远高于糖类，说明构成细胞膜的主要成分是蛋白质和脂质，故A正确。
细胞膜的功能——大分子跨膜运输(共42张PPT)
三、运输小泡的类型
在细胞分泌和内吞过程中,从膜上形成的小泡通常由不 同的蛋白质包被，因此称为被膜小泡(coated vesicles), 有三种类型的被膜小泡。
（一）网格蛋白小泡(clathrin-coated vesicle）
（二）COPⅡ被膜小泡(COPⅡ coated vesicle) （三）COPⅠ被膜小泡(COPⅠcoated vesicle)
网格蛋白(clathrin)是一种进化上高度保守的蛋白质，
由相对分子质量为180kDa的重链和相对分子质量为35～
40kDa的轻链组成二聚体, 三个二聚体形成包被的基本结
构单位--三联体骨架(triskelion),
称为三腿蛋白
(three-legged protein)。许多三腿复合物再组装成六
边形或五边形网格结构,即包被亚基,然后由这些网格蛋
调节型分泌途径
见于某些特化的细胞，如内分泌细胞。在这些细胞中,调节型 分泌小泡成群地聚集在质膜下，只有在外部信号的触发下，质 膜产生胞内信使后才和质膜融合，分泌内容物。
调节型途径中形成的小泡称为分泌泡(secretory vesicles)。
调节型分泌有两个特点:一是具有选择性;二是具有浓缩作用 ,可使被运输的物质浓度提高200倍。
（一）网格蛋白小泡
从反面高尔基体网络出芽形成的选择性的分泌 小泡,包括溶酶体酶运输小泡, 以及细胞质膜中 由受体介导的内吞作用形成的内吞泡都是由网 格蛋白参与形成的网格蛋白小泡。这些小泡的 表面都包裹一层聚合的网格蛋白。网格蛋白小 泡参与反面高尔基体和质膜之间的选择性分泌 和内吞活动。
网格蛋白(clathrin)
小于150nm
连续的过 程
胞吞泡形 成机制
跨膜运输知识点归纳
跨膜运输知识点归纳一、跨膜运输的概念。
跨膜运输是指物质进出细胞时，穿过细胞膜的运输方式。
细胞膜是一种选择透过性膜，它允许某些物质通过，而阻止其他物质通过。
二、跨膜运输的方式。
1. 被动运输。
- 自由扩散。
- 概念：物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散。
- 特点：顺浓度梯度运输（从高浓度到低浓度）；不需要载体蛋白的协助；不需要消耗能量。
- 实例：水（水分子通过水通道蛋白进出细胞的方式是协助扩散，但单纯的水分子扩散是自由扩散）、氧气、二氧化碳、甘油、乙醇等小分子物质。
- 协助扩散。
- 概念：进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散，叫做协助扩散。
- 特点：顺浓度梯度运输；需要载体蛋白的协助；不需要消耗能量。
- 实例：葡萄糖进入红细胞（葡萄糖进入其他细胞的方式可能是主动运输）、离子通道运输某些离子（如神经细胞上的Na⁺通道在动作电位形成时允许Na⁺内流，K ⁺通道在静息电位形成时允许K⁺外流等情况属于协助扩散）。
2. 主动运输。
- 概念：从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输。
- 特点：逆浓度梯度运输；需要载体蛋白的协助；需要消耗能量（能量来源主要是细胞呼吸产生的ATP）。
- 实例：小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸、无机盐离子（如K⁺、Na⁺、Ca²⁺等）。
主动运输保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。
3. 胞吞和胞吐（大分子物质进出细胞的方式）- 胞吞。
- 概念：当细胞摄取大分子时，首先是大分子附着在细胞膜表面，这部分细胞膜内陷形成小囊，包围着大分子。
然后小囊从细胞膜上分离下来，形成囊泡，进入细胞内部，这种现象叫胞吞。
- 实例：白细胞吞噬病菌、变形虫吞噬食物颗粒等。
- 胞吐。
- 概念：细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移动到细胞膜处，与细胞膜融合，将大分子排出细胞，这种现象叫胞吐。
第三章 细胞质膜与跨膜运输
第三章细胞质膜与跨膜运输1. 请比较质膜、内膜和生物膜在概念上的异同。
答：细胞质膜(plasma membrane)是指包围在细胞表面的一层极薄的膜，主要由膜脂和膜蛋白所组成。
质膜的基本作用是维护细胞内微环境的相对稳定，并参与同外界环境进行物质交换、能量和信息传递。
另外，在细胞的生存、生长、分裂、分化中起重要作用。
真核生物除了具有细胞表面膜外，细胞质中还有许多由膜分隔成的各种细胞器，这些细胞器的膜结构与质膜相似，但功能有所不同，这些膜称为内膜(internal membrane)，或胞质膜(cytoplasmic membrane)。
内膜包括细胞核膜、内质网膜、高尔基体膜等。
