第四章 细胞膜及物质的跨膜运输第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性第二节 小分子物质和离子的穿膜运输第三节 大分子和颗粒物质的跨膜运输第四节 细胞膜异常与疾病本章主要内容本章总的目的要求v掌握细胞膜的化学组成、生物学特性、分子结构模型；小分子和离子穿膜运输的主要方式与区别v理解大分子和颗粒物质的跨膜运输v了解细胞膜异常与疾病第一节细胞膜的化学组成与生物学特性v细胞膜的化学组成v细胞膜的特性v细胞膜的分子结构模型一、 细胞膜的化学组成磷脂脂类50% 胆固醇糖脂蛋白质40%-50%外周蛋白(外在蛋白)镶嵌蛋白(内在蛋白)糖类1%-10%包括：磷脂、胆固醇和糖脂双亲性分子：具有一个亲水的头部和一个疏水的尾部 (一)膜脂甘油磷脂：卵磷脂（磷脂酰胆碱）、脑磷脂（磷脂酰乙醇胺）、磷脂酰丝氨酸、鞘磷脂：神经酰胺和鞘氨醇结合物1、磷脂磷脂分子的结构： 头部为磷酸和胆碱组成，不同磷脂头部的大小、形状和所带电荷不同，与其和蛋白质的结合有关；尾部为长短不一的碳氢链（一般含14-24个碳原子），烃链的长短和不饱和程度，可影响膜的流动性膜质分子在水环境中，其特点决定了它们聚拢成双分子层后，其游离端自动闭合形成自我封闭而稳定的中空结构，成为脂质体2、胆固醇：也是双亲性分子在膜中的排列方式：3、糖脂： 是含有一个或几个糖基的脂类，不同糖脂分子中的糖基数量不同，且均位于膜的外叶，并将糖基暴露于细胞表面。
作用：可作为受体，与细胞识别及信息传导有关 （二）膜蛋白：执行膜的多种重要功能v内在膜蛋白（整合膜蛋白）： 70%-80%；主体穿过脂双层v外周蛋白或外在蛋白：20%-30%，位于表面，通过非共价键与膜内在蛋白亲水部相连 、v脂锚定蛋白：以共价键与脂分子结合、vSDS：离子型去垢剂，与跨膜蛋白和磷脂的疏水区结合，研究跨膜蛋白v Triton X-100:非离子去垢剂，使膜崩解膜蛋白的分离村话，去除内膜系统，对细胞骨架和其它蛋白进行研究 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白 图4-11 蛋白与膜的结合方式、整合蛋白；、脂锚定蛋白；、外周蛋白（三）膜糖类： 主要有半乳糖、甘露糖、岩藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺和唾液酸。
二、生物膜的特性（一）生物膜的流动性（fluidity） 相变：温度变化使生物膜液晶态和晶态之间的变化； 相变温度：引起相变的温度称为相变温度 左右摆动 旋转运动 侧向运动 翻转运动1、膜脂分子的运动（流动性）： 2、膜蛋白的分子运动：侧向运动和旋转侧向运动：人、鼠细胞融合实验膜蛋白流动的区域性温度磷脂的种类（碳氢链的不饱和程度、碳氢链的 长度）胆固醇蛋白质：含量愈多，流动性愈小3、影响运动的因素胆固醇对膜流动性的作用： 降低了膜的流动性；相变温度降低，防止低温时膜流动性的突然降低 （二） 生物膜的不对称性 （1）膜脂分布的不对称性（2）膜蛋白分布的不对称性 SM：鞘磷脂；PC卵磷脂；PS磷脂酰丝氨酸；PE：磷脂酰乙醇胺；PI：磷脂酰肌醇；CI：胆固醇 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 图4-14 质膜的的结构模型 1925年，荷兰的Gorter和Grendel，红细胞膜的研究。
结论：脂质分子排成双层1935，Danielli和Davson提出夹层学说三、细胞膜的分子结构模型（一）夹层学说(二）单位膜模型1959年，Robertson，电镜结构：暗-明-暗三层结构三）流动镶嵌模型 ：1972年，Singer和Nicolson建立该模型要点： 以磷脂双分子层作为膜的基本结构骨架；蛋白质分子以不同程度镶嵌脂质中双层或附着于脂质双层表面；膜的内外侧是不对称的；膜具有流动性（四）晶格镶嵌模型1975，Wallach提出了晶格镶嵌模型；生物膜中的脂质在可逆的进行无序（液态）和有序（晶态）的相变 （五）板块模型 1977，Jain和White， 在流动的脂类双分子层中存在着许多大小不同、能独立移动的脂质区（有序结构的板块），在这些有序结构的板块之间有流动的脂质区（无序的结构板块）分布，二者处于一种连续的动态平衡之中v据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的1530%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的2/3v细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白（carrier protein）和通道蛋白（channel protein）载体蛋白又称做载体（carrier）、通透酶（permease）和转运器（transporter），有的需要能量驱动，有的则不需要能量。
