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1、第二章 细胞膜的基本功能和神经肌肉的一般生理特性 绍兴文理学院生命科学学院潘伟槐 要点 膜的物质转运静息电位和动作电位及其形成机理兴奋的传导 传递 骨骼肌的超微结构及收缩 2020 5 14 2 细胞膜的结构细胞膜的物质转动功能细胞膜的跨膜信号传导神经肌肉的兴奋和兴奋性细胞生物电现象骨骼肌细胞的兴奋和收缩功能 2020 5 14 3 细胞膜的结构FundamentalstructureofCellmembrane 2020 5 14 4 细胞学说Celltheory 英国人RobertHooke 1635 1703 于300多年前用放大镜观察软木塞薄片 首次描述了细胞壁构成的小室 称为 cel
2、l 2020 5 14 5 1838 1839年德国学者Schleiden 施来登1804 1881 和Schwann 施旺1810 1882 创立 细胞学说 细胞是一切植物和动物的结构 功能和发生的基本单位 2020 5 14 6 细胞膜Cellmembrane 细胞膜结构的研究19世纪中叶 K W Nageli根据实验提出质膜的概念 1895年E Overton发现脂溶性物质易透过细胞膜 证明细胞膜含质膜 磷脂或胆固醇 水溶性和脂溶性物质透过细胞膜的能力不同 2020 5 14 7 1925年E Gorter和F Grendel首先提出了膜结构模型 即脂双层模型 lipid bilayer
3、model 亲水性极性基团 磷酸和碱基 疏水性非极性基团 长烃链 Gorter Grendel的实验 2020 5 14 8 1957年Robertson用KMnO4固定细胞膜在电镜下观察到 铁轨 状结构 内外二层黑深 中间层明亮 三层结构2 3 5 2nm 总7 5nm 2020 5 14 9 1972年S J Singer和G L Nicolson提出液体镶嵌模型 fluidmosaicmodel globularprotein helix protein 2020 5 14 10 37 培养40min 荧光标记膜蛋白质 2020 5 14 11 Gorter Grendel的实验 低渗溶
4、液中加红细胞得空膜囊用丙酮溶出膜囊中的脂质 再将提取的脂质散布在水槽中 在水面上成单分子层将这些分子在水面上挤压在一起 发现其面积为红细胞表面积的2倍提出脂双层模型 2020 5 14 12 2020 5 14 13 细胞膜的化学成分ChemicalcomponentsoftheCellMembrane 2020 5 14 14 细胞膜脂质 lipidsofcellmembrane 磷脂 70 胆固醇 30 神经鞘脂 Sphingolipid 糖脂 glycolipid 细胞的脂质屏障 Lipidbarrier 防止水渗透 penetration 磷脂的性质为双亲媒性分子或亲水脂分子 2020
5、 5 14 15 卵磷脂分子结构 2020 5 14 16 细胞膜蛋白 Membraneproteins 膜蛋白类型外在蛋白 Extrinsicprotein 表面蛋白质peripheralprotein 仅附在膜的一侧 不穿透膜功能 几乎全是酶 enzyme 2020 5 14 17 内在蛋白 Intrinsicprotein 结合蛋白质integralprotein 完全穿透膜功能水 水溶性物质尤其是离子的结构通道 structuralchannel 不能渗透脂质屏障的物质转运载体 carrier 酶 2020 5 14 18 2020 5 14 19 膜蛋白功能结构成分 接合蛋白comm
6、issureprotein 酶受体 Receptor 转动工具 transporter 通道和载体 2020 5 14 20 细胞膜糖类 Membranecarbohydrates 几乎全部与蛋白或脂质结合成糖蛋白 glycoprotein 或糖脂 glycolipid 位于膜外侧的糖类功能大部分细胞整体带负电性 排斥其它负电性物质 糖蛋白结合复合物 glycocalyx 使细胞间相互粘附作为结合激素 如胰岛素insulin 的受体参与免疫反应 immunereaction 2020 5 14 21 2020 5 14 22 细胞膜的功能FunctionofCellmembrane 屏障作用传
7、递信息受体功能 与识别和接受环境中特异的化学刺激有关 与细胞的免疫功能有关具有酶的作用物质转运功能附着在膜内表面的蛋白质和细胞的变形运动 吞噬或吞饮作用及细胞分裂有关 2020 5 14 23 膜分隔细胞内液 ICF intracellularfluid 和细胞外液 ECF extracellularfluid 细胞膜具有选择通透性 selectivePermeability ECF和ICF成分不同 细胞膜的物质转运功能Membranetransport 2020 5 14 24 这些差异对细胞的生存和功能非常重要 2020 5 14 25 膜转运分子和离子的机制 Mechanism 无载体介
8、导的转运载体介导的转运 转运时的能量被动转运 Passivetransport 扩散 Diffusion 依赖浓度差和势能差 不需要细胞直接提供能量净移动顺着浓度梯度 concentrationgradient 消除浓度梯度主动转运 Activetransport 净移动逆着浓度梯度需要细胞直接提供能量 2020 5 14 26 单纯扩散 Simplydiffusion 特点不需要膜载体蛋白参与被动 条件前提膜二侧存在浓度差膜对该物质有通透性机理热能使分子 离子处理自由运动状态消除浓度梯度 分布均匀 2020 5 14 27 通过膜的扩散过程只有脂溶性物质通过膜的脂质双分子层扩散无极性分子 0
