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1、第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能第一节第一节 细胞膜的结构特征和物质转运功能细胞膜的结构特征和物质转运功能 细胞膜的功能细胞膜的功能l 屏障功能屏障功能l 物质转运功能物质转运功能l 信号转导功能信号转导功能 一、细胞膜的结构特征一、细胞膜的结构特征 在电子显微镜下分为三层，由在电子显微镜下分为三层，由在电子显微镜下分为三层，由在电子显微镜下分为三层，由脂质脂质脂质脂质、蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质和糖类和糖类和糖类和糖类等物质组成，以等物质组成，以等物质组成，以等物质组成，以蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质和和和和脂质脂质脂质脂质为主，糖类只占极少量。为主，糖类只占极少量。为主，糖类只占极少量
2、。为主，糖类只占极少量。 流体镶嵌模型流体镶嵌模型流体镶嵌模型流体镶嵌模型(fluid mosaic model)(fluid mosaic model)(fluid mosaic model)(fluid mosaic model) ：细胞膜以流动性：细胞膜以流动性：细胞膜以流动性：细胞膜以流动性的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和不同生理功能的蛋白质，脂质和蛋白质分子通过非共价键不同生理功能的蛋白质，脂质和蛋白质分子通过非共价键
3、不同生理功能的蛋白质，脂质和蛋白质分子通过非共价键不同生理功能的蛋白质，脂质和蛋白质分子通过非共价键相互作用结合在一起。脂质分子排列成相互作用结合在一起。脂质分子排列成相互作用结合在一起。脂质分子排列成相互作用结合在一起。脂质分子排列成5nm5nm5nm5nm厚的连续双层，厚的连续双层，厚的连续双层，厚的连续双层，作为不透水层阻挡大多数水溶性分子通过，镶嵌在脂质双作为不透水层阻挡大多数水溶性分子通过，镶嵌在脂质双作为不透水层阻挡大多数水溶性分子通过，镶嵌在脂质双作为不透水层阻挡大多数水溶性分子通过，镶嵌在脂质双层中的跨膜蛋白质分子执行膜的其他功能。层中的跨膜蛋白质分子执行膜的其他功能。层中的跨
4、膜蛋白质分子执行膜的其他功能。层中的跨膜蛋白质分子执行膜的其他功能。 二、细胞膜的物质转运功能二、细胞膜的物质转运功能（一）被动转运（一）被动转运u 单纯扩散单纯扩散u 易化扩散易化扩散 物质顺电势梯度或浓度梯度（即电物质顺电势梯度或浓度梯度（即电- -化学梯度）化学梯度）进行的跨膜转运过程。进行的跨膜转运过程。1 1 1 1、单纯扩散单纯扩散单纯扩散单纯扩散 疏水性小分子及极性分子能迅速地经扩散通过疏水性小分子及极性分子能迅速地经扩散通过疏水性小分子及极性分子能迅速地经扩散通过疏水性小分子及极性分子能迅速地经扩散通过脂双层膜，是单纯的物理过程的跨膜物质转运方式脂双层膜，是单纯的物理过程的跨膜
5、物质转运方式脂双层膜，是单纯的物理过程的跨膜物质转运方式脂双层膜，是单纯的物理过程的跨膜物质转运方式其特点：其特点：其特点：其特点： 疏水性或脂溶性；疏水性或脂溶性；疏水性或脂溶性；疏水性或脂溶性； 小分子；小分子；小分子；小分子； 高到低；高到低；高到低；高到低； 不耗能；不耗能；不耗能；不耗能； 不需载体。不需载体。不需载体。不需载体。 O O O O2 2 2 2、COCOCOCO2 2 2 2、N N N N2 2 2 2、类固醇类激素、尿素、甘油、乙醇、类固醇类激素、尿素、甘油、乙醇、类固醇类激素、尿素、甘油、乙醇、类固醇类激素、尿素、甘油、乙醇、H H H H2 2 2 2O O
6、O O O O O O2 2 2 2和和和和COCOCOCO2 2 2 2单纯扩散示意图单纯扩散示意图单纯扩散示意图单纯扩散示意图特点：特点：特点：特点： 亲水性或非脂溶性；亲水性或非脂溶性；亲水性或非脂溶性；亲水性或非脂溶性； 小分子；小分子；小分子；小分子； 高到低；高到低；高到低；高到低； 不耗能；不耗能；不耗能；不耗能； 需膜蛋白。需膜蛋白。需膜蛋白。需膜蛋白。 稍大些的极性分子和小的带电离子通过细胞稍大些的极性分子和小的带电离子通过细胞稍大些的极性分子和小的带电离子通过细胞稍大些的极性分子和小的带电离子通过细胞膜需要借助膜需要借助膜需要借助膜需要借助膜蛋白膜蛋白膜蛋白膜蛋白的帮助，扩