由于细菌没有内膜，所以细菌的细胞质膜代行胞质膜的作用。
生物膜(biomembrane，or biological membrane)是细胞内膜和质膜的总称。
生物膜是细胞的基本结构，它不仅具有界膜的功能，还参与细胞的全部生命活动。
2. 如何理解细胞膜作为界膜对细胞生命活动所起的作用?答：界膜的涵义包括两个方面:细胞界膜和内膜结构的界膜，作为界膜的膜结构对于细胞生命的进化具有重要意义，这种界膜不仅使生命进化到细胞的生命形式，也保证了细胞生命的正常进行，它使遗传物质和其他参与生命活动的生物大分子相对集中在一个安全的微环境中，有利于细胞的物质和能量代谢。
细胞内空间的区室化，不仅扩大了表面积，还使细胞的生命活动更加高效和有序。
3. 简述细胞膜结构的基本功能及对细胞生命活动的影响。
答：细胞膜结构的基本功能包括以下几个方面:界膜和区室化(delineation and compartmentalization) 细胞膜最重要的作用就是勾划了细胞的边界，并且在细胞质中划分了许多以膜包被的区室。
调节运输(regulation of transport) 膜为两侧的分子交换提供了一个屏障，一方面可以让某些物质"自由通透"，另一方面又作为某些物质出入细胞的障碍。
细胞的跨膜物质运输的方式及特点
细胞的跨膜物质运输的方式及特点
细胞膜是细胞的外层边界,它在维持细胞内环境的稳定性和细胞的完整性方面起着关键作用。
细胞膜对某些物质是选择性渗透的,这意味着一些物质可以自由穿过细胞膜,而另一些则需要特殊的运输机制。
细胞通过以下几种方式实现跨膜物质运输:
1. 简单扩散
小分子如氧气、二氧化碳和水等可以自由地穿过细胞膜,这种无需能量消耗的过程称为简单扩散。
简单扩散的速率取决于浓度梯度,物质会从高浓度区域向低浓度区域扩散。
2. 易化扩散
对于一些疏水性分子,如脂肪酸和一些药物,它们难以直接穿过亲水性的细胞膜。
这种情况下,它们可以通过与膜脂质结合的方式进行跨膜运输,这种过程称为易化扩散。
3. 主动运输
对于一些无法通过简单扩散或易化扩散进入细胞的大分子和离子,细胞需要利用能量驱动的主动运输机制。
主动运输需要特殊的蛋白质载体,如离子泵和转运蛋白,利用ATP水解产生的能量将物质从低浓度区域转移到高浓度区域。
4. 胞吞作用和胞吐作用
胞吞作用是细胞通过将膜内陷并包裹周围介质中的物质形成小泡的
方式将大分子或颗粒物质吸收进细胞内的过程。
相反,胞吐作用则是细胞将不需要的物质包裹在小泡中排出细胞外的过程。
5. 通过蛋白质通道
一些离子和小分子可以通过细胞膜上的特殊蛋白质通道进行跨膜运输,如离子通道和水通道。
这些通道具有高度的选择性,只允许特定的物质通过。
细胞膜的选择性渗透性和各种跨膜运输机制对于维持细胞内环境的稳定、物质和信号的传递以及细胞的正常代谢活动都至关重要。
不同的细胞类型和生理状态下,跨膜运输的方式和特点也会有所不同,以满足细胞的特定需求。
高考生物跨膜运输知识点
高考生物跨膜运输知识点高考生物跨膜运输知识点生物学中，跨膜运输是指细胞跨过细胞膜将物质传输到细胞内或细胞外的过程。
在高考生物考试中，跨膜运输是一个重要的考题，涉及到了细胞膜结构、物质转运及其重要的生理功能。
因此，本文将为大家介绍高考生物跨膜运输的知识点，帮助大家深入理解这一重要的生物学概念。
一、细胞膜结构细胞膜是由磷脂双层和蛋白质组成的。
磷脂双层在水中自组装成为一个类似于油的膜，其两侧分别包含有亲水性的头部和亲疏水性的尾部。
尾部中的疏水性分子为磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸等，且它们的静电荷不同，导致膜内的蛋白质分布也不同。
蛋白质在细胞膜中有着各种不同的功能，比如传递信息，促进物质运输等等。
细胞膜的结构决定了其对物质的选择性通透性，即只允许亲水性的小分子通过膜孔道进出细胞，例如水和一些离子。
对于大分子，如蛋白质或核酸而言，它们则需要通过跨膜运输的方式被细胞膜转运。
二、物质跨膜转运在生物学中，物质跨膜转运是指跨过细胞膜将物质传输到细胞内或细胞外的过程。
这个过程可以由被动、主动转运以及细胞外囊泡等多种方式实现。
1. 被动转运被动转运是一种passively diffussion 的过程，即物质沿着其浓度梯度从高浓度区域自发地扩散到低浓度区域，例如氧气和二氧化碳的进出细胞膜。
对于非极性分子以及极性分子的小分子而言，由于它们没有带电，因此可以轻易地穿过细胞膜进入细胞内或者跨出来。
2. 主动转运主动转运是指需要能量的转运过程，即分子非自发地沿着浓度对比相反的方向运动，以维持化学平衡。
它可以分为原位调节、信号传导和转运蛋白三种。
原位调节转运是通过离子泵、钠-钾泵等的机械作用来驱动分子运动过程，将一些离子从低浓度区向高浓度区运输。
信号传导转运凭借的是信号分子的生成或者传递过程，例如细胞表面的受体可以将信号传递到细胞内部，促进细胞对于外界环境的适应。
