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1、第二章 细胞的基本功能,南京医科大学 生理学系,朱 国 庆,Cell,(endoplasmic reticulum),一、 细胞膜的基本结构 (cell structure) 细胞膜或质膜（plasma membrane）,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能,Why have a cell membrane? isolate the cell cytosol (intracellular fluid) from extracellular fluid regulate exchange with the environment ions, nutrients, wastes, secretio
2、ns cell communicates with the environment receptor proteins bind signaling molecules structural support cellular junctions, anchor cytoskeletal proteins,以液态的脂质双分子层为基本框架，其中镶嵌有不同生理功能的蛋白质和少量多糖。,液态镶嵌模型 (fluid mosaic model),What are the components of the cell membrane and what are their functions?,Repres
3、entation of three-dimensional organization of plasma membranes. A bimolecular film of phospholipids forms the matrix of the membrane, and globular proteins are embedded in the lipid core. Some proteins span the membrane; others are embeded in one of the lipid monolayers.,Structures made from phospho
4、lipids,Structural proteins junctions, cytoskeleton Receptors bind a signaling molecule (ligand) Enzymes reactions (digestion, signaling) Transporters channels,carrier proteins,Functions of membrane proteins,半透膜(semipermeable membrane),O2， 能源物质 氨基酸 脂类 各种离子等,细 胞,CO2 代谢尾产物,二、细胞膜的跨膜转运,What molecules cro
5、ss the cell membrane? How do these molecules cross the cell membrane?,一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,（一）单纯扩散（simple diffusion),1、顺浓度差 2、不需要膜蛋白帮助 3、不消耗能量 4、转运脂溶性物质（非极性分子）如O2和CO2,细 胞,CO2,O2,特点：,Characteristics of simple diffusion: Down a concentration gradient Without help of membrane protein Without usi
6、ng ATP Transport for lipophilic molecules such as O2 and CO2,通透性 (permeability),通透性指物质通过膜的难易程度。 扩散通量 (Diffusive flux)： 表示单位时间内通过单位面积膜的分子数量。 取决于浓度差、扩散面积、温度、脂溶性和电场力（离子）等。,在细胞膜特殊蛋白的帮助下进行跨膜转运。 1. 被动转运 (passive transport)：不消耗ATP 易化扩散（facilitated diffusion） （1）通道 (channel) （2）载体 (carrier) 2. 主动转运 (active
7、transport)：消耗ATP,（二）膜蛋白介导的跨膜转运,易化扩散特点：,顺浓度差或电位差 膜蛋白帮助 不消耗能量 转运水溶性物质,转运物质：Na+, K+, Cl, Ca2+等直径较小离子。 基本特征： （1）离子选择性 (ion selectivity)。根据转运离子的特异性命名： Na+通道、K+通道、 Cl通道、 Ca2+通道等。 （2）门控特性 (gating)。开放、关闭,1. 通道介导的跨膜转运 （channel transport),Ions diffuse through channels down their concentration gradient.,Ca2+,C
8、a2+,Voltage gated Chemically gated Mechanically gated,How are the channels gated (opened)?,电压门控通道 化学门控通道 机械门控通道,Na+通道阻断剂：河豚毒 (tetrodotoxin, TTX) 利多卡因（lidocaine) K+通道阻断剂： 四乙胺 (tetraethylammonium),Channel blocker,Facilitated diffusion by a carrier protein,2. 载体介导的跨膜转运 (carrier-mediated transport),转运对象
