第二章第二章细胞的基本功能细胞的基本功能主讲：郑惠珍主讲：郑惠珍广东医学院生理学教研室广东医学院生理学教研室 第二章第二章细胞的基本功能细胞的基本功能Chapter 2 Cellular Basic Function 第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能 液态镶嵌模型液态镶嵌模型(fluid mosaic model) 膜是以液态的脂质双分子层为基架，膜是以液态的脂质双分子层为基架，其间镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋其间镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋白质 一、细胞膜的结构概述一、细胞膜的结构概述脂脂 质（质（lipid）） 52％％蛋白质（蛋白质（protein））40％％糖糖 类类 8％％化学组成 ㈠㈠ 脂质双分子层脂质双分子层是膜的基本结构是膜的基本结构双嗜性脂质分子两两相对排列成双分子层双嗜性脂质分子两两相对排列成双分子层 亲水性极性基团亲水性极性基团 （磷酸和碱基）（磷酸和碱基）疏水性非极性基疏水性非极性基团（长烃链）团（长烃链）构成：磷脂构成：磷脂70% 胆固醇胆固醇＜＜30% 糖脂＜糖脂＜10% 特点：特点：① ① 液态，有流动性，能同层侧向运动。
液态，有流动性，能同层侧向运动② ② 稳定性，细胞可以承受相当大的张力和稳定性，细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不破裂；而且即使膜结构有时发外形改变而不破裂；而且即使膜结构有时发生一些较小的断裂，也可以自动融合而修复，生一些较小的断裂，也可以自动融合而修复，仍保持膜的完整性仍保持膜的完整性功能：功能： ① ① 屏障作用屏障作用 ② ② 传递信传递信息息 1.根据存在形式分：根据存在形式分： 表面蛋白表面蛋白 20～～30% 整合蛋白整合蛋白 70～～80%2.功能：功能： ⑴⑴转运物质转运物质 载体、通道、离子泵载体、通道、离子泵 ⑵⑵传递信息传递信息 受体、酶受体、酶㈡㈡ 细胞膜的蛋白细胞膜的蛋白 ㈢㈢ 细胞膜的糖类细胞膜的糖类形式：形式：糖蛋白糖蛋白 糖脂糖脂存在于细胞膜外侧存在于细胞膜外侧功能功能：受体：受体 抗抗原原 二、物质的跨膜转运物质的跨膜转运Transport of Substances Through the Cell Membrane㈠㈠ 单纯扩散单纯扩散（（simple diffusion））㈡㈡ 膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白介导的跨膜转运 被动转运被动转运（（passive transport）） 主动转运主动转运（（active transport））㈢㈢ 出胞和入胞出胞和入胞（（exocytosis and endocytosis）） ㈠㈠ 单纯扩散单纯扩散（（simple diffusion））指脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。
指脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程转运物质：气体、水、氨、乙醇、尿素、甘油等转运物质：气体、水、氨、乙醇、尿素、甘油等 扩散方向：高扩散方向：高→低低扩散速度取决于：扩散速度取决于：①①膜两侧分子的膜两侧分子的浓度差浓度差②②膜对物质的膜对物质的通透性通透性 脂溶性脂溶性 分子大小分子大小扩散通量扩散通量(flux):物质物质每秒钟通过每平方厘米每秒钟通过每平方厘米面积的面积的(毫毫)克分子数克分子数2) ㈡㈡ 膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白介导的跨膜转运被动转运被动转运（（passive transport）：）：被转被转运物在膜蛋白帮助下顺电运物在膜蛋白帮助下顺电-化学梯度跨膜化学梯度跨膜转运，不需消耗能量转运，不需消耗能量主主动动转转运运（（active transport））：：被被转转运运物物在在膜膜蛋蛋白白帮帮助助下下逆逆电电-化化学学梯梯度度跨跨膜膜转转运运，，需要消耗能量分为原发性和继发性需要消耗能量分为原发性和继发性 1.通道介导的跨膜转运通道介导的跨膜转运离子通道离子通道(ion channel)：一类贯穿脂质双：一类贯穿脂质双层，中央带有亲水性孔道的膜蛋白。