转运蛋白主要是利用细胞膜表面存在的一些载体蛋白，将某些大分子或者离子通过膜孔道运输到细胞内或者细胞外，也是实现物质跨膜运输的常见方法之一。
试述细胞膜的跨膜物质转运方式及特点
细胞膜的跨膜物质转运方式及特点细胞膜的跨膜物质转运方式：被动运输（1）自由扩散（简单扩散）定义：物质通过简单扩散作用(simple transport)进出细胞,叫做自由扩散.其特点是：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；自由扩散②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助.某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在油和水中的分配系数（K）及其扩散系数（D）来计算：P=KD/t,t为膜的厚度.脂溶性越高通透性越大,水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过,小分子比大分子容易透过.具有极性的水分子容易透过是因水分子小,可通过由膜脂运动而产生的间隙.非极性的小分子如O2、CO2、N2可以很快透过脂双层,不带电荷的极性小分子,如水、尿素、甘油等也可以透过人工脂双层,尽管速度较慢,分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过,而膜对带电荷的物质如：H+、Na+、K+、Cl—、HCO3—是高度不通透的事实上细胞的物质转运过程中,透过脂双层的简单扩散现象很少,绝大多数情况下,物质是通过载体或者通道来转运的.离子、葡萄糖、核苷酸等物质有的是通过质膜上的运输蛋白的协助,按浓度梯度扩散进入质膜的,有的则是通过主动运输的方式进行转运.举例：氧气,二氧化碳,水,甘油,乙醇,苯,脂肪酸,尿素,胆固醇,脂溶性维生素,气体小分子等（2）协助扩散也称促进扩散、易化扩散（faciliatied diffusion）,其运输特点是：①比自由扩散转运速率高；②存在最大转运速率；在一定限度内运输速率同物质浓度成正比.如超过一定限度,浓度不再增加,运输也不再增加.因膜上载体蛋白的结合位点已达饱和；③有特异性,即与特定溶质结合.这类特殊的载体蛋白主要有离子载体和通道蛋白两种类型.④不需要提供能量.举例：红细胞摄取葡萄糖编辑本段主动运输其概念是：主动运输涉及物质输入和输出细胞和细胞器,并且能够逆浓度梯度或电化学梯度.主动运输是指物质逆浓度梯度,在载体的协助下,在能量的作用下运进或运出细胞膜的过程.植物对水分的吸收和对无机盐的吸收是两个相对独立的过程；同种植物对不同种类无机盐的吸收具有选择性；不同植物对同一种无机盐的吸收具有选择性；不同微生物对无机盐的吸收具有选择性；物质的跨膜运输既有顺浓度的又有逆浓度的；从而认识细胞膜和其他生物膜都具有选择透过性,即水分子可以自由通过,有些离子和小分子也可以通过,一些离子、小分子和任何大分子则不能通过.Na+、K+和Ca2+等离子,都不能自由地通过磷脂双分子层,它们从低浓度一侧运输到高浓度一侧, 需要载体蛋白的协助,同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种方式叫做主动运输其特点是：①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要能量（由ATP直接供能）或与释放能量的过程偶联（协同运输）,并对代谢毒性敏感；③都有载体蛋白,依赖于膜运输蛋白；④具有选择性和特异性.举例：小肠吸收K+、Na+、Ca2+等离子,葡萄糖,氨基酸,无机盐,核苷酸,带电荷离子等.编辑本段胞吐胞吞细胞内外生物大分子及颗粒物质(如蛋白质、核糖、多糖、细菌、及细胞碎片等)的转运使通过膜泡形成、位移、融合等一系列过程完成的,故称为膜泡运输,转运过程中不需要载体蛋白的协助,但是需要消耗细胞代谢能（A TP）.根据转运方向可以分为胞吞和胞吐两种方式.编辑本段胞吞作用胞吞作用称为入胞作用,是通过细胞膜内陷,将细胞外的大分子或是颗粒物质包裹成膜泡运进细胞的过程.根据入胞物质的大小及入胞机制的不同,胞吞作用分为胞饮作用、吞噬作用和受体介导的胞吞作用三种方式.1.胞饮作用：细胞摄取液体或是微小颗粒物质的过程.液体或直径小于150nm的颗粒吸附在细胞表面,该部位膜下微丝收缩,质膜逐渐内陷,将液体或是颗粒物质包裹成胞饮体或是胞饮泡.之后与初级溶酶体融合,内容物被溶酶体酶降解成小分子物质被细胞利用.广泛存在与人的白细胞、肝细胞、小肠上皮细胞、肾小管上皮细胞和巨噬细胞等.2.吞噬作用：细胞摄取细菌、衰老死亡的细胞、细胞碎片、粉尘颗粒及大分子复合物的过程称为吞噬作用.被吞噬的物质与质膜表面接触,随之接触部位的质膜想内凹陷或形成伪足,将颗粒包裹逐渐形成吞噬体或吞噬泡,之后与初级溶酶体结合,溶酶体酶将其降解.3.