第二章一、細胞膜

1、1、 細胞膜的結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成 結(jié)構(gòu) 1. 電鏡下結(jié)構(gòu)(Electron Micrograph) 2. 分子結(jié)構(gòu): 液態(tài)鑲嵌模型(Fluid Mosaic Model) 化學(xué)組成 1. 脂質(zhì)雙分子 2. 蛋白質(zhì) 3. 糖類作用 細胞膜的基本結(jié)構(gòu)：分三層外層 致密帶 2.5nm中間層 透明帶 2.5nm內(nèi)層 致密帶 2.5nm 總厚度7.5nm，這種結(jié)構(gòu)亦見于細胞內(nèi)的各種細胞器的膜中。 1脂質(zhì)雙分子1）組成 磷脂酰膽堿 磷脂酰絲氨酸 磷脂（占70） 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰肌醇 脂質(zhì) 膽固醇（含量30） 糖脂（含量10）2）特性 分極性（雙嗜性）：親水性極性基團（磷酸堿基） 疏水性非極性基團（脂肪酸烴

2、鏈） 橫向運動：脂質(zhì)分子在同一層可以橫向運動 流動性：膽固醇與流動性呈現(xiàn)反變關(guān)系 穩(wěn)定性 膜外層: 磷脂酰膽堿3）磷脂的分布 磷脂酰絲氨酸 膜內(nèi)層 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰肌醇4）功能：屏障作用。 2蛋白質(zhì)1）結(jié)構(gòu)：-螺旋或球形2）與膜脂質(zhì)結(jié)合的形式 1.表面蛋白(20%-30%，主要在膜的內(nèi)表面）2整合蛋白質(zhì)(70%-80%，-螺旋疏水性殘基3）功能和作用:膜 蛋 白 功 能 分 類 作 用 轉(zhuǎn)運蛋白（膜通道、載體和離子泵，都屬于整合蛋白）物質(zhì)轉(zhuǎn)運 受體蛋白，能特異性結(jié)合激素活遞質(zhì)辨認(rèn)和接受化學(xué)物質(zhì)具有催化作用的酶蛋白（腺苷酸環(huán)化酶、鳥苷酸環(huán)化酶、磷脂酶等）效應(yīng)器酶抗原免疫標(biāo)志物 3糖類 1）組

3、成：寡糖和多糖2）結(jié)合形式：糖蛋白，糖脂3）分布：細胞膜外側(cè)4）功能：a.作為抗原決定簇，起免疫標(biāo)記作用b.作為膜受體的識別部分細胞膜的基本功能：1.屏障作用2.物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能3.信號傳導(dǎo)功能細胞物質(zhì)轉(zhuǎn)運是細胞新陳代謝的前提條件2、 細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運 單純擴散 膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運 胞吞與胞吐 物質(zhì)轉(zhuǎn)運方式（重點 單純擴散：CO2、O2 等 被 動 轉(zhuǎn) 運 （高低） 易化擴散：通道、載體 Na/KATP酶(鈉鉀泵) 原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 Ca2ATP酶(鈣泵) H/ KATP酶(質(zhì)子泵) Na -葡萄糖 同向轉(zhuǎn)運 Na -氨基酸 主 動 轉(zhuǎn) 運 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 碘泵 （低高） Na-K交換 逆向轉(zhuǎn)運

4、Na-交換 Na-a2交換 胞吞和胞吐1. 概念：物質(zhì)分子（或離子）遵循單純的物理擴散定律，從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)移動的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象無需生物學(xué)轉(zhuǎn)運機制。2. 衡量指標(biāo)： 擴散通量（flux)：單位時間內(nèi)物質(zhì)分子的凈移動量。3. 擴散通量的大小取決于： 該物質(zhì)的濃度梯度，膜對該物質(zhì)的通透性，及脂溶性和分子大小。 通透性( permeability )：物質(zhì)通過細胞膜的難易程度。通透性( permeability )：物質(zhì)通過細胞膜的難易程度。4. 依靠單純擴散的物質(zhì)： 脂溶性、分子量小的水溶性物質(zhì) O2、CO2、N2、甘油、乙醇、尿素、水等 （一）單純擴散 simple diffusion5.