层，中央带有亲水性孔道的膜蛋白指溶液中的指溶液中的Na+、、K+、、Cl-、、Ca2+等带电离子，等带电离子，借助通道蛋白的帮助，顺电借助通道蛋白的帮助，顺电-化学梯度跨膜化学梯度跨膜转运也称转运也称经通道易化扩散经通道易化扩散(facilitated diffusion via ion channel) 钠通道（钠通道（sodium channel））钙通道（钙通道（calcium channel））钾通道钾通道 (potassium channel)氯通道（氯通道（chloride channel））非选择性阳离子通道非选择性阳离子通道 通道的二个基本特征：通道的二个基本特征：1.离子选择性离子选择性 ♣电压门控通道电压门控通道(voltage-gated ion channel) 通道开放或关闭受膜电位调控通道开放或关闭受膜电位调控2.门控特性门控特性 ♣化学门控通道化学门控通道(chemically-gated ion channel)或或配体门控通道配体门控通道(ligand-gated ion channel) 通道的启闭受膜外或膜内化学物质调控通道的启闭受膜外或膜内化学物质调控。
♣机械门控通道机械门控通道(mechanically-gated ion channel) 通道的启闭受机械刺激调控通道的启闭受机械刺激调控 2.载体介导的跨膜转运载体介导的跨膜转运♣载体载体(carrier)也称转运体也称转运体(transporter)♣转运转运过程：过程：结合结合→构象变化构象变化→解离♣Vmax：：最大扩散速率，反映某种载体蛋白最大扩散速率，反映某种载体蛋白构象转换的最大速率构象转换的最大速率♣Km：：达到最大扩散速率一半时所需的底物达到最大扩散速率一半时所需的底物浓度，反映载体与被转运物分子的亲和力和浓度，反映载体与被转运物分子的亲和力和转运效率转运效率♣Km值越值越小小，表示亲和力和转运效率越，表示亲和力和转运效率越高高 经载体易经载体易化扩散模化扩散模式图式图经载体易化经载体易化扩散的饱和扩散的饱和现象现象最大扩散速度最大扩散速度米氏常数，指达米氏常数，指达1/21/2最大扩散速率最大扩散速率所需的底物浓度所需的底物浓度 特点：特点：① ① 较高的结构特异性较高的结构特异性② ② 转运速度较通道慢转运速度较通道慢③ ③ 饱和现象饱和现象④ ④ 竞争性抑制竞争性抑制 ⑴ ⑴ 经载体易化扩散经载体易化扩散（（facilitated diffusion via carrier））Ø指不溶于或难溶于脂质的物质在膜蛋白帮指不溶于或难溶于脂质的物质在膜蛋白帮助下顺浓度差通过细胞膜的过程助下顺浓度差通过细胞膜的过程。
Ø如转运如转运Glu、、AA等等Ø单（物质）转运，单（物质）转运体；单（物质）转运，单（物质）转运体；Ø同向转运，同向转运体；同向转运，同向转运体；Ø反向转运，反向转运体反向转运，反向转运体 转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质 易化扩散的特点易化扩散的特点: : ① ① 顺电顺电- -化学梯度扩散化学梯度扩散 ② ② 不直接耗能不直接耗能 影响易化扩散的因素影响易化扩散的因素: : ① ① 膜两侧物质浓度差和电位差膜两侧物质浓度差和电位差 ② ② 膜上载体的数量膜上载体的数量 离离子子泵泵（（ion pump））利利用用分分解解ATP产产生生的的能能量量将将离离子子逆逆电电-化化学学梯梯度度进进行行跨跨膜膜转转运运的的过过程⑵⑵原发性主动转运原发性主动转运 (primary active transport) ♣钠钠-钾泵钾泵(sodium-potassium pump)，简称钠，简称钠泵泵(sodium pump)，也称，也称Na+-K+依赖式依赖式ATP酶酶(Na+-K+-ATPase) ♣当细胞内当细胞内Na+浓度升高或细胞外浓度升高或细胞外K+浓度升高浓度升高时，都可时，都可激活激活钠泵，钠泵，♣钠泵活动时，每分解钠泵活动时，每分解1分子分子ATP，移出，移出3个个Na+、移入、移入2个个K+，造成胞内高，造成胞内高K+、胞外高、胞外高Na+。