受体介导的胞吞：开始是大分子与细胞的质膜上的受体蛋白结合,然后膜凹陷,形成一个含有要输入的大分子的脂囊泡,也称为内吞囊泡,出现在细胞内.出现在胞内的囊泡与胞内体融合,然后再与溶酶体融合,胞吞的物质被降解.胞吞和胞吐都涉及到一种特殊的脂囊泡的形成.蛋白质和某些其它的大的物质被质膜吞入并带入细胞内（以脂囊泡形式）.举例：白细胞吞噬入侵的细菌等编辑本段胞吐作用细胞需要外排的大分子,先在细胞内形成囊泡,囊泡移到细胞膜处,与细胞膜融合,将大分子排除细胞.胞吐除了转运方向相反外,其过程类似于胞吞.在胞吐中,确定要从细胞分泌出的蛋白质被包裹在囊泡内,然后与质膜融合,最后将囊泡内的包容物释放到细胞外介质中.降解酶的酶原就是通过这种方式从胰腺细胞转运出去的。
浙科版高中生物必修一第三章第三节第2课时：跨膜运输方式
（《世纪金榜》P.40）
扩散、易化扩散和主动转运的比较
物质出入 细胞的方式 运输方向 是否需要 载体蛋白 扩散 易化扩散 高浓度→ 低浓度 主动转运 低浓度→ 高浓度
高浓度→ 低浓度 不需要
需要
需要
小肠吸收葡 萄糖、氨基 酸、无机盐 等
举例
举例O2、CO2、 红细胞吸 H2O、甘油等 收葡萄糖 出入细胞
成面”是解决此类题目的一般方法和步骤。
(1)识标是基础。找出纵、横坐标之间的联系，是解
答此类题目的基础。坐标上的曲线，实际上是“横
坐标”对“纵坐标”的影响，只有搞清楚图像表示
的意义，才能正确地理解题意，分析并解答问题。
(2)明点是关键。曲线的起点、转折点、终点、曲线
与纵横坐标，以及其他曲线的交叉点等，它们隐含
“胞吞”和“胞吐”的过程。下列与此有关
的叙述错误的是（
D
）
A.a与b均要以膜的流动性为基础才可能发生
B.a要有细胞表面识别和内部供能才可能完成
C.b表示细胞分泌的同时会导致膜成分的更新
D.b与a分别是细胞排泄废物和摄取养分的基
本方式
【解析】选D。胞吞和胞吐是物质被一部分质膜 包起来，然后这一部分质膜与整个质膜脱离，裹 着该物质运到细胞的内侧或外侧的过程，该过程
C
)
解析:脂溶性小分子物质是通过扩散方式(a 曲线) 运输的,不需要载体蛋白;方式 b 是易化扩散或 主动转运,二者都与载体蛋白有关,所以方式 b 的最大转运速率与载体蛋白数量有关,C 正确,抑 制呼吸对主动转运有影响。
【方法技巧】曲线坐标题的解题规律
凡坐标都离不开点和线，因此“识标、明点、描线、
D
）
A.甲>乙>丙>丁 C.丙>丁>甲>乙
细胞生物学--细胞膜与跨膜运输 ppt课件
该模型认为膜的骨架是脂肪形成的脂双层结 构,脂双层的内外两侧都是由一层蛋白质包 被,即蛋白质-脂-蛋白质的三层结构,内外两 层的蛋白质层都非常薄。并且,蛋白层是以 非折叠、完全伸展的肽链形式包在脂双层的 内外两侧。1954年对该模型进行了修改：膜 上有一些二维伸展的孔,孔的表面也是由蛋 白质包被的,这样使孔具有极性,可提高水对 膜的通透性。这一模型是第一次用分子术语 描述的结构
膜糖的存在方式
通过共价键同膜脂或膜蛋白相连，即以糖脂或糖蛋 白的形式存在于细胞质膜上。
糖同氨基酸的连接主要有两种形式，即O-连接和N-连接
O-连接:是糖链与肽链中的丝氨酸或苏氨酸残基相连， O-连接糖链较短， 约含4个糖基。
N-连接: 是糖链与肽链中天冬酰胺残基相连，N-连接 的糖链一般有10个以上的糖基。另外，N连接的方式较O 连接普遍。
膜脂的不对称性
细胞质膜各部分的名称 膜脂与糖脂的不对称性
糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础 非对称性形成原因: 磷脂:ER胞质半膜合成,Flippase选择性转运 糖脂: 催化糖基化反应的酶位于Golgi非胞质半膜,转运不
变
膜糖
存在于原核和真核细胞的质膜上（5％以下）,神经细胞糖 脂含量较高；细胞质膜上所有的膜糖都位于质膜的外表面，
极性的头部、非极性的类固醇环结构和一个非极性的碳氢尾部。胆固醇的分子较 其他膜脂要小, 双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向膜的外侧,疏水的尾部埋 在脂双层的中央。胆固醇分子是扁平和环状的,对磷脂的脂肪酸尾部的运动具有 干扰作用,所以胆固醇对调节膜的流动性、加强膜的稳定性有重要作用。
胆固醇的分子较其他膜脂要小， 双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向 膜的外侧，疏水的尾部埋在脂双层的中央
细胞膜与物质的跨膜转运 小分子物质的穿膜运输
• ①通过水解ATP获得能量 ； • ②离子浓度梯度；
大分子物质的跨膜运输
Endocytosis and Exocytosis
胞
胞
吞
饮
吐
噬
作
作
作
用
用
用
吞噬体phagosome
吞饮体pinosome
一、胞吞作用（endocytosis）
