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1、1物质的跨膜运输与信号传递物质的跨膜运输与信号传递一教学目标：一教学目标：1 深刻理解被动运输、主动运输和内吞外排的概念，以及物质跨膜运输的重要意义；2 理解细胞信号传递的主要特点，掌握甾类激素信号通路、cAMP 信号通路、磷脂酰肌醇信号通路和 EGF 受体信号通路的主要环节。二重点：二重点：跨膜运输的方式和细胞通讯的信号通路。三难点三难点：跨膜运输的机制。四授课方式与教学方法四授课方式与教学方法：讲授、讨论、多媒体辅助教学。五教学内容五教学内容: 细胞膜是细胞与细胞外环境之间的一种选择性通透屏障，物质的跨膜运输对细胞的生存 和生长至关重要。多细胞生物是一个繁忙而有序的细胞社会，这种社会性的维
2、持不仅依赖于 细胞的物质代谢与能量代谢，还有赖于细胞通讯与信号传递，以协调细胞的行为。第一节第一节第一节物质的跨膜运输物质的跨膜运输物质的跨膜运输物质的跨膜运输一.被动运输（passive transport）定义：通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。转运的动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供能量。类型：简单扩散（simple diffusion）、协助扩散（facilitated diffusion）膜转运蛋白：1.载体蛋白（carrier proteins）通透酶（permease）性质；介导被动运输与主动运输。2.2.通道蛋白通道蛋白 （channelchan
3、nel proteinsproteins） 具有离子选择性，转运速率高；具有离子选择性，转运速率高； 离子通道是门控的；只介导被动运输离子通道是门控的；只介导被动运输 膜转运蛋白膜转运蛋白 通道蛋白(被动运输)膜转运蛋白膜转运蛋白载体蛋白 单运输(被动运输+主动运输) 共运输协同运输 对向运输细胞膜上的运输蛋白：载体蛋白：通过构象变化运输物质通道蛋白：形成通道、运输物质载体蛋白载体蛋白:膜上一类转运蛋白，可特异的、可逆的与某物质结合，通过构象变化将物质从膜的一侧运到另一侧。 又称通透酶，与运输物质的结合与酶的动力学相似。 通道蛋白通道蛋白:形成亲水的通道，允许一定大小和一定电荷的离子通过。因运
4、转的几乎都是离子，又称离子通道.通道蛋白形成通道：2持续开放（如水通道）间断开放（闸门通道）配体闸门通道：配体与受体结合，通道开放。电压闸门通道：膜电位变化，启动通道开放。压力激活通道：压力变化,启动通道开放。离子闸门通道：特定离子浓度变化，启动通道。神经神经神经-肌肉兴奋，不到秒钟的时间内完成，这一过程包括四肌肉兴奋，不到秒钟的时间内完成，这一过程包括四肌肉兴奋，不到秒钟的时间内完成，这一过程包括四种通道顺次例如：神经种通道顺次例如：神经种通道顺次例如：神经-肌肉兴奋，不到秒钟的时间内完成，这一过程包括四种通道顺次开放：肌肉兴奋，不到秒钟的时间内完成，这一过程包括四种通道顺次开放：肌肉兴奋，
5、不到秒钟的时间内完成，这一过程包括四种通道顺次开放：A、刺激神经冲动神经末梢，膜去极化，电压闸门通道钙离子通道开放，钙离子进入神经末梢，刺激乙酰胆碱（ACH）分泌到突触间隙中；B、ACH 与突触后肌细胞膜上的受体结合，配体闸门钠离子通道开放，钠离子进入肌细胞，肌细胞膜去极化；C、肌细胞膜上电压闸门钠离子通道开放，更多的钠离子进入肌细胞，肌细胞膜进一步去极化，产生动作电位，扩散到肌细胞膜；D、肌浆网上的离子闸门通道钙离子通道开放，钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩。二二二. . .主动运输（主动运输（主动运输（activeactiveactive transporttransporttranspor