钠泵的主要功能钠泵的主要功能①①细胞内高钾是许多代谢反应的必要条件细胞内高钾是许多代谢反应的必要条件②②维持细胞内渗透压和细胞容积维持细胞内渗透压和细胞容积③③建建立立NaNa+ +的的跨跨膜膜浓浓度度梯梯度度，，为为继继发发性性主主动动转运的物质提供势能储备转运的物质提供势能储备④④形形成成跨跨膜膜离离子子浓浓度度梯梯度度，，是是细细胞胞发发生生电电活活动的前提条件动的前提条件⑤⑤直接影响膜电位，使膜内电位负值增大直接影响膜电位，使膜内电位负值增大 临床应用临床应用哇巴因哇巴因——钠泵特异抑制剂钠泵特异抑制剂强心强心 ♣钙钙泵泵(calcium pump)，，也也称称Ca2+—ATP酶酶♣质质膜膜钙钙泵泵每每分分解解1分分子子ATP，，移移出出1个个Ca2+♣肌肌质质网网或或内内质质网网钙钙泵泵每每分分解解1分分子子ATP，，将将2个个Ca2+从从胞胞质质转转运运至至肌肌质质网网或或内内质质网网，，维持胞质钙低浓度维持胞质钙低浓度 ⑶⑶ 继发性主动转运继发性主动转运(secondary active transport)♣原发性主动转运建立起膜两侧离子的浓度原发性主动转运建立起膜两侧离子的浓度梯度，实现其他物质逆电梯度，实现其他物质逆电- -化学梯度跨膜化学梯度跨膜转运的方式。
是经载体易化扩散与原发性转运的方式是经载体易化扩散与原发性主动转运相耦联的主动转运系统主动转运相耦联的主动转运系统 ♣同向转运同向转运（（symport））: 被转运的离子或分子都向同一方向移动被转运的离子或分子都向同一方向移动♣反向转运反向转运(antiport)或或交换交换(exchange): 被转运的离子或分子彼此向相反的方向移动被转运的离子或分子彼此向相反的方向移动 ♣转运体（转运体（transporter）） ♣同向转运体（同向转运体（symporter））♣反向转运体（反向转运体（antiporter）） 交换体（交换体（exchanger）） 主动转运与被动转运的区别主动转运与被动转运的区别主主动转运运被被动转运运需由需由细胞提供能量胞提供能量不需外部能量不需外部能量逆逆电- -化学化学势差差顺电- -化学化学势差差使膜两使膜两侧被被转运物运物浓度差加大度差加大 使膜两使膜两侧被被转运物运物浓度差减小度差减小 ㈢㈢ 出胞和入胞出胞和入胞(exocytosis and endocytosis））大分子物质或物质团块进出细胞的过程大分子物质或物质团块进出细胞的过程。
受体介导式入胞受体介导式入胞吞噬吞噬 吞饮吞饮液相入胞液相入胞入胞入胞出胞出胞出胞形式出胞形式递质释放递质释放不间断不间断 受调节受调节分泌分泌内（激素）内（激素）外（酶原颗粒、黏液）外（酶原颗粒、黏液） 图图2-4 受体介导的入胞示意图受体介导的入胞示意图 第二节第二节 细胞的信号转导细胞的信号转导Section 2. Signal Transduction of Cell 跨膜信号转导：跨膜信号转导：外界信号外界信号→细胞膜细胞膜→新的信号形式新的信号形式→细胞内跨膜跨膜信号转导途径大致可分三类：信号转导途径大致可分三类：1. 离子通道型受体介导的信号转导离子通道型受体介导的信号转导2. G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导3. 