2.同位者标记法 五、光脱色恢复技术(fluorescence recovery after photobleaching.FRAP) 研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之 根据荧光恢复的速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速度 六、分子生物学技术在膜蛋白研究上的应用 (application of moleculer biological technique on the research of membrane 七、生物膜结构特征((feature of bio-membrane)) 1 脂的 (1)膜脂的流动性 膜脂的流动性主要由脂分子本身的性质决定的，脂肪酸链越短，不饱和程 度越高膜脂的流动性越大。温度对膜脂的运动有明显的影响。在细南 和动物细胞中常通过增加不饱和脂防酸的含量来调节膜脂的相变温度 以维持膜脂的流动性。在动物细胞中，胆固醇对膜的流动性起重要的双 向调节作用。 (2)膜蛋白的流动 荧光抗体免疫标记实验 莫的流(atchin减成帽现象capping）)元白的运动，也影响 (3)膜的流动性受多种因素影响： 其周围的 脂的流动。膜蛋白与膜脂分子的相互作用也是影响膜流动性 的重要因素 2.膜的不对称性 〔1)细胞质膜各部分的名称 (2)膜脂与糖脂的不对称性 ◆糖脂仅存在于质膜的S面，是完成其生理功能的结构基础 (3)膜蛋白与糖蛋白的不对称性 ◆膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方 向性： ◆糖蛋白糖残基均分布在质膜的ES面(GO+3HBH4 labeling): ◆膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各种 能的保证 八、细胞质膜的功能(function of cell membrane) 1.为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境： 2.选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排除，其中伴随若能量 的传递 3. 提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传递 4。为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行： 5.介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接 6.质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构 九、膜骨架与细胞表面的特化结构 (membrane skeleton and specific structure of cell surface) 细胞质膜常常与膜下结构（主要是细胞骨架系统）相互联系，协同作用， 并形成细胞表面的某些特化结构以完成特定的功能。 11
2．同位素标记法 五、光脱色恢复技术(fluorescence recovery after photobleaching, FRAP) 1．研究膜蛋白或膜脂流动性的基本实验技术之一。 2．程序：根据荧光恢复的速度可推算出膜蛋白或膜脂扩散速度。 六、分子生物学技术在膜蛋白研究上的应用 (application of moleculer biological technique on the research of membrane protein) 七、生物膜结构特征(structure feature of bio-membrane) 1．膜脂的流动性 〔1〕膜脂的流动性 膜脂的流动性主要由脂分子本身的性质决定的,脂肪酸链越短,不饱和程 度越高,膜脂的流动性越大。温度对膜脂的运动有明显的影响。在细菌 和动物细胞中常通过增加不饱和脂肪酸的含量来调节膜脂的相变温度 以维持膜脂的流动性。在动物细胞中，胆固醇对膜的流动性起重要的双 向调节作用。 〔2〕膜蛋白的流动 荧光抗体免疫标记实验 成斑现象(patching)或成帽现象(capping) 〔3〕膜的流动性受多种因素影响；细胞骨架不但影响膜蛋白的运动，也影响 其周围的膜脂的流动。膜蛋白与膜脂分子的相互作用也是影响膜流动性 的重要因素 2．