▪ 又称入胞作用或胞吐作用，是通过质膜的变 形运动将细胞外物质转运入细胞内的过程。
适合单纯扩散的物质： 脂溶性物质(非极性物质): 苯.乙醇.氧. 不带电荷小分子物质: 水.尿素.二氧化碳 不适合单纯扩散的物质： 带电荷物质，葡萄糖、氨基酸、核苷酸及许 多代谢产物不能通过单纯扩散穿膜转运。
膜转运蛋白
1.通道蛋白 在膜上形成亲水孔道介导离子转运
2.载体蛋白 通过构象改变进行物质转运
高浓度
配体
通道蛋白
低浓度
特点：通道蛋白在与神经递质或其他信号分子结合时开放
机械门控通道（mechanic-gated channel）
➢通道蛋白受压力作用，引起通道构象改变 而开启“闸门”，离子通过亲水通道进入 细胞，引起膜电位变化。
➢如内耳毛细胞感受声音
神经肌肉接头处离子通道的作用
神经-肌接头处的闸门通道
二、离子通道扩散
▪ 以其亲水区构成亲水通道和离子通道 ▪ 有些通道蛋白处于持续开放状态：
例如：钾泄漏通道 ▪ 多数通道为闸门通道
闸门门控通道的类型
1.电压闸门通道（voltage-gated channel） 2.配体闸门通道（ligand-gated channel） 3.机械门控通道(mechanical gated channel)
细胞膜与物质的跨膜运输
（二）胞饮作用 (pinocytosis)
定义：细胞非特异性摄取细胞外液滴的过程。 形成的小囊泡称胞饮体或胞饮泡。 常见于白细胞、 巨噬细胞
毛细血管内皮细胞 肾小管内皮细胞 小肠上皮细胞等
（三）受体介导的内吞作用 （receptor—mediated endocytosis）
定义：细胞通过受体的介导,摄取细胞外 专一性蛋白质或其他化合物的过程。
钾浓度梯度[30倍]
大亚基 大大亚亚基基 大大亚亚基基 大亚基
钠浓度梯度[13倍]
（1）Na+-K+泵
Na+
Na+ Na+
Na+ Na+ Na+
Na+ Na+
Na+ Na+ Na+ Na+
Na+ Na+
Na+
小小
亚亚
基基
K+ K+
钾结合部位
Na+ K+
钠结合部位
Na+ Na+
Mg2+ Pi Pi
ATP
度
（2）Ca2+泵：
存在部位： 肌细胞的肌浆网上及神经终末的质膜 原理： 类 似 钠 钾 泵 ， AT P 酶 ， 通 过 磷 酸 化 和 去 磷 酸 化 改 变构象，结合与释放Ca2+ 功能： 保持胞质内的低钙浓度，参与细胞的重要活动。 如：肌肉收缩、分泌、神经递质释放、跨膜信息 转导等。
2. 离子浓度驱动的协同运输(co-transport)
（二）胞吐作用（exocytosis）
指细胞内合成的物质通过囊泡转运至细胞膜， 与质膜融合后，将物质排出细胞外的过程。 穿胞吞吐
细胞的跨膜物质运输的方式及特点
细胞的跨膜物质运输的方式及特点细胞膜是细胞的重要结构,它是细胞与外界环境交换物质和信息的重要场所。
细胞膜的选择性渗透性使得细胞能够控制物质的进出,从而维持细胞内环境的稳定性。
细胞的跨膜物质运输主要有以下几种方式:1. 简单扩散(Simple Diffusion)这是最基本的物质运输方式,不需要能量消耗。
小分子物质(如氧气、二氧化碳和水等)可以自由地通过细胞膜,从高浓度区向低浓度区扩散。
简单扩散的速率取决于浓度梯度、温度和膜的通透性。
2. 易化扩散(Facilitated Diffusion)对于一些极性较大或者分子量较大的物质(如葡萄糖、氨基酸等),细胞膜上存在特殊的蛋白质通道或载体蛋白,可以协助这些物质通过细胞膜。
易化扩散也不需要能量消耗,但需要特殊的载体蛋白。
3. 主动运输(Active Transport)对于一些必需的离子或分子,细胞需要耗费能量(ATP)将它们从低浓度区运输到高浓度区。
主动运输过程需要特殊的膜蛋白质(离子泵或转运蛋白),如Na+/K+泵等。
4. 胞吞作用(Endocytosis)细胞通过将细胞膜的一部分向内陷入,形成囊泡将一些较大的分子或颗粒包裹进入细胞内。
根据不同的细胞膜陷入方式,可分为三种类型:吞噬作用、细胞饮作用和液泡作用。
5. 胞吐作用(Exocytosis)细胞通过将内部的囊泡与细胞膜融合,将囊泡中的物质释放到细胞外。
这是细胞将合成的物质或不需要的物质排出的重要方式。
细胞的跨膜物质运输过程具有以下特点:- 保持细胞内环境的稳定性和动态平衡- 供给细胞所需的营养物质和能量- 排出代谢废物和有害物质- 调节细胞内外离子浓度- 参与细胞间的信号传递和物质交换细胞膜的选择性渗透性和精细的调控机制,使得细胞能够有序地进行各种生命活动,维持细胞的正常功能。
细胞生物学笔记-细胞膜及跨膜运输
特性流动性存在状态液晶态——既具有固态的有序性，又有液态的流动性形式★ 胆固醇的含量：虽可稳定相变温度，但多↓ ★ 脂肪酸链的长短和饱和程度：长↓，短↑★ 卵磷脂、鞘磷脂的比值：卵、鞘占膜脂的50% △卵磷脂：含不饱和脂肪酸程度高 ↑ △鞘磷脂：含 饱和 脂肪酸程度高 ↓ ★ 膜蛋白的含量(内在蛋白):类似胆固醇 影响意义★使膜具有缓冲作用，不易破裂 ★有利于内在蛋白作用发挥★有利于膜的正常分裂及吞噬、吞饮作用发挥不对称性◆ 外层：胆固醇、磷脂酰胆碱(PC)、鞘磷脂(SM)含量多。