酶联型受体介导的信号转导酶联型受体介导的信号转导 外界信号外界信号→→离子通道型受体离子通道型受体→→离子通道的离子通道的通透性改变通透性改变→→膜两侧离子移动膜两侧离子移动→→膜电位改膜电位改变变→→该细胞的功能改变该细胞的功能改变 一、离子通道型受体介导的信号转导一、离子通道型受体介导的信号转导化学门控通道化学门控通道电电压门控通道压门控通道机械门控通道机械门控通道 二、二、G G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导 蛋白耦联受体蛋白耦联受体 (G protein-linked receptor)蛋白蛋白(G protein)蛋白效应器蛋白效应器(G protein effector) 4.第二信使第二信使(second messenger)㈠㈠ 主要的信号蛋白主要的信号蛋白 鸟苷酸结合蛋白（鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide binding protein）简称）简称G蛋白蛋白G蛋白耦联受体蛋白耦联受体 (G protein-linked receptor) G G蛋白的周期性活动蛋白的周期性活动 蛋白效应器：蛋白效应器：①①酶酶②②腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase, AC)③③磷脂酶磷脂酶C(phospholipase C, PLC)④④磷酸酶磷酸酶A2(phospholipase A2, PLA2)⑤⑤磷酸二酯酶（磷酸二酯酶（phosphodiesterase, PDE）） 催化生成第二信使物质，实现细胞外的催化生成第二信使物质，实现细胞外的信号向细胞内的传导。
信号向细胞内的传导②②离子通道离子通道 4.第二信使第二信使 (second messenger)Ø指激素、递质、细胞因子等信号分子（第指激素、递质、细胞因子等信号分子（第一信使）作用于细胞膜后产生的细胞内信一信使）作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子 Ø调节各种蛋白激酶和离子通道调节各种蛋白激酶和离子通道→级联反应级联反应→细胞功能改变细胞功能改变Ø比较重要的有比较重要的有：：cAMP、、cGMP、、IP3 、、DG 、、Ca2+等 1.受体受体—G蛋白蛋白—AC（腺苷酸环化酶）途径（腺苷酸环化酶）途径 ㈡㈡ 主要的主要的G蛋白耦联受体信号转导途径蛋白耦联受体信号转导途径GscAMP↑配体配体+PKA配体配体cAMP↓Gi-PKA 2.受体受体—G蛋白蛋白—PLC（磷脂酶（磷脂酶C）途径）途径 ＋＋配体配体PLCGi或或GqPIP2DGIP3Ca2+↑PKC激活激活信号蛋白信号蛋白功能蛋白功能蛋白ACAC ㈠㈠ 酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合型受体酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合型受体Ø生长因子生长因子→酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体→胞质侧酪氨酸胞质侧酪氨酸激酶活化激酶活化→各种信号蛋白沿不同路径传导。
各种信号蛋白沿不同路径传导Ø细胞因子、肽类激素细胞因子、肽类激素→酪氨酸激酶结合型受酪氨酸激酶结合型受体体→结合并激活某种胞质内酪氨酸激酶结合并激活某种胞质内酪氨酸激酶→磷酸磷酸化下游信号蛋白化下游信号蛋白→信号转导或生物学效应信号转导或生物学效应三、酶联型受体介导的信号转导三、酶联型受体介导的信号转导 ㈡㈡ 鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体 肽类激素肽类激素→鸟苷酸环化酶（鸟苷酸环化酶（GC））→激活激活GC→胞质内的胞质内的GTP生成生成cGMP→激活激活PKG→底物蛋白磷酸化底物蛋白磷酸化→细胞内效应细胞内效应 心房钠尿肽心房钠尿肽 一氧化氮一氧化氮 订资料以班为单位收钱，然后订资料以班为单位收钱，然后把钱交到教材科李小微把钱交到教材科李小微23886242388624，，23885322388532。