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1、 汪鹏 Ph D 广州医学院生理教研室 第二章 细胞的基本功能 第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能 一 细胞膜的结构概述细胞膜的结构概述 液态镶嵌模型液态镶嵌模型 fluid mosaic model 以液态脂质双分 子层为基架 其间镶嵌有不同结构和功能的蛋白质 1 1 脂质双分子层脂质双分子层 磷脂 胆固醇双嗜性分子构成基架 体 温条件下具有流动性 2 2 蛋白质蛋白质 分表面蛋白 如 RBC骨架蛋白 和整合蛋白 载 体 通道 离子泵 转运体 3 3 糖类糖类 与脂质或蛋白结合生成糖蛋白或糖脂成为抗原决 定簇 受体可识别部分 表面蛋白 疏水性基团 长烃链 亲水
2、性基团 磷酸和碱基 整合蛋白 糖糖 二 物质的跨膜转运二 物质的跨膜转运 跨膜转运跨膜转运 transmembranetransmembrane transport transport 体内各种物质经过细胞膜进出细胞的过程 体内各种物质经过细胞膜进出细胞的过程 转运方式转运方式 单纯扩散单纯扩散 passive transportpassive transport 经通道介导经通道介导 蛋白介导蛋白介导 active transport active transport 经载体介导经载体介导 原发性主动转运原发性主动转运 继发性主动转运继发性主动转运 出胞和入胞作用出胞和入胞作用 大分子物质和
3、物质团块大分子物质和物质团块 被被 动动 转转 运运 主主 动动 转转 运运 一一 单纯扩散单纯扩散 Simple diffusion Simple diffusion 脂溶性脂溶性物质由物质由高高 低低浓度侧的净移动浓度侧的净移动 通量通量 flux flux 摩尔摩尔 cm cm 2 2 秒秒 扩散扩散 细胞膜两侧的浓度差细胞膜两侧的浓度差 膜通透性膜通透性 脂溶性脂溶性 分子量分子量 带电状况带电状况 单纯扩散物质 单纯扩散物质 O O 2 2 COCO 2 2 N N 2 2 乙醇 尿素 少量激素 水 乙醇 尿素 少量激素 水 还可通还可通 水通道水通道water channelwat
4、er channel 即水孔蛋白 即水孔蛋白aquaprinaquaprin来跨膜转运来跨膜转运 二 膜蛋白介导的跨膜转运 非脂溶性物质 水溶性物质及所有离子 借助细胞膜蛋白 通道蛋白 载体蛋白 进行的跨膜转运 分类 有无能量消耗 被动转运 顺浓度差扩散 离子扩散还与电位差有关 主动转运 逆浓度差 需消耗能量 ATP 1 1 通道介导的跨膜转运通道介导的跨膜转运 Facilitated diffusion via channelFacilitated diffusion via channel 转运物质转运物质 离子离子 特征 特征 离子选择性 门控 离子选择性 门控 功能特点 功能特点 比载
5、体快 无饱和无竞争抑制 有不同状态比载体快 无饱和无竞争抑制 有不同状态 离子通道 是一类贯穿脂质双层的 中央带有亲水性孔道的膜蛋白 通道的分类 化学门控通道 Chemically gated channel 电压门控通道 Voltage gated channel 机械门控通道 Mechanical gated channel 非门控通道 通道蛋白状态 通道蛋白状态 关闭 激活 失活关闭 激活 失活 2 2 载体介导的跨膜转运 被动转运 主动转运 载体介导的跨膜转运 被动转运 主动转运 特点 特点 选择性 饱和 竞争抑制选择性 饱和 竞争抑制 载体 转运体 是贯穿脂质 双层的整合蛋白 特点