膜的不对称性 〔1〕细胞质膜各部分的名称 〔2〕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 〔3〕膜蛋白与糖蛋白的不对称性 ◆膜蛋白的不对称性是指每种膜蛋白分子在细胞膜上都具有明确的方 向性； ◆糖蛋白糖残基均分布在质膜的 ES 面(GO+3HBH4 labeling)； ◆膜蛋白的不对称性是生物膜完成复杂的在时间与空间上有序的各种 生理功能的保证。 八、细胞质膜的功能(function of cell membrane) 1．为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境; 2．选择性的物质运输,包括代谢底物的输入与代谢产物的排除,其中伴随着能量 的传递; 3．提供细胞识别位点,并完成细胞内外信息跨膜传递; 4．为多种酶提供结合位点,使酶促反应高效而有序地进行; 5．介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接; 6．质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。 九、膜骨架与细胞表面的特化结构 (membrane skeleton and specific structure of cell surface) 细胞质膜常常与膜下结构(主要是细胞骨架系统)相互联系，协同作用， 并形成细胞表面的某些特化结构以完成特定的功能。 11
1.膜骨架 ◆膜骨如的概令 *指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，它参与维 持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。 2.红细胞的生物学特性 ◆膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。 3.红细胞质膜蛋白及膜骨架 ◆红细胞质膜蛋白的SDS-PAGE ◆红细胞膜骨架的结构 第二节 细胞连接(cell junction) 一、细胞连接的功能分类(functional classi cation of cell junction) L.封闭连接(occluding junctions)) ◆荼密连接(tight junction) 2.锚定连接(anchoring junctions)) 〔1)与中间纤维相关的锚定连接： ◆桥粒(d mosome) ◆半桥粒 sm oso 〔2)与肌动蛋白纤维相关的错定连接： ◆粘合带(adhesion belt): ◆粘合斑(focal adhesion】 3.通讯连接(co municating junctions) 1)间隙连接 〔2)神经细胞 的化 突触(chemical synapse): (3)植物细胞中的胞间连丝(plasmodesmata)。 二、封闭连接(occluding junctions) 1.紧连接是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间 2竖察车接的结构 3. (1)形成渗漏屏障 起重要的封闭作用： 〔2)隔离作用，使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能： (3)支特功能 4.紧密连接嵴线中的两类蛋白： 1)封闭蛋白( ccludin),跨膜四次的膜蛋白(6OKD): 2)claudin蛋白家族（现已发现15种以上 三、锚定连接(anchoring junctions) 1.锚定连接在组织内分布很广泛，在上皮组织，心肌和子宫颈等组织中含量尤 为丰富 2.锚定连接的类型、结构与功能 (1)与中间纤维相连的锚定连接 ◆桥粒：铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体 网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。 ◆半桥粒：半桥粒与桥粒形态类似，但功能和化学组成不同。它通过细 6