6、t）定义：是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向浓度高的一侧进行跨膜转运的方式。细胞耗能。由ATP直接提供能量和间接提供能量及光能驱动.被动与主动运输的比较 主动运输类型：三种基本类型由ATP直接提供能量的主动运输钠钾泵 钙泵（Ca2+-ATP酶）质子泵：P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶协同运输（cotransport）由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式物质的跨膜转运与膜电位进行主动运输的物质：进行主动运输的物质：进行主动运输的物质：各种离子（如钠离子、钾离子、氯离子、碳酸根离子、钙离子等） 。葡萄糖、氨基酸
7、等带电荷极性分子。进行主动运输的载体又称进行主动运输的载体又称“离子泵离子泵”钠钾泵钠钾泵膜上运输钠和钾离子的载体称“钠钾泵”或“钠钾 ATP 酶” 。钠-钾泵的组成：大亚基（100000DN）：外侧：1、钾结合位点；2、鸟苯苷结合位点内侧：1、钠结合点；2、ATP 结合点小亚基（45000DN）：与大亚基结合，作用不明。“钠钾泵钠钾泵钠钾泵”的主动运输的主动运输的主动运输机制即：3Na+结合到结合位点上 酶磷酸化 酶构象变化 3 Na+释放到细胞外 2K+结合到位点上 酶去磷酸化 2K+释放到细胞内，酶构象恢复原始状态。Na+-K+Na+-K+Na+-K+泵的作用泵的作用泵的作用产生和维持膜
8、电位；为葡萄糖、氨基酸的主动运输创造条件；维持细胞的渗透压，例如：当肾小管细胞间隙钠过高时会导致细胞内水分外渗，细胞内缺水，人会感到口渴而饮水多。钙泵钙泵钙泵钙泵 , , , ,又称又称又称又称 Ca2+-ATPCa2+-ATPCa2+-ATPCa2+-ATP 酶酶酶酶位于质膜和内质网上的跨膜蛋白,将 Ca2+Ca2+Ca2+输出细胞或泵入内质网腔中储存,以维持细胞内低浓度的游离 Ca2+.Ca2+.Ca2+.钙泵工作与钙泵工作与钙泵工作与 ATPATPATP 的水解相偶联的水解相偶联的水解相偶联, , ,每消耗一个每消耗一个每消耗一个 ATPATPATP 分子转运两个分子转运两个分子转运两个
9、 Ca2+Ca2+Ca2+ . . .钙调蛋白是钙泵的激钙调蛋白是钙泵的激钙调蛋白是钙泵的激活因子活因子活因子. . . 钙调蛋白钙调蛋白钙调蛋白(CaM)(CaM)(CaM)是是是 Ca2+Ca2+Ca2+应答蛋白应答蛋白应答蛋白, , ,由由由 148148148 个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成个氨基酸残基组成, , ,含含含 4 4 4 个结构域个结构域个结构域, , ,每个结构域可以与一个每个结构域可以与一个每个结构域可以与一个 Ca2+.Ca2+.Ca2+. CaMCaMCaM 本身无活性本身无活性本身无活性, , , Ca2+Ca2+Ca2+与与与 CaMCaMCaM 结合后形成
10、结合后形成结合后形成 Ca2+Ca2+Ca2+ - - - CaMCaMCaM 复合体复合体复合体, , ,再与靶酶结合将其活化再与靶酶结合将其活化再与靶酶结合将其活化. . . 3质子泵质子泵质子泵质子泵, , , ,又称又称又称又称 H+-ATPH+-ATPH+-ATPH+-ATP 酶酶酶酶位于植物细胞、真菌和细菌质膜上的跨膜蛋白,将 H+H+H+泵出细胞建立跨膜的 H+H+H+电化学梯度，驱动转运溶质进入细胞。P-型质子泵：位于真核细胞的质膜上，转运 H+H+H+过程中涉及磷酸化和去磷酸化。V-型质子泵：位于动物细胞溶酶体膜和植物液泡膜上，转运 H+H+H+过程中不涉及磷酸化的中间体。提
11、高细胞质中的 pH 和细胞器内的酸度。H+-ATP 酶：位于线粒体的内膜，植物类囊体膜和细菌质膜上，利用膜上 H H H+ + +梯度梯度梯度合成 ATP。协同运输（协同运输（cotransportcotransport）由 Na+-K+泵（或 H+-泵）与载体蛋白协同作用， 靠间接消耗 ATP 所完成的主动运输方式 主动运输的能量不是由 ATP 直接提供，而是由储存在膜上离子梯度中的能量来驱动的。这类运输进行时，一种物质的运输必须依赖另一种物质的同时运输，故称为协同运输。协同运输协同运输协同运输协同运输两种物质同时相向转运，称对向运输（逆向协同运输） 。如 Na+-K+；Na+H+；Cl-H