6、顺浓度差转运 速度比依溶质物理 特性预期的快 饱和现象saturation 结构特异性 选择性 竞争抑制 Glucose transportGlucose transport 麦芽糖 1 1 经载体易化扩散 被动转运 经载体易化扩散 被动转运 转运物质转运物质 小分子物质 如GS AA 核苷酸 2 2 主动转运主动转运 active transport active transport 概念 膜蛋白介导 逆浓度梯度和电位梯度 分类 原发性主动转运 继发性主动转运 原发性主动转运原发性主动转运 Primary active transportPrimary active transport 特点
7、特点 离子泵介导离子泵介导 逆浓度梯度和电位梯度逆浓度梯度和电位梯度 所需能量直接来自所需能量直接来自ATPATP分解分解 钠钠 钾泵 钾泵 抑制剂 抑制剂 哇巴因哇巴因 生理意义 生理意义 1 1 许多代谢反应所必需 许多代谢反应所必需 2 2 维持胞质渗透压和细胞容积 维持胞质渗透压和细胞容积 3 3 建立钠梯度 为继发性主动转运的动力 建立钠梯度 为继发性主动转运的动力 4 4 生物电活动产生的前提条件 生物电活动产生的前提条件 5 5 参与静息电位形成 参与静息电位形成 H H 泵泵 H H ATP ATP酶 酶 H H K K ATP ATP酶酶 分布于胃腺壁细胞和 肾小管表面 与泌
8、H H 有关 CaCa2 2 泵 泵 Ca Ca2 2 ATP ATP酶酶 主要分布于骨骼肌与心肌细胞 质膜及内部的肌质网上 与肌肉收缩有关 其它离子泵其它离子泵 继发性主动转运继发性主动转运 Secondary active transportSecondary active transport 概念 概念 转运体转运体 载体载体 介导介导 逆浓度梯度和电位梯度逆浓度梯度和电位梯度 所需能量间接来自所需能量间接来自ATPATP分解分解 钠泵钠泵 分类 分类 同向转运同向转运 symportsymport 反向转运反向转运 antiportantiport 例如例如 肾小管和肠粘膜吸收葡萄糖肾
9、小管和肠粘膜吸收葡萄糖 同向转运体 反向转运体 交换体 同向转运体 反向转运体 交换体 肾小管上皮细胞对葡萄糖的转运 典型的继发性主动转运 GS和AA在小肠粘膜上皮的吸收 GS和AA在肾小管上皮的重吸收 神经递质在突触间隙被神经末梢所重摄取 甲状腺上皮细胞的聚碘过程 Na H 交换 Na Ca2 交换 Na K Cl 同向转运 三三 出胞和入胞出胞和入胞 ExocytosisExocytosis and and EndocytosisEndocytosis 概念 概念 大分子物质和物质团块出入细胞膜的过程 入胞入胞 出胞出胞 入胞入胞 Endocytosis 吞噬 phagocytosis 吞
10、噬泡 吞饮 pinocytosis 吞饮泡 液相入胞 fluid phase endocytosis 受体介导式入胞 receptor mediated endocytosis 受体介导式入胞 为何缺乏为何缺乏LDLLDL受体会造成高胆固醇血症受体会造成高胆固醇血症 有被小窝 网格蛋白 第二节 细胞的信号转导 概概 述述 信号物质 激素 神经递质和细胞因子等 信号转导 signal transuction 信号物质 受体结合 细胞内蛋白质构象和功能的改变 效 应 一 离子通道型受体介导的信号转导 概念 离子通道型受体 ion channel receptor 受体本身是离子通道 通过通道的开关
11、实现 化学信号的跨膜转导 分类 化学门控通道 电压门控通道 机械门控通道 一 化学门控通道化学门控通道 二 电压门控通道二 电压门控通道 三 机械门控通道三 机械门控通道 二 G蛋白耦联受体介导的信号转导 一 主要的信号蛋白 1 G蛋白耦联受体 促代谢型受体 G protein linked receptor 结构 胞外侧有配体结合部位 胞内有与G蛋白结合部位 功能 与配体结合 变构 激活G蛋白 例如 肾上腺素能受体 N1型Ach受体等 G蛋白耦联受体 2 G2 G蛋白蛋白 鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白 GuanosineGuanosine triphosphatetriphosphate b