1．膜骨架 ◆膜骨架的概念： ﹡指细胞质膜下与膜蛋白相连的由纤维蛋白组成的网架结构，它参与维 持细胞质膜的形状并协助质膜完成多种生理功能。 2．红细胞的生物学特性 ◆膜骨架赋予红细胞质膜既有很好的弹性又具有较高强度。 3．红细胞质膜蛋白及膜骨架 ◆红细胞质膜蛋白的 SDS-PAGE ◆红细胞膜骨架的结构 第二节 细胞连接(cell junction) 一、细胞连接的功能分类(functional classification of cell junction) 1．封闭连接(occluding junctions) ◆紧密连接(tight junction) 2．锚定连接(anchoring junctions) 〔1〕与中间纤维相关的锚定连接： ◆桥粒(desmosome) ◆半桥粒(hemidesm osome); 〔2〕与肌动蛋白纤维相关的锚定连接： ◆粘合带(adhesion belt)； ◆粘合斑(focal adhesion) 3．通讯连接(communicating junctions) 〔1〕间隙连接(gap junction)； 〔2〕神经细胞间的化学突触(chemical synapse)； 〔3〕植物细胞中的胞间连丝(plasmodesmata)。 二、封闭连接(occluding junctions) 1．紧密连接是封闭连接的主要形式，存在于上皮细胞之间 2．紧密连接的结构 3．紧密连接的功能 〔1〕形成渗漏屏障，起重要的封闭作用； 〔2〕隔离作用，使游离端与基底面质膜上的膜蛋白行使各自不同的膜功能； 〔3〕支持功能 4．紧密连接嵴线中的两类蛋白： 〔1〕封闭蛋白（occludin），跨膜四次的膜蛋白（60KD）； 〔2〕claudin 蛋白家族（现已发现 15 种以上） 三、锚定连接(anchoring junctions) 1．锚定连接在组织内分布很广泛,在上皮组织,心肌和子宫颈等组织中含量尤 为丰富 2．锚定连接的类型、结构与功能 〔1〕与中间纤维相连的锚定连接 ◆桥粒：铆接相邻细胞，提供细胞内中间纤维的锚定位点，形成整体 网络，起支持和抵抗外界压力与张力的作用。 ◆半桥粒：半桥粒与桥粒形态类似,但功能和化学组成不同。它通过细 12
胞质膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上，在半桥粒中， 中间纤维不是穿过而是终止于半桥粒的致密斑内。 (2)与肌动蛋白纤维相连的锚定连接 ◆粘合 带 位于紧密连接下方，相邻细胞间形成一个连续的带状结构， 间隙约15~20nm,也称带状桥粒(belt desmosome)。 ◆粘合斑： 细胞通时肌动蛋白纤维和整车蛋白与细胞外基质之间的 连接方式 3.锚定连接的结构组成 (1)通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚 挺、有序的细胞群体。锚定连接具有两种不同形式 ◆与中间纤维相连的锚定连接主要句括桥粒和半桥粒： ◆与肌动蛋白纤维相连的锚定连接主要包括粘合带与粘合斑， (2)构成错定连接的蛋白可分成两类： ◆细胞内附着蛋白 t proteins)),将特定的细胞骨架成分（中间纤 维或微丝)同连接复合体结合在 起(desmoplakin ◆跨膜连接的糖蛋白，其细胞内的部分与附着蛋白相连，细胞外的部分 与相邻细胞的跨膜连接糖蛋白相互作用或与胞外基质相互作用。 (desmoglein,desmocollin) 四、通讯连接 g junctions 间隙连接 】间隙连接结构记，儿乎所有的动物组织中都存在间隙连接 ◆间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为2~3m。 ◆连接子(connexon)是间隙连接的基本单位. 每个连接子由6个 exin分子组成。 连接子中心形成一个直径约1 m的孔道 ◆连接单位由两个 接子对接构成， (2)间隙连接的蛋白成分 ◆已分离20余种构成连接子的蛋白，属同一蛋白家族，其分子量 2660KD不等： ◆连接子蛋白具有4个α-螺旋的跨膜区，是该蛋白家族最保守的区域 ◆连接 蛋白的 级结构都比 段保 ,并有相似的抗原性 ◆不同类型细胞表达不同的连接子蛋白，间隙连接的孔径与调控机制有 所不同. (3)间隙连接的功能及其调节机制 ◆间隙连接在代谢偶联中的作用 间隙连接允许小分子代谢物和信号分子通过，是细胞间代谢偶联的 基础 *代谢偶联现象在体外培养细胞中的证实 *代谢偶联作用在协调细胞群体的生物学功能方面起重要作用. ◆间隙连接在神终中动信息传弟讨程中的作用 *电突触( junction 快速实现细胞间信号通讯 *间隙连接调节和修饰相互独立的神经元群的行为 ◆间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用 *胚胎发育中细胞间的偶联提供信号物质的通路，从而为某一特定细 13