12、Cl3-两种物质同时同向转运，称共运输（同向协同运输） 。如 Na+-G；Na+-aa浓度差+电位差电化学梯度动物细胞中，Na+的电化学梯度通常是驱动另一种分子主运输的能量，如 Na+ 梯度驱动 G、aa 的主动运输三、胞吞作用三、胞吞作用（endocytosisendocytosis）与胞吐作用与胞吐作用（exocytosisexocytosis）作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，又称膜泡运输或批量运输（bulk transport）。属于主动运输。胞吞作用胞吐作用胞吞作用胞饮作用（pinocytosis）与吞噬作用（phagocytosis）。胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别特征内吞
13、泡的大小转运方式内吞泡形成机制胞饮作用小于150nm连续发生的过程需要笼形蛋白形成包被及接合素蛋白连接吞噬作用大于250nm需受体介导的信号触发过程需要微丝及结合蛋白的参与受体介导的内吞作用及包被的组装胞内体：是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞吞作用新摄入的物质到溶酶体被降解。胞内体上有质子泵。胞吐作用胞吐作用：是将细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过细胞膜运出细胞的过程。组成型的外排途径（constitutive exocytosis pathway）所有真核细胞连续分泌过程用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养或信号分子）defaultdefault pathway
14、pathway：除某些有特殊标志的駐留蛋白和调节型分泌泡外，其余蛋白的转运途径：粗面内质：除某些有特殊标志的駐留蛋白和调节型分泌泡外，其余蛋白的转运途径：粗面内质网网高尔基体高尔基体分泌泡分泌泡细胞表面细胞表面 调节型外排途径（regulated exocytosis pathway）特化的分泌细胞储存刺激释放产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定 膜流：动态过程对质膜更新和维持细胞的生存与生长是必要的4囊泡与靶膜的识别与融合胞吞作用途径胞吞作用途径胞吞作用途径胞吞作用途径 膜上糖蛋白或糖脂识别 与膜接触 膜
15、内陷包围物质膜融合去封口 囊泡 进入细胞胞内体：是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞吞作用新摄入的物质到溶酶体被降解。胞内体上有质子泵。第二节第二节第二节第二节 细胞通讯与信号传递细胞通讯与信号传递细胞通讯与信号传递细胞通讯与信号传递一、细胞通讯与细胞识别一、细胞通讯与细胞识别一、细胞通讯与细胞识别（一）细胞通讯（cell communication）一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。细胞通讯方式：分泌化学信号进行通讯 内分泌（endocrine）激素分泌后作用较远的靶细胞，其传递介质为血液。激素分泌后作用较远的靶细胞，其传递介质为血液。激素分泌后作用较远的靶细胞，其传递介质为血液。旁分泌（paracrine）激素分泌释放后作用于邻近的靶细胞，其传递介质为细胞间液。激素分泌释放后作用于邻近的靶细胞，其传递介质为细胞间液。激素分泌释放后作用于邻近的靶细胞，其传递介质为细胞间液。自分泌（autocrine）激素分泌释放后仍作用于自身细胞，其传递介质为胞液；激素分泌释放后仍作用于自身细胞，其传递介质为胞液；激素分泌释放后仍作用于自身细胞，其传递介质为胞液；化学突