①由于碳氢链长互相凝集，伸至全膜； ②三种成分亲合力强，影响流动。
◆ 内层：磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰丝氨酸(PS)、磷脂酰肌醇(PI)含量多。
上述三种成份头部基团带较强的负电荷，所以细胞内侧负电荷大于细胞外侧。
膜脂的不对称性膜蛋白不对称性◆糖蛋白、糖脂都分布在细胞膜外表面。
◆细胞内膜系统上的糖蛋白都位于膜腔内侧面。
膜糖类不对称性45%膜糖类2-5% 识别 稳定 保护成分膜 55%胆固醇：占膜脂1/3磷脂：占膜脂2/3糖脂：占2%左右磷脂酰胆碱 （卵磷脂PC ） 磷脂酰乙醇胺 （脑磷脂PE ） 磷脂酰丝氨酸 （PS ） 磷脂酰肌醇 （PI ） 鞘磷脂 （SM ）糖蛋白：占膜糖类90%。
糖 脂：量少。
膜内在蛋白（整合、镶嵌、跨膜）脂锚定蛋白（脂连接蛋白） 占膜蛋白的70-80% 镶嵌于脂质双层中间 主要是跨膜蛋白占膜蛋白的20-30% 主要位于胞质面 细胞外表面很少 位于膜的两侧，与子分子结合 在细胞膜外表面共同构成―细胞外被‖ 或称―糖萼‖◆ 侧向扩散 ◆ 翻转运动◆ 旋转运动 ◆ 弯曲运动 ◆ 伸缩振荡细胞膜概念：包围在细胞质表面的一层薄膜。
又称质膜。
将细胞中生命物质与外界环境分隔开，维持细胞特有内环境。
功能膜 脂膜蛋白细胞膜的功能● “界膜”,对细胞起保护作用，为细胞提供生命活动的内环境 ● 内外物质交换和能量传递 ● 细胞识别与信息传递 ● 催化和调节生命代谢活动 ● 形成细胞表面特化结构 ◆ 极性亲水头部：磷酸、磷脂酰碱基(胆碱)非极性疏水尾部：两条非极性的、疏水的脂肪酸烃链◆ 双层排列：称―脂质双层‖（lipid bilayer ）◆ 磷脂分子亲水头部都向膜的内外表面，疏水尾部向膜的中央 通常脂质双分子层又称为―双亲分子‖● 结 构 (以磷脂分子为例)◆ 构成生物膜的骨架◆ 膜的流动为膜的运动、分裂、物质交换提供了保证和便利 ◆ 膜脂的双亲性对进出细胞的物质起选择和屏障作用 ● 功 能◆ 特 点● 埋在脂质双层内的氨基酸都是疏水的。
第三章细胞质膜与跨膜运输
细胞质膜是细胞的基本结构，质膜主要由膜脂和膜蛋白所组成，维护细胞内微环境的相对稳定，并参与同外界环境进行物质交换、信息传递。
生物膜是质膜与细胞核膜、内质网膜、高尔基体膜等细胞器膜的总称，其结构类似，但功能有所不同。
细胞内空间的区室化，不仅扩大了表面积，还使细胞的物质和能量代谢更加高效和有序。
生物膜还具有调节运输、功能定位和组织化、信号检测与传递、能量转换等功能。
红细胞结构简单，数量大，取材容易，极少有其他类型的细胞污染；并且成熟的哺乳动物红细胞中没有细胞核和线粒体等膜相细胞器，细胞质膜是唯一的膜结构，分离后不存在其他膜污染的问题，因此是研究膜结构的最好材料。
1925年，Gorter和Grendel根据对红细胞质膜的研究首次提出质膜的基本结构式双脂分子层。
红细胞质膜内侧有膜蛋白和纤维蛋白组成的膜骨架，它参与维持细胞质膜的形状并协助质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。
一般认为膜骨架蛋白的主要成分包括：血影蛋白、肌动蛋白、原肌球蛋白、锚定蛋白、带4.1蛋白、内收蛋白等红细胞膜细胞质面的外周蛋白。
锚定蛋白借助于带3蛋白将血影蛋白连接到细胞质膜上，也就将骨架固定到质膜上。
而内收蛋白可与肌动蛋白及血影蛋白复合体结合，并且通过钙离子和钙调蛋白的作用影响骨架蛋白的稳定性，从而影响红细胞的形态。
红细胞对氧气和二氧化碳的运输与膜的选择透过性、血红蛋白、碳酸酐酶等有关。
红细胞血影是分离红细胞膜蛋白的最好材料。
膜的主要成分是膜脂、膜蛋白、膜糖3大类。
磷脂、鞘脂、胆固醇是主要的膜脂，具有双亲媒性，只允许亲脂性物质通过生物膜。
磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂，磷脂烃链的长度和不饱和度的不同可以影响磷脂的相对位置，进而影响膜的流动性。
鞘脂是鞘氨醇的衍生物，与磷脂的性质类似。
胆固醇存在真核细胞膜中，而大多数植物细胞和细菌细胞质膜中没有胆固醇，酵母细胞膜中是麦角固醇。
胆固醇分子是扁平和环状的，对磷脂的脂肪酸尾部的运动具有干扰作用，调节膜的流动性和加强膜的稳定性。
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33
3.3.2 膜的不对称性（Membrane asymmetry）
◆膜蛋白对膜脂流动性的影响
膜的不对称性的意义：
◆膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功能 的不对称性和方向性,保证了生命活动的高度有序 性。