胞质膜上的膜蛋白整合素将上皮细胞固着在基底膜上, 在半桥粒中， 中间纤维不是穿过而是终止于半桥粒的致密斑内。 〔2〕与肌动蛋白纤维相连的锚定连接 ◆粘合带：位于紧密连接下方,相邻细胞间形成一个连续的带状结构。 间隙约 15～20nm,也称带状桥粒(belt desmosome)。 ◆粘合斑: 细胞通过肌动蛋白纤维和整连蛋白与细胞外基质之间的 连接方式。 3．锚定连接的结构组成 〔1〕通过锚定连接将相邻细胞的骨架系统或将细胞与基质相连形成一个坚 挺、有序的细胞群体。锚定连接具有两种不同形式: ◆与中间纤维相连的锚定连接主要包括桥粒和半桥粒； ◆与肌动蛋白纤维相连的锚定连接主要包括粘合带与粘合斑。 〔2〕构成锚定连接的蛋白可分成两类: ◆细胞内附着蛋白(attachment proteins),将特定的细胞骨架成分(中间纤 维或微丝)同连接复合体结合在一起(desmoplakin) ◆跨膜连接的糖蛋白,其细胞内的部分与附着蛋白相连，细胞外的部分 与相邻细胞的跨膜连接糖蛋白相互作用或与胞外基质相互作用。 (desmoglein, desmocollin) 四、通讯连接 (communicating junctions) 1．间隙连接：分布广泛，几乎所有的动物组织中都存在间隙连接。 〔1〕间隙连接结构 ◆间隙连接处相邻细胞质膜间的间隙为 2～3nm 。 ◆连接子(connexon) 是间隙连接的基本单位。 每个连接子由 6 个 connexin 分子组成。 连接子中心形成一个直径约 1.5nm 的孔道。 ◆连接单位由两个连接子对接构成。 〔2〕间隙连接的蛋白成分 ◆已分离 20 余种构成连接子的蛋白,属同一蛋白家族,其分子量 26—60KD 不等； ◆连接子蛋白具有 4 个α-螺旋的跨膜区，是该蛋白家族最保守的区域。 ◆连接子蛋白的一级结构都比较保守, 并有相似的抗原性。 ◆不同类型细胞表达不同的连接子蛋白，间隙连接的孔径与调控机制有 所不同。 〔3〕间隙连接的功能及其调节机制 ◆间隙连接在代谢偶联中的作用 ﹡间隙连接允许小分子代谢物和信号分子通过, 是细胞间代谢偶联的 基础 ﹡代谢偶联现象在体外培养细胞中的证实 ﹡代谢偶联作用在协调细胞群体的生物学功能方面起重要作用. ◆间隙连接在神经冲动信息传递过程中的作用 ﹡电突触(electronic junction) 快速实现细胞间信号通讯 ﹡间隙连接调节和修饰相互独立的神经元群的行为 ◆间隙连接在早期胚胎发育和细胞分化过程中的作用 ﹡胚胎发育中细胞间的偶联提供信号物质的通路,从而为某一特定细 13
胞提供它的“位置信息”，并根据其位置影响其分化。 肿瘤细胞之间间隙的连接明显减少或消失，间隙联接类似“肿瘤抑制 因子 (4)间隙连接的通透性是可以调节的 ◆降低胞质中的pH值和提高自由C2+的浓度都可以使其通透性降低 ◆间隙连接的通透性受两侧电压梯度的调控及细胞外化学信号的调控 2.神经细朐间的化学突触 存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式，它通过释放神经递质来传导神经 冲动 3.胞间连丝：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接，完成细胞间的通讯联 〔1)胞间连丝结构 相邻细胞质膜共同构成的直径20-40nm的管状结构 (2)胞间连丝的功能 ◆实现细胞间由信号介导的物质有择性的转运： ◆实现细胞间的电传导： ◆在发育过程中，胞间连丝结构的改变可以调节植物细胞间的物质运输。 Q、细胞表面的粘连分子(adhirin molecule of cell surface) 同种类型红 的彼此粘连是 本特征细胞与细胞间的粘 连是由特定的细胞粘 生 子所介导的。 ◆粘连分子的特征与类型 ●粘连分子均为整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架成分相连： ●多粉要依赖Ca2+或M,2+木起作用 ●粘连分子类型及细胞间粘着方式 ★类型 *钙粘素(Cadherins) 属同亲性依赖Ca2+的细胞粘连糖蛋白，介导依赖Ca2+的细胞粘着和 从ECM到细胞质传递信号。对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织 分化以及成体组织器官物成且有主要作用。(30多个成局的糖蛋白家 E-Cadherins(epithelial),N-Cadherins(neural),P-Cadherins(placental), 桥粒钙粘素。 *选择素(Selectin) 属异亲性依赖于Ca2+的能与特异糖基识别并相结合的糖蛋白，其胞 外部分具有凝集素样结构域 e do am) 主要参与白细胞与脉管内皮细胞之 间的识别与粘着。 P(Platelet)选择素、E(Endothelial)选择素和L(Leukocyte)选择素。 幸兔疫球蛋白超家族的CAM(Ig-Superfamily,IgSF) 分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的CAM超家族。介导同 亲性细胞粘着或介导异亲性细胞粘着，但其粘着作用不依赖C2+,其 中N-CAMs在神经组织细胞间的粘着中起主要作用 *整合素(Integrins) 由α和阝两个亚基形成的异源二聚体糖蛋白。人体细胞中已发现16 种α链和8种B链，它们相互配合形成22种不同的二聚体整合素