12、indingproteinbindingprotein 结构结构 由由 三个亚单位或单一亚单位形成三个亚单位或单一亚单位形成 特点 特点 具有具有GTPGTP酶活性酶活性 物质 AC 腺苷酸环化酶 adenylyl cyclase PLC 磷脂酶C phospholipase C PLA2 磷脂酶A2 phospholipase A2 GC 鸟苷酸环化酶 guanylyl cyclase PDE 磷酸二酯酶 phosphodiesterase 功能 生成或分解第二信使 3 G3 G蛋白效应器 蛋白效应器 G protein G protein effectoreffector 概念 第一信使作
13、用于细胞膜后产生的细胞内信号分子 物质 cAMP 环 磷酸腺苷 IP3 三磷酸肌醇 DG 二酰甘油 Ca2 cGMP 环 磷酸鸟苷 功能 调节各种蛋白激酶和离子通道的活性 4 第二信使 Second Messenger G G蛋白藕联受体介导的信号转导过程蛋白藕联受体介导的信号转导过程 二 二 G G蛋白耦联受体信号转导的主要途径蛋白耦联受体信号转导的主要途径 1 1 受体 受体 G G蛋白 蛋白 ACAC途径途径 Signal Signal Molecules Receptors GsMolecules Receptors Gs Gi Gi Gs Gs Gi Gi ACAC cAMP cAM
14、P PKA PKA Response Response 2 2 受体受体 G G蛋白蛋白 PLCPLC途径途径 过程 过程 Signal molecules receptors Signal molecules receptors GqGq Gq Gq PLC PLC PIP PIP 2 2 IPIP 3 3 DG DG IP3IP3 Ca Ca2 2 DG DG CaCa2 2 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰丝氨酸 PKCPKC ResponseResponse 三 酶耦联受体介导的信号转导三 酶耦联受体介导的信号转导 一 酪氨酸激酶受体一 酪氨酸激酶受体 tyrosine kinase recept
15、or tyrosine kinase receptor 特点 胞外区有配体结合 位点 胞内区有酪氨酸激 酶结构域 二 鸟苷酸环化酶受体 二 鸟苷酸环化酶受体 guanylylguanylyl cyclasecyclase receptor receptor 特点 特点 膜内侧有膜内侧有GCGC结结 构域构域 第三节第三节 细胞的细胞的生物电现象生物电现象 一 静息电位及其产生机制一 静息电位及其产生机制 一 细胞的静息电位 resting potential RP 1 概念 静息时 质膜两侧存在着外正内负的电位差 2 特点 1 绝大多数细胞的RP是稳定的 2 绝大多数细胞的RP为负值 10 1
16、00mV 二 静息电位产生的机制 二 静息电位产生的机制 1 1 概念概念 电化学驱动力电化学驱动力 electrochemical driving force electrochemical driving force 浓度势能和电位势能之和浓度势能和电位势能之和 平衡电位平衡电位 equilibrium potential 电化学驱动力为电化学驱动力为 零时零时离子无跨膜净移动的跨膜电位离子无跨膜净移动的跨膜电位 计算公式 计算公式 Na K K 14mEq L 140mEq L 86mV 61mV 94mV Na Na K 142mEq L 4mEq L 静息时细胞对静息时细胞对KK 的通透性 的通透性 远远大于对远远大于对NaNa 的通透性 的通透性 3 3 结论结论 1 1 静息电位是由于某些离子在电化学驱动力的作用下跨静息电位是由于某些离子在电化学驱动力的作用下跨 膜移动造成膜移动造成 2 2 静息电位接近静息电位接近K K 的电化学平衡电位的电化学平衡电位 3 3 少量少量NaNa 内流使静息电位略小于内流使静息电位略小于K K 的平衡电位的平衡电位 4 Na4 Na K