通道蛋白能形成亲水的通道，允许特定的溶质通过，所有通道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质 第二节小分子物质的跨膜运输一、单纯扩散单纯扩散：一些物质不需要膜蛋白的帮助，能顺浓度梯度自由扩散，通过膜的脂双层这种跨膜的运输形式，称为单纯扩散分子量小的脂溶性强的非极性分子能迅速的通过脂双层膜，如，CO2、O2 和乙醇、尿素、乙醚等v人工膜对各类物质的通透率：v脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；v非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如H2O、NH3等可以透过人工脂双层，但速度较慢；v小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过；v人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的单纯扩散的物质二、被动运输（passive transport）被动运输：也称易化扩散(facilitated diffutsion)，在介导蛋白的帮助下，使物质顺浓度或电化学梯度跨膜运输，且不消耗能量，这种运输方式也称为协助扩散载体蛋白载体蛋白（carrier protein）：能与特异性的分子结合，然后通过其自身构象的变化而允许该分子进行跨膜运输的蛋白，叫载体蛋白载体蛋白既介导被动运输也介导主动运输。
通道蛋白 通道蛋白（channel protein）：能形成贯穿膜质双层的充水孔道，使一些特异的物质经过它完成跨膜运输的蛋白，叫通道蛋白通道蛋白只介导被动运输 通道蛋白运转离子的特性： 运输快；选择性高；有闸门控制类型（1）电压闸门离子通道 （2）配体闸门离子通道 如：神经肌肉接头就有几种离子通道神经肌肉接点由Ach门控通道开放而出现终板电位时，可使肌细胞膜中的电位门Na+通道和K+通道相继激活，出现动作电位；引起肌质网 Ca2+通道打开，Ca2+进入细胞质，引发肌肉收缩重症肌无力v体内产生了抗乙酰胆碱受体的抗体主动运输（active transport）：在介导蛋白的帮助下，使物质逆浓度梯度或电化学梯度跨膜运输，且消耗能量，这种运输方式称为主动运输 3、主动运输（active transport）主动运输的特点v逆浓度梯度；v依赖于膜运输蛋白；v需要代谢能；v具有选择性和特异性 主动运输的种类 离子泵：直接水解ATP进行主动运输 协同运输：间接消耗ATP， Na+K+ATP酶，又称Na+K+ 泵，动物细胞中由ATP驱动的将Na输出到细胞外同时将K输入到细胞内的运输泵由2个大亚基（）、2个小亚基（）组成的4聚体。
大亚基：多次穿膜的跨膜蛋白，胞质面具有一个ATP结合位点、三个高亲和Na+接合位点；膜的外表面有两个K+的结合位点和一个哇巴因（乌本苷）的结合位点通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化 乌苯苷能抑制心肌细胞Na+-K+泵的活性；从而降低钠钙交换器效率，使内流钙离子增多，加强心肌收缩，因而具有强心作用Na+K+泵v胞内Na+低于胞外10-20倍v胞内K+高于胞外10-20倍Na+-K+泵的作用：维持低Na+高K+的细胞内环境；维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；物质吸收；细胞内高K是核糖体合成蛋白质和糖酵解过程中重要酶活动的必要条件；维持细胞的静息电位H+ATP酶和钙泵 在质膜或某些细胞器膜上存在的能水解ATP提供能量使H+逆浓度梯度运转的膜蛋白，又称质子泵在溶酶体膜上的质子泵，则保持溶酶体内高酸度环境胃壁细胞顶部膜上的H+ATP酶，能维持胃内容物的酸性粒体和叶绿体中的质子泵能参与ADP合成ATP ； 同向协同运输：运输H+的同时运输Cl-，以达电平衡钙泵主要存在于质膜、肌浆网上Acidification of the stomach lumen by parietal cells in the gastric lining.协同运输： 。
一种物质的运输依赖于第二种物质的同时运输；或：一种物质的运输依赖于第二种物质通过主动运输形成离子差后，再行顺离子梯度跨膜运输分为：同向协同运输和反向协同运输同向协同运输：如：Na+顺离子浓度运转的同时伴有葡萄糖或氨基酸的逆浓度梯度运转逆向协同运输：Na+Ca2+和Na+H+（2）逆向协同运输：Na+Ca2+和Na+H+ Na+与葡萄糖的协同运输主动运输与被动运输的比较第三节 大分子和颗粒物质的跨膜运输一、内吞作用（endocytosis）：又叫入胞作用，是通过质膜的变形运动将细胞外物质转运入细胞内的过程一）吞噬作用（phagocytosis）：在摄入颗粒物质时，细胞部分变形，使质膜凹陷或形成伪足将颗粒物质包裹摄入细胞如：原生生物的变形虫、阿米巴等二）吞饮作用（pinocytosis）：细胞摄入溶质或液体的内吞作用溶质接触胞膜 膜下陷小窝小泡液相内吞：非特异性细胞吞入细胞外液的方式吸附内吞：先吸附到细胞表面，后被摄入细胞内该方式有一定的特异性，如：阳离子铁蛋白的摄入三）受体介导的内吞作用（receptermediatedendocytosis）概述：概念：细胞通过膜上的受体与被摄入的蛋白或化合物结合进而将它们运输到细胞内的过程。
有被小窝（coatedpit）：有被小泡（coatedvesicle）：胎儿摄取抗体的过程机体清除有害物质的过程特异摄取胆固醇的过程特异摄取胆固醇的过程LDL的结构：（低密度脂蛋白，lowdensitylipoprotein)：是一种大的球形颗粒，分子量300万道尔顿由胆固醇和蛋白质组成LDL受体：是一种糖蛋白，由839个氨基酸组成，5个结构域，N-结构域可识别LDL并与之结合衣被的化学基础：三腿蛋白复合物由三。