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1、第一节 细胞膜的物质转运功能,细胞膜,脂质双分子层： 蛋白质： 糖类,屏障作用 与物质、能量和信息的跨膜转运有关。,一、细胞膜的分子结构,表面蛋白 整合蛋白,膜的结构和组成: 1972,Singer Nicholson ( fluid mosaic model ) “液态镶嵌模型”: 脂质双分子层 + 蛋白质 在电镜下可分为三层，总厚度约7.5-10 nm。 蛋白质55%，磷脂类25%，胆固醇13%，其他脂类4%，少量糖类3%。,(一) 脂质： 磷脂、鞘脂、胆固醇、糖脂等：形成液态双分子层 (二) 蛋白质 表面蛋白质与整合蛋白质：细胞骨架，识别、酶、受体、转运、载体、通道 (三) 糖类 主要为
2、寡糖和多糖链：细胞的特异性“标志”受体识别、抗原决定簇,二、跨细胞膜的物质转运 质膜对绝大多数极性分子是不通透的屏障 （一）单纯扩散(simple diffusion),1、扩散：高浓度区域中的溶质分子向低浓度区域移动。,2、单纯扩散：脂溶性物质分子按扩散原理作跨膜运 动或转运。,3、某一物质跨膜扩散量的大小由膜两侧该物质的浓度差和通透性（通过膜的难易程度：脂溶性的大小以及分子大小、所带电荷）等决定。 4、 O2, NO, CO2 乙醇等，水=单纯扩散+水通道,(二)易化扩散 1. 经载体易化扩散,高浓度,低浓度,溶质,载体 载体变构,结合位点,其特点：,(1)结构特异性 (2)饱和现象 (3
3、)竞争性抑制,葡萄糖、氨基酸等,载体介导 （Carrier mediated diffusion）,溶质浓度与扩散速度的关系(载体介导),Vmax,扩散速度,溶质浓度,特点： 结构特异性 饱和现象 竞争性抑制,2. 经通道易化扩散,概念：带电离子由通道蛋白的介导，顺电化学梯度的跨膜扩散。,水 相 孔 道,通道,离子,高浓度,低浓度,离子通道：贯穿脂质双层，中央带有亲水性孔道的膜蛋白。,Ca2+通道：3种以上。,K+通道：7种以上。,特性：,（1）离子的选择性：每种通道对一种或几种离子 有较高 的通透性，对其他离子不易或不能通过。取决于孔道的口 径、其内壁的化学结构和带电状况。 Na+通道、K+
4、通道、Ca2+通道等。 （2）门控（gating)特性：通道内的闸门(gate)样结构控制其 开放和关闭,其过程称为 电压门控通道（voltage-gated ion channel) ： 通道的开闭受膜两侧电位差控制 化学门控通道（chemically-gated ion channel) 通道的开闭受某些化学物质控制 机械门控通道（mechanically-gated ion channel) 机械变化导致通道的开闭,离子通道的选择性,离子通道 开放和关闭,被动转运特点： （1）其动力来自物质自身的热运动。 （2）由高浓度移向低浓度：有选择性 （3）通透性可改变,被动转运(passive
5、transport) ：不消耗能量，顺浓度或电位梯度的转运：经载体和通道介导的易化扩散 主动转运(active transport)：消耗能量，逆浓度或电位梯度的转运,主动转运 Active transport 低浓度向高浓度转运,被动转运 Passive transport 高浓度向低浓度转运,3.原发性主动转运,概念：细胞直接利用代谢产生的能量将某种物质 逆电化学梯度进行跨膜转运的过程。 介导这一过程的膜蛋白称为离子泵(ion pump) 具有水解ATP的能力，称为ATP酶。 2. 钠-钾泵 在哺乳动物细胞膜上普遍存在 钠泵，Na+-K+依赖式 ATP酶,（1）激活：细胞内Na + 或细胞