7、散速率显著增大，的帮助，扩散速率显著增大，的帮助，扩散速率显著增大，的帮助，扩散速率显著增大，这种扩散方式称为这种扩散方式称为这种扩散方式称为这种扩散方式称为. . . .2 2 2 2、易化扩散易化扩散易化扩散易化扩散 载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散：水溶性小分子如葡萄糖、氨：水溶性小分子如葡萄糖、氨：水溶性小分子如葡萄糖、氨：水溶性小分子如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等在载体蛋白的帮助下顺电基酸、核苷酸等在载体蛋白的帮助下顺电基酸、核苷酸等在载体蛋白的帮助下顺电基酸、核苷酸等在载体蛋白的帮助下顺电- - - -化学梯化学梯化学梯化学梯度进行的被动跨膜转运
8、。度进行的被动跨膜转运。度进行的被动跨膜转运。度进行的被动跨膜转运。 特点：特点：特点：特点： 顺浓度梯度转运；顺浓度梯度转运；顺浓度梯度转运；顺浓度梯度转运； 高度的结构特异性；高度的结构特异性；高度的结构特异性；高度的结构特异性； 饱和现象；饱和现象；饱和现象；饱和现象； 竞争性抑制。竞争性抑制。竞争性抑制。竞争性抑制。 通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散：u 电压门控离子通道电压门控离子通道u 化学（配体）门控离子通道化学（配体）门控离子通道u 机械门控离子通道机械门控离子通道典型的哺乳动物细胞内外离子浓度的比较典型的哺乳动物细胞内外离子浓度的比较典
9、型的哺乳动物细胞内外离子浓度的比较典型的哺乳动物细胞内外离子浓度的比较 单位：单位：单位：单位：mmol/Lmmol/L （二）主动转运（二）主动转运 细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质分子或离子逆着电分子或离子逆着电- -化学梯度进行转运。化学梯度进行转运。特点：特点：特点：特点：小分子；小分子；小分子；小分子； 低到高；低到高；低到高；低到高； 耗能；耗能；耗能；耗能； 需载体。需载体。需载体。需载体。 根据主动转运过程中是直接消耗根据主动转运过程中是直接消耗ATPATP还是间接还是间接消耗消耗ATPATP，主动转运又可分为，主动转运又可分为原发性
10、主动转运原发性主动转运和和继继发性主动转运发性主动转运两种类型。两种类型。 1 1 1 1、原发性主动转运、原发性主动转运、原发性主动转运、原发性主动转运 由贯穿在脂质双分子层当中的由贯穿在脂质双分子层当中的离子泵离子泵蛋白蛋白介导、由介导、由ATPATP直接供能的逆电直接供能的逆电- -化学梯度进行的化学梯度进行的跨膜物质转运方式。跨膜物质转运方式。钠泵作用示意图钠泵作用示意图钠泵作用示意图钠泵作用示意图钙泵钙泵，也称，也称CaCa2+2+-ATP-ATP酶酶，广泛分布于细胞膜、肌质网膜或，广泛分布于细胞膜、肌质网膜或内质网膜。细胞膜钙泵每分解内质网膜。细胞膜钙泵每分解1 1分子分子ATPA
11、TP可将可将1 1个个CaCa2+2+由细胞由细胞内转运到细胞外。当细胞内内转运到细胞外。当细胞内CaCa2+2+浓度升高时，与钙调蛋白浓度升高时，与钙调蛋白(calmodulin, CaM)(calmodulin, CaM)生成生成CaCa2+2+-CaM-CaM复合物。该复合物能与钙复合物。该复合物能与钙泵泵C C端某一位点结合，激活钙泵，加速端某一位点结合，激活钙泵，加速CaCa2+2+外排。外排。通道转运与钠通道转运与钠-钾泵转运模式图钾泵转运模式图 2 2 2 2、继发性主动转运、继发性主动转运、继发性主动转运、继发性主动转运 某种物质逆电某种物质逆电- -化学梯度进行转运，但所消化