胞提供它的“位置信息”，并根据其位置影响其分化。 ﹡肿瘤细胞之间间隙的连接明显减少或消失，间隙联接类似“肿瘤抑制 因子”。 〔4〕间隙连接的通透性是可以调节的 ◆降低胞质中的 pH 值和提高自由 Ca2+的浓度都可以使其通透性降低 ◆间隙连接的通透性受两侧电压梯度的调控及细胞外化学信号的调控 2．神经细胞间的化学突触 存在于可兴奋细胞之间的细胞连接方式,它通过释放神经递质来传导神经 冲动。 3．胞间连丝：高等植物细胞之间通过胞间连丝相互连接,完成细胞间的通讯联 络。 〔1〕胞间连丝结构 相邻细胞质膜共同构成的直径 20-40nm 的管状结构 〔2〕胞间连丝的功能 ◆实现细胞间由信号介导的物质有择性的转运； ◆实现细胞间的电传导； ◆在发育过程中，胞间连丝结构的改变可以调节植物细胞间的物质运输。 五、细胞表面的粘连分子 (adhirin molecule of cell surface) 同种类型细胞间的彼此粘连是许多组织结构的基本特征。细胞与细胞间的粘 连是由特定的细胞粘连分子所介导的。 ◆粘连分子的特征与类型 ●粘连分子均为整合膜蛋白，在胞内与细胞骨架成分相连； ●多数要依赖 Ca2+或 Mg2+才起作用。 ●粘连分子类型及细胞间粘着方式 ★类型 ﹡钙粘素（Cadherins） 属同亲性依赖 Ca2+的细胞粘连糖蛋白，介导依赖 Ca2+的细胞粘着和 从 ECM 到细胞质传递信号。对胚胎发育中的细胞识别、迁移和组织 分化以及成体组织器官构成具有主要作用。（30 多个成员的糖蛋白家 族） E- Cadherins(epithelial)，N- Cadherins(neural)，P- Cadherins(placental)， 桥粒钙粘素。 ﹡选择素（Selectin） 属异亲性依赖于 Ca2+的能与特异糖基识别并相结合的糖蛋白，其胞 外部分具有凝集素样结构域(lectin-like domain)。 主要参与白细胞与脉管内皮细胞之间的识别与粘着。 P(Platelet)选择素、E(Endothelial)选择素和 L(Leukocyte)选择素。 ﹡免疫球蛋白超家族的 CAM(Ig-Superfamily，IgSF) 分子结构中具有与免疫球蛋白类似的结构域的 CAM 超家族。介导同 亲性细胞粘着或介导异亲性细胞粘着,但其粘着作用不依赖 Ca2+，其 中 N-CAMs 在神经组织细胞间的粘着中起主要作用。 ﹡整合素（Integrins） 由 α 和 β 两个亚基形成的异源二聚体糖蛋白。人体细胞中已发现 16 种 α 链和 8 种 β 链，它们相互配合形成 22 种不同的二聚体整合素， 14
可与不同的配基结合，从而介导细胞与基质、细胞与细胞之间的粘着 幸质膜整合蛋白聚糖也介导细胞间的粘着。 ★粘着方式 ·细胞中主要的粘连分子家族 *与细胞锚定连接相关的粘连分子（表格）（表格） 幸非锚定连接(nonjunctional adhesion)的细胞粘连分子及其作用部位 非锚定连接的细胞粘连分子及其作用部位（深色 非锚定连接的细胞间粘着方式示意图 1钙粘素：2免疫球蛋白类细胞粘者分子： 3选择素：4.整合素：5.质膜整合蛋白聚糖 第三节 细胞外被与细胞外基质 (cell coat and extrucellular matrix) 15
可与不同的配基结合，从而介导细胞与基质、细胞与细胞之间的粘着 ﹡质膜整合蛋白聚糖也介导细胞间的粘着。 ★粘着方式 ﹡细胞中主要的粘连分子家族 ﹡与细胞锚定连接相关的粘连分子（表格）（表格） ﹡非锚定连接（nonjunctional adhesion）的细胞粘连分子及其作用部位 非锚定连接的细胞粘连分子及其作用部位（深色） 非锚定连接的细胞粘连分子及其作用部位（深色） 锚非锚定连接的细胞间粘着方式示意图 1.钙粘素；2.免疫球蛋白类细胞粘着分子； 3.选择素；4.整合素；5.质膜整合蛋白聚糖 ；2.免疫球蛋白类细胞粘着分子； 3.选择素；4.整合素；5.质膜整合蛋白聚糖 第三节 细胞外被与细胞外基质 (cell coat and extrucellular matrix) 15