6、外K+ （2）效应：,Na+-K+泵（钠泵）,2K+,高K+（高 30倍）,高Na+（高10倍）,每分解1分子ATP,3Na+,Na+-K+ 泵的结构,（3）Na+泵的生理意义 Na+泵活动建立势能储备（膜内外的Na+、 K+浓度差） 以供其他耗能过程利用 例如： 是生物电活动的前提； 膜内高K+是许多代谢过程的必须条件 维持胞质渗透压细胞容积、PH和细胞内Ca+稳定 膜内外的Na+浓度差是其他物质继发主动 转运的动力 生电性的，影响静息电位 钙泵，等,4. 继发性主动转运,概念： 间接利用ATP能量的主动转运过程。多是利用 Na+在膜内外的浓度势能差进行。需要膜上的 转运体蛋白的帮助,同向转
7、运体 反向转运体（交换体）,主动转运与被动转运的区别,主动转运,被动转运,需由细胞提供能量,不需外部能量,逆电-化学势差,顺电-化学势差,使膜两侧浓度差更大,使膜两侧浓度差更小,（三）出胞和入胞,大分子、物质颗粒（固态或液态）的跨膜转运,出胞：细胞内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程,粗面内质网,排出（囊泡膜成为细胞膜的一部分）,融合，破裂,囊泡的移动,受调节Ca 2+ 内流触发。,不间断 地排出,入胞： 概念：大分子物质借助吞噬泡或吞饮泡进入细胞内的过程 类型：吞噬：物质颗粒进入细胞，吞噬泡大， 特殊细胞 吞饮：吞饮泡小，所有细胞 液相入胞：外液+溶质连续不断进入细胞 受体介导入胞：
8、十分有效的转运方式 许多大分子物质进入细胞 采用此方式,入胞,再循环小泡,细胞膜可反复循环使用,低PH,胞内体,内移,吞饮小泡,附膜蛋白,受体,复衣凹陷,小 结,第二节 细胞的跨膜信号转导 跨膜信号转导概念 各种外界信号（除少数可进入细胞外），作用到膜表面膜内蛋 白分子变构，将信息以新的信号形式传递到膜内再引发靶细胞功能的改变，这个过程称为,受 体,定义：能够识别和选择性结合某种配基（信号分子）的大分子。通过信号转导，将膜外的信号转换为胞内化学或物理信号，产生一系列生物学效应 多为糖蛋白，包括两个功能区： 与配基结合的区域结合特异性 产生效应的区域效应特异性 细胞上存在的部位分为： 细胞内受体
9、 细胞表面受体,各种外界刺激,跨膜信号转导,细胞膜变化或其他细胞内功能变化,种类非常多,其途径为数不多，作用形式较类似，涉及的膜蛋白也为数不多。,因不同的细胞而异,细胞膜受体介导的信号转导途径,G-蛋白偶联受体的信号转导 离子通道偶联受体的信号转导 酶偶联受体-酪氨酸激酶受体的信号转导,一、G蛋白耦联受体介导的信号转导,通过膜受体、G蛋白、G蛋白效应器和第二信使等膜上和胞质中的信号分子的活动实现的。,G蛋白偶联受体 (促代谢型受体) G蛋白 (Gs,Gi,Gq, G12) G蛋白效应器 (AC,PLC,PLA2,GC,PDE) 第二信使 (cAMP,IP3,DG, cGMP,Ca2+),第一信
10、使（激素、递质、细胞因子） G蛋白耦联受体跨膜信号转导 第二信使（细胞内cAMP、IP3、DG、 cGMP和Ca+ ） 靶蛋白（蛋白激酶、离子通道） 细胞功能改变,G蛋白受体 G蛋白 G蛋白效应器,G-蛋白耦联受体介导的信号传递的途径,信号分子与受体结合,激活G-蛋白 （亚单位同其他两个亚单位分离并具有催化活性）,腺苷酸环化酶改变(AC),cAMP浓度的改变,产生广泛的生物效应。,磷脂酶C活化(PLC),三磷酸肌醇 （IP3）,二酰甘油 (DG),Ca 2+,蛋白激酶C （PKC）,cAMP依赖的 蛋白激酶A活性的改变 (PKA),1. 化学门控通道,化学物质,细胞膜上特异性通道蛋白位点,通道蛋白变构而开放,相应的离子易化扩散,膜电位变化,二、离子通道受体介导的信号转导,细胞功能变化,以神经-肌接头乙酰胆碱介导的信号转导为例：,肌细胞膜,（终板）,通道变构、开放,Na+内流,（K+外流）,终板电位,肌细胞兴奋收缩,2. 电压门控通道,跨膜电位改变,通道的激活（L型钙通道）,通道的开放,跨膜离子流（钙内流）,新的电变化,（通道所在部位膜的特有 跨膜电位改变）,细胞内功能变化（如肌细胞收缩）,跨 膜 信 号 转 换,由所在膜两侧跨膜电位改变来决定其开放与否的通道,