12、学梯度进行转运，但所消耗能量不是直接来源于耗能量不是直接来源于ATPATP分解，而是由分解，而是由原发性原发性主动转运建立的膜电主动转运建立的膜电- -化学势能化学势能提供，这种转运提供，这种转运方式就称之为方式就称之为. . 小肠黏膜上皮细胞和肾小管上皮细胞对葡小肠黏膜上皮细胞和肾小管上皮细胞对葡萄糖和氨基酸的吸收、萄糖和氨基酸的吸收、NaNa+ +-H-H+ +交换、交换、NaNa+ +-Ca-Ca2+2+交交换、换、NaNa+ +-K-K+ +-2Cl-2Cl- -同向转运都是以继发性主动转同向转运都是以继发性主动转运的方式完成的。运的方式完成的。同向协同转运同向协同转运同向协同转运同向
13、协同转运反向协同转运反向协同转运反向协同转运反向协同转运（三）出胞和入胞（三）出胞和入胞 1 1、出胞、出胞 胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞外的过程。主要见于细胞外的过程。主要见于细胞的分泌活动细胞的分泌活动以及以及神神经细胞轴突末梢的递质释放活动经细胞轴突末梢的递质释放活动。2 2、入胞、入胞 大分子物质或物质团块（如细菌、细胞碎片大分子物质或物质团块（如细菌、细胞碎片等）借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进等）借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。入细胞的过程。 第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信
14、号转导细胞的跨膜信号转导 不同形式的外界信号作用于细胞表面，通过引起膜结构不同形式的外界信号作用于细胞表面，通过引起膜结构中特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境信息以新的信号中特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境信息以新的信号形式传向膜内，引起靶细胞产生相应的生物学效应的过程。形式传向膜内，引起靶细胞产生相应的生物学效应的过程。 离子通道受体离子通道受体介导的跨膜信号转导介导的跨膜信号转导 G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导介导的跨膜信号转导 酶偶联受体酶偶联受体介导的跨膜信号转导介导的跨膜信号转导 化学门控离子通道化学门控离子通道一、离子通道受体介导的跨膜信号转导一、离子通道受
15、体介导的跨膜信号转导 二、二、 G G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导EW Sutherland(1915-1974)1971 Nobel Prize in Physiology or Medicine1957年年美国药理和美国药理和生理学家生理学家肝细胞肝细胞膜碎片膜碎片肾上腺素肾上腺素耐热小分子物质耐热小分子物质肝细胞的肝细胞的细胞质细胞质糖原糖原分解分解完整完整肝细胞肝细胞环磷酸腺苷环磷酸腺苷 cAMP cyclic adenosine monophosphate 第二信使第二信使 second messenger20世纪世纪80年代年代美国科学家美国科学家1
16、994 Nobel Prize in Physiology or MedicineEH Fischer EG Krebs1992 Nobel Prize in Physiology or Medicine20世纪世纪60年代年代美国生化学家美国生化学家 （一）（一）G G蛋白偶联受体信号通路的组成蛋白偶联受体信号通路的组成u G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体u 鸟苷酸结合蛋白（鸟苷酸结合蛋白（G G蛋白）蛋白）u G G蛋白效应器蛋白效应器u 第二信使第二信使u 蛋白激酶、离子通道蛋白激酶、离子通道4、 第二信使第二信使5、靶蛋白、靶蛋白 细胞外信号分子作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子，细胞外