9、2 脂溶性分子 类固醇 弱极性共价键结合分子 C02 NO H20 小 不带电荷 膜对以下物质不通透强极性分子 如葡萄糖 带电荷无机离子 如Na 2020 5 14 28 水分子虽然是极性分子 但它的分子极小 又不带电荷 故膜对它是高度通透的 另外 水分子还可通过水通道跨膜转运 2020 5 14 29 2020 5 14 30 扩散速率与下面因素有关浓度梯度大小扩散的驱动力膜透性温度温度越高扩散越快膜表面积微绒毛 Microvilli 增加表面积 2020 5 14 31 2020 5 14 32 易化扩散 FacilitatedDiffusion 特点被动需要膜蛋白参与 2020 5 14
10、 33 载体介导转运 Carrier MediatedTransport 通过蛋白质载体蛋白质载体的特性特异性 Specificity 仅与特异分子相互作用竞争 Competition 具有相似结构的分子竞争载体的结合位点饱和 Saturation 载体的结合位点全部占满 2020 5 14 34 转运最大值 Tm Transportmaximum 载体饱和竞争 分子X和Y竞争同一个载体 2020 5 14 35 通过易化扩散最重要的物质是葡萄糖和大部分的氨基酸葡萄糖载体分子是一种内在蛋白 2020 5 14 36 通道介导的扩散 间断性开放通道 门控离子通道 通道类型化学门控通道 chemi
11、cal gatedchannel 电压门控通道 Voltage gatedchannel 机械敏感离子通道 mechanosensitiveionchannel 或机械门控通道 mechanical gatedchannel 2020 5 14 37 2020 5 14 38 通道特点高速率打开和关闭很快 膜电位 化学信号等 具有选择性 但较载体小通道阻断剂 blockingagents 如河豚毒素可阻断Na 通道 四乙胺阻断钾通道神经元细胞膜对K 的通透性是Na 的20倍 2020 5 14 39 2020 5 14 40 2020 5 14 41 主动转运 ActiveTransport
12、逆着浓度梯度转运分子或离子从低浓度侧到高浓度侧需要ATPNa K Ca2 H Cl I 不同的糖和大多数的氨基酸 2020 5 14 42 初级主动转运 PrimaryActiveTransport 载体转运直接利用ATP分子或离子结合到载体位结合刺激磷酸化 分解ATP 构象改变将物质转运到另一侧 2020 5 14 43 2020 5 14 44 Na K ATP酶泵 Na K ATP asePump 初级主动转运载体蛋白是一种ATP酶 水解ATP成ADP和Pi 2020 5 14 45 维持膜二侧Na K 离子浓度差并建立细胞内负电位 2020 5 14 46 Na K ATP酶泵的基本组
13、成4个亚单位 subunit 亚单位 M W 100 000 亚单位 M W 55 000功能不清 2020 5 14 47 subunit subunit 2020 5 14 48 亚单位的特点外侧有2个结合K 的位点有3个Na 结合位点内侧部邻近Na 结合位点有ATP酶活性 2020 5 14 49 转运过程 2020 5 14 50 2020 5 14 51 Na K ATP酶磷酸化 构型改变 对K 亲和力大 对Na 亲和力小 在胞外结合K 向细胞外释放Na 脱磷酸化 对Na 亲和力大 对K 亲和力小 在胞内结合Na 向胞内释放K 每分解一个ATP分子 3个Na 被移出膜外 2个K 移入
14、膜内 2020 5 14 52 质子泵protonpump 3typesP type V type F type 2020 5 14 53 P classpumpsP classionpumpsareagenefamilyexhibitingsequencehomology Theyinclude Na K ATPase inplasmamembranesofmostanimalcells isanantiportpump ItcatalyzesATP dependenttransportofNa outofacellinexchangeforK entering 2020 5 14 54 H
15、 K ATPase involvedinacidsecretioninthestomach isanantiportpump ItcatalyzestransportofH outofthegastricparietalcell towardthestomachlumen inexchangeforK enteringthecell 2020 5 14 55 Ca ATPases inendoplasmicreticulum ER plasmamembranescatalyzetransportofCa awayfromthecytosol eitherintotheERlumenorouto
16、fthecell ThereissomeevidencethatH maybetransportedintheoppositedirection Ca ATPasepumpskeepcytosolicCa low allowingCa toserveasasignal 2020 5 14 56 Calciumionpump钙离子泵 2typesForP type 2Ca2 out ATPNa Ca2 exchanger 钠钙交换器 antiport 2020 5 14 57 2020 5 14 58 次级主动转运 SecondaryActiveTransport 能量来自存储在膜二侧的某种离子浓度差需要协同转运体 contransporter 同向转运 Symport Co transport 转动物质与离子移动同一个方向反向转运 Antiport Countertransport 转动物质与离子移动相反方向 2020 5 14 59 转动葡萄糖 2020 5 14 60 向高浓度侧转动葡萄糖所需的能量来自Na 向低浓度一侧的转运 2020 5 14 61 2020 5 14 62 大