◆膜不仅内外两侧的功能不同, 不同区域的功能也不 相同。造成这种功能上的差异,主要是膜蛋白、膜 脂和膜糖分布不对称引起的。
◆细胞间的识别、运动、物质运输、信号传递等都具 有方向性。这些方向性的维持就靠分布不对称的膜 蛋白、膜脂和膜糖来提供。
3.3.3 膜的流动性（MEMBRANE FLUIDITY）
1970年，Larry Frye和Michael Edidin 进行了 鼠、人细胞融 合实验，令人 信服地证明膜 的流动性。
膜脂的运动方式 ◆侧向扩散(lateral diffusion) ◆旋转(rotation) ◆翻转(flip-flop) ◆屈曲(flexion)
研究方法： 冰冻蚀刻技术 (Freeze-fracture replication)
膜不对称性的表现：
◆膜脂不对称性：脂双层两小叶（leaflet）中分布的各类脂 的含量不同。
◆膜蛋白的分布不对称：在膜两侧分布不对称，一般说, 细胞质面的蛋白比外表面少,一些酶和受体多处于外表 面。
◆膜糖的不对称：糖脂分布在动物细胞外表面，糖蛋白分 布于脂膜双层的外叶。
像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。
脂筏中的胆固醇就像胶水一样，它对具有饱和脂肪酸链的鞘磷脂亲和力很高， 而对不饱和脂肪酸链的亲和力低。用甲基-β-环糊精（methyl-βcyclodextrin）去除胆固醇，抗去垢剂的蛋白就变得易于提取。
膜中的鞘磷脂主要位于外层，而且大部分都参与形成脂筏。
完整。
？？红细胞膜仅仅是双层脂 ？？
10
血影蛋白* #
红
锚定蛋白#
细
带3蛋白*
胞
血型糖蛋白*
膜
带4.1蛋白#
蛋
肌动蛋白#
白
其中有三种主要的蛋白*
骨架蛋白：#
11
Erythrocyte Membrane Skeleton
膜骨架：红细胞膜内表面
膜蛋白、纤维蛋白
12
3.2 膜的化学组成 (THE CHEMICAL COMPOSITION OF MEMBRANES) 脂类、蛋白质、糖类 (lipids, proteins, saccharide)
3.2.1 膜脂（Membrane Lipids）
three main types of membrane lipids:
◆甘油磷酯 (phosphoglycerides)： ◆鞘脂（sphingolipid） ◆胆固醇（cholesterol ）
Phospholipid
13
3.2.1 Lipids in biomembrane
❖ 参与细胞间的相互作用；信号检测与传递：Form specific junctions between cells；Anchor components of the extracellular matrix ；Contain receptor proteins that bind specific signaling molecules
◆糖脂(Glycolipid)
糖脂普遍存在于原核和真核细胞膜上,含量约占膜脂的 5%以下;
最简单的糖脂是半乳糖脑苷脂,它仅有一个半乳糖作为 极性头部;
变化最多、最复杂的是神经节苷脂,它是神经原质膜具 特征性的成分;
保护细胞膜、信号识别。
26
3.2.3 膜蛋白（membrane protein） ◆存在方式：
◆胆固醇使得脂质在双层中堆积更为紧密，提高稳定性及有序性
可塑分子： • 在相变温度以上,它可使磷脂分子
的脂酰链末端的运动减小,即限制 膜的流动性。 • 在相变温度以下,可增加脂类分子 脂酰链的运动,这样可以增强膜的 流动性。
41
◆卵磷脂/鞘磷脂比值对膜脂流动性的影响 卵磷脂所含的脂肪酸链的不饱和程度高,链较短,相变温 度低,因此卵磷脂含量高,流动性大。 而鞘磷脂的脂肪酸链的饱和程度高,相变温度也高,因此, 鞘磷脂的含量高,流动性低。
main types of membrane lipids: ❖ Phospholipid
• Phosphoglycerides
• Sphingolipids ❖ Cholesterol (steroids)
amphipathic molecules （两性分子）
hydrophilic head group + hydrophobic tail group
使用荧光漂泊再恢复方法来测定膜上脂质的侧向扩散
影响膜流动性的因素： 膜的流动性依赖于膜的组分和温度。
◆相变温度（transition temperature）
在生理条件下, 膜脂多呈拟液态（liquid-like state）。温度下降至 某点, 则变为晶态（frozen crystalline gel）。一定温度下, 晶态又 可熔解再变成液晶态，这种临界温度称为相变温度。
条不饱和链有一定角度的扭转； 结构影响膜的流动性