17、信号分子作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子， 如如cAMPcAMP、cGMPcGMP、IPIP3 3、DGDG、NONO、CaCa2+2+，作用是将细胞外信号分子作用于作用是将细胞外信号分子作用于细胞膜的信息传递给细胞内的靶蛋白。细胞膜的信息传递给细胞内的靶蛋白。 l 离子通道离子通道l 蛋白激酶蛋白激酶 丝氨酸丝氨酸/ /苏氨酸蛋白激酶苏氨酸蛋白激酶 酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶受体受体-G-G蛋白蛋白-AC-AC信号通路、信号通路、 受体受体-G蛋白蛋白-PLC信号通路信号通路 、受体受体-G蛋白蛋白-离子通道信号通路离子通道信号通路 1 1、受体受体-G-G蛋白蛋白-AC-AC信号通路信
18、号通路 （二）（二）G G蛋白偶联受体介导的信号通路蛋白偶联受体介导的信号通路2 2、受体、受体-G-G蛋白蛋白-PLC-PLC信号通路信号通路 许多配体与许多配体与G G蛋白偶联受体结合后可激活另一种蛋白偶联受体结合后可激活另一种G G蛋白蛋白GqGq，GqGq可可激活细胞膜上的激活细胞膜上的磷脂酶磷脂酶C(PLC)C(PLC)，PLCPLC再将膜脂质中的二磷酸磷脂酰再将膜脂质中的二磷酸磷脂酰肌醇肌醇(PIP2)(PIP2)迅速水解为迅速水解为三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP3)(IP3)和和二酰甘油二酰甘油(DG)(DG)。 三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导u 受
19、体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶 receptor tyrosine kinasereceptor tyrosine kinase，RTKRTKu 结合酪氨酸激酶的受体结合酪氨酸激酶的受体 receptor-associated tyrosine kinasereceptor-associated tyrosine kinaseu 受体鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶 receptor guanylyl cyclasereceptor guanylyl cyclaseu 受体丝氨酸受体丝氨酸/ /苏氨酸激酶苏氨酸激酶 receptor serine/threonine kinase, RSTKrecep
20、tor serine/threonine kinase, RSTKu 受体酪氨酸磷酸酶受体酪氨酸磷酸酶 receptor tyrosine phosphatase, RTPasereceptor tyrosine phosphatase, RTPase 细胞膜中有一类受体本身细胞膜中有一类受体本身具有激酶、磷酸酶或环化酶的活性或具有激酶、磷酸酶或环化酶的活性或具有募集胞质酶蛋白的能力具有募集胞质酶蛋白的能力，不需要，不需要G G蛋白和第二信使的参与，受体蛋白和第二信使的参与，受体单独可以完成跨膜信号传递，引起以级联磷酸化反应为主的信号转单独可以完成跨膜信号传递，引起以级联磷酸化反应为主的信号转
21、导，最终调节基因表达和细胞反应。这一类受体称为导，最终调节基因表达和细胞反应。这一类受体称为酶偶联受体酶偶联受体。 u 受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶 主要介导与生长发育有关的细胞因子和一部分肽类激素的生主要介导与生长发育有关的细胞因子和一部分肽类激素的生理作用理作用 u 结合酪氨酸激酶的受体结合酪氨酸激酶的受体u 受体鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶u 受体丝氨酸受体丝氨酸/苏氨酸激酶苏氨酸激酶(RSTK)u 受体酪氨酸磷酸酶受体酪氨酸磷酸酶思思 考考 题题n细胞膜物质转运的几种方式的概念、特征及其细胞膜物质转运的几种方式的概念、特征及其机制。机制。n细胞膜跨膜信息转导的几种主要形式。细胞膜跨膜信息转导的几种主要形式。