9、: 葡萄糖、氨基酸、核苷酸,载体转运特点, Saturation (饱和现象),A：经载体易化扩散模式图 B：经载体易化扩散的饱和现象 Vmax：最大扩散速度； Km： 米氏常数，达1/2 最大扩散速率所需的底物浓度, Specificity (特异性),Glucose transporters will not move maltose (麦芽糖), Competitive inhibition (竞争性抑制),Only galactose,Glucose and galactose (半乳糖),A competing molecule can block the transport,同向转
10、运 (symport) 和逆向转运 (antiport),（2）原发性主动转运 (primary active transport),特点: 1、膜蛋白（泵）帮助 2、逆浓度差或电位差 3、耗能,钠泵（sodium pump, 钠-钾泵，钠-钾ATP酶）、钙泵、碘泵等。,钠-钾泵,分解1个分子ATP，使3个Na+移出膜外，2个K+移到膜内生电性钠泵 (electrogenic pump)。 泵入和泵出正离子数相等-中性泵。,钠泵活动重要的生理意义,维持细胞正常的渗透压与形态。 形成和保持细胞内外Na+、K+不均匀分布，为生物电和多种功能必需。 势能贮备为葡萄糖、氨基酸跨小肠和肾小管上皮等继发性
11、主动转运提供能量。,Active transport: Na+-K+ ATPase,哇巴因： 钠泵的特异性抑制剂,（3）继发性主动转运 Secondary Active Transport,利用原发性主动转运所造成的某种物质的势能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程，又称联合转运 (contransport)。 如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。 转运体蛋白（转运体，transporter),Symport driven by Na+ concentration gradient for trans-epithelial transport,Sodium-glucose symp
12、orter,上皮细胞基侧膜上Na+ 泵的活动，造成细胞内低 Na+，并在顶膜的内外形成 Na+浓度差。顶膜上的Na+葡萄糖同向转运体则利用膜两侧Na+的化学驱动力，将肠腔中的Na+和葡萄糖分子一起转运至上皮细胞内。这一过程中葡萄糖分子的转运是逆浓度梯度进行的。进入上皮细胞的葡萄糖分子可经基底侧膜上另一种葡萄糖载体扩散至组织液，完成葡萄糖在肠腔中的主动吸收过程,肠粘膜上皮细胞葡萄糖继发性主动转运模式图,同向转运 (symport)和逆向转运(antiport),Secondary active transport,Click to play,(三) 出胞和入胞,转运对象：大分子或物质团块 入胞
13、(endocytosis): 吞噬(phagocytosis)cell engulfs a particle into a vesicle 吞饮(pinocytosis)cell engulfs extracellular fluid 出胞 (exocytosis),Phagocytosis cell engulfs a particle into a vesicle,LDL (which is a cholesterol carrier) is a ligand that enters by receptor mediated endocytosis,Receptor mediated en
14、docytosis,入胞的两种类型： 液相入胞 (fluid-phase endocytosis) 受体介入式入胞 (Receptor mediated endocytosis),Exocytosis & endocytosis,Exocytosis & endocytosis,Click to play,第二节 细胞的信号转导,transmembrane signal transduction 外界信号作用于细胞时，通常先作用于细胞膜表面，引起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将外界信号以新的信号形式传到膜内，再引起靶细胞发生相应的功能变化。,最常见的外界刺激信号化学信号,化学信号
15、激素、递质、细胞因子（cytokines) 其它外界刺激信号：机械信号、电信号、电磁波等,跨膜信号转导的共同特征,1.外界信号作用于受体后引起一系列信号分子依次激活 2.信号转导都是通过几种类似的转导途径实现的 3.跨膜信号转导有信号放大作用,膜受体,1. 离子通道受体 ion channel 2. G蛋白耦联受体 G protein-linked receptor 3. 酶耦联受体 enzyme-linked receptor,化学门控通道 (chemically gated channel) 又称 配体门控通道 (ligand gated channel) 或促离子型受体(ionotrop
16、ic receptor) ACh的N2型受体、GABAA受体、促离子型谷氨酸受体,一、离子通道型受体介导的信号转导,N-receptor of ACh,Structure of sodium channel,Click to play,Voltage gated channel Mechanically gated channel 通常不称为受体 也可将信号传递到细胞内部,电压门控通道和机械门控通道,二、G-蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导,G protein-coupled receptor, GPCR,激素、神经递质(第一信使)到达靶细胞时不直接进入胞浆,而是先与靶细胞膜受体结合,作用于膜结构中的信息传递系统(第二信使系统),使胞浆中某物质(第二信使)浓度改变,引起靶细胞发生相应变化。,有关跨膜信号转导的一些重大发现,第二信使学说，1971诺贝尔生理学和医学奖 原癌基因，1989诺贝尔生理学和医学奖 蛋白质磷酸化在信号转导中的作用，1992诺贝尔生理学和医学奖 G蛋白及其在细胞信号转导中的作用，1994诺贝尔生理学和医学奖 NO的生理功能，1998诺贝尔生理学和医学奖,