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Sphingolipids
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Sphingolipids
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Structure of glycolipid molecules in plasma membrane
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Typical Cholesterol
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◆胆固醇(Cholest的膜脂参与反应); ◆膜上有很多酶的活性依赖于膜脂的存在。有些膜蛋白只
有在特异的磷脂头部基团存在时才有功能。
24
3.2.2 膜糖（membrane carbohydrate） ◆存在方式：glycoprotein (93%)；glycolipid (7%) ◆膜糖功能
保护作用 细胞与环境的相互作用
CHAPTER 3 细胞质膜与跨膜运输
Plasma Membrane and Transport Across Membranes
1
OUTLINE
3.1 细胞膜概述（INTRODUCTION OF CELL MEMBRANE） 3.2 膜的化学组成 (THE CHEMICAL COMPOSITION OF
胆固醇存在于真核细胞膜中： ●动物细胞膜胆固醇的含量较高 ●植物、细菌细胞膜多不含胆固醇 ●酵母细胞膜中是麦角固醇
胆固醇分子包括三部分: ●极性的头部：羟基 ●非极性的类固醇环结构 ●一个非极性的碳氢尾部。
干扰磷脂脂肪酸尾部运动：调节膜流动性， 增强膜通透性屏障
21
膜脂的特性
膜脂的基本性质是两性物质, 能够 自我装配成双层结构或自我封闭成球 状，受到损伤时可以自动再封闭。
◆相变(phase transition)
在不同温度下发生的膜脂状态的改变称为相变。不同的膜脂由于成 分不同而各有其相变温度。
40
◆膜脂肪酸链对膜流动性的影响：不饱和程度和链的长短
碳氢链较短或者含有双键，相变温度就会降低，这样膜在较低的温度下还 可以保持流动性。较短的链减少了同一层或者双层之间碳氢链的相互作用。 顺式双键使得碳氢链产生弯折难以相互堆积。
The Erythrocyte Membrane Skeleton ◆ Mature Red Blood Cells:
■ no intracellular organelle ■ plasma membrane:
the only membrane structure!!
6
红细胞血影
7
推测双脂层的实验：Langmuir水盘
整合蛋白：跨膜蛋白，部分或全部镶嵌在膜中 外周蛋白：外露在膜的外侧或内侧，非共价键 脂锚定蛋白：共价键方式与脂分子连接 ◆膜蛋白功能：
运输
代谢
连接
信号转导
去垢剂可以破坏脂双层溶解膜蛋白
利用温和去垢剂溶解、纯化和重建 功能膜蛋白的系统
3.3 膜的分子结构及特点(MOLECULAR STRUCTURE OF THE PLASMA MEMBRANE)
膜的结构 细胞质膜 (Plasma Membrane): 细胞表面 内膜系统（Endomembrane System)：
或胞质膜，细胞质内 生物膜 (Biomembrane)：细胞所有膜结构
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Common functions of plasma membrane
❖ 界膜和区室化;功能定位与组织化：Act as permeability barrier and take part in the compartmentalization of cell
MEMBRANES) 3.3 膜的分子结构及特点 (MOLECULAR STRUCTURE OF
THE PLASMA MEMBRANE) 3.4 物质的跨膜运输 (PASSIVE AND ACTIVE TRANSPPORT
OF SUBSTANCES)
2
细 胞 的 生 物 膜 体 系
3
3.1 细胞膜概述（INTRODUCTION OF CELL MEMBRANE）
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Phospholipids
？ ？ 头 部 尾 部 特 性
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◆磷脂(phospholipids) 动、植物细胞膜上都有磷脂,约占膜脂的50%以上； 磷脂分子的亲水端是磷酸基团，称为头部； 磷脂分子的疏水端是两条长短不一的烃链, 称为尾部,