5、 特點：1）順濃度梯度（不耗能）2）無結(jié)構(gòu)特異性3）無飽和現(xiàn)象（二）膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運根據(jù)轉(zhuǎn)運方式的不同 載體（轉(zhuǎn)運體） 膜蛋白分為 通道 離子泵 （具有ATP酶活性的載體）二）膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運 被動轉(zhuǎn)運：易化擴散 （載體、通道）膜蛋白介導(dǎo)的 （不耗能、順梯度）跨膜轉(zhuǎn)運方式 主動轉(zhuǎn)運：原發(fā)性、繼發(fā)性（離子泵） （耗能、逆梯度）易化擴散 ( Facilitated Diffusion )1定義：水溶性小分子或離子借助載體或通道介導(dǎo)順濃度梯度或電位梯度進行的被動跨膜轉(zhuǎn)運。2特點: 1）順濃度梯度(不耗能)； 2）膜蛋白質(zhì)為中介物； 3）具有選擇性； 4）擴散通量的主要調(diào)控因素在膜外3類型：1

6、）載體（carrier） 2）通道（channel）4比較易化擴散與單純擴散 1.載體介導(dǎo)的易化擴散1）載體(carrier)：是指鑲嵌于膜結(jié)構(gòu)中的某些蛋白質(zhì)，它們具有一個或者數(shù)個結(jié)合位點或者功能性氨基酸殘基系列，能選擇性地在膜的高濃度側(cè)與某種被轉(zhuǎn)運的底物相結(jié)合，進而引起變構(gòu)，使被結(jié)合的底物移向膜的低濃度一側(cè)，然后和底物分離，完成運轉(zhuǎn)，載體也隨之恢復(fù)原有的構(gòu)型，以進行新一輪的轉(zhuǎn)運。 特征: 結(jié)構(gòu)特異性: D-glucose(可) L-glucose (不可) 飽和性: 濃度與擴散通量呈現(xiàn)飽和曲線特征。 竟?fàn)幮砸种? 半乳糖、葡萄糖和樹膠醛糖都可和單糖競爭相同的載體。 依靠載體轉(zhuǎn)運的物質(zhì)：葡萄糖

7、、氨基酸。2. 通道介導(dǎo)的易化擴散通道（channel）：鑲嵌在細胞膜上使Na、K、Ca2、Cl等離子由細胞膜的高濃度向低濃度快速移動的蛋白質(zhì)。 種類:種類Na通道K通道 a2通道阻斷劑河豚毒TTX四乙基銨4-氨基吡啶 異搏定維拉帕米 verapamil) 特點 : a.對轉(zhuǎn)運離子有選擇性,但無載體蛋白那么嚴(yán)格 b.門控性（具有關(guān)閉、激活/開放、失活狀態(tài)） 通道的調(diào)控 化學(xué)門控通道 電壓門控通道機械門控通道 調(diào)控方式受膜外或膜內(nèi)化學(xué)物質(zhì)調(diào)控受膜電位調(diào)控受機械刺激調(diào)控 分布 胞-樹突觸后膜視網(wǎng)膜感光細胞終板膜(N型Ach通道)神經(jīng)細胞肌肉細胞腺細胞(Na通道)內(nèi)耳毛細胞觸覺的神經(jīng)末梢血管壁內(nèi)皮細

8、胞骨骼肌細胞 開放結(jié)果局部電位動作電位感受器電位易化擴散與單純擴散的比較比較項 單純擴散易化擴散轉(zhuǎn)運率 慢 快飽和現(xiàn)象 無飽和現(xiàn)象有飽和現(xiàn)象特異性 無特異性有特異性以膜蛋白為中介 不需要 需要順濃度梯度/順電位梯度是 是耗能情況 不耗能 不耗能主動轉(zhuǎn)運（Active Transport） Na/KATP酶(鈉鉀泵) 原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 Ca2ATP酶(鈣泵) HATP酶(質(zhì)子泵) H/ KATP酶(質(zhì)子泵) Na -葡萄糖 同向轉(zhuǎn)運 Na -氨基酸 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 碘泵 Na-K交換 逆向轉(zhuǎn)運 Na-交換 Na-a2交換 原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 primary active transport概念: 指細

9、胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量（分解ATP產(chǎn)生的能量）將物質(zhì)逆濃度梯度或電勢梯度進行跨膜轉(zhuǎn)運的過程。介導(dǎo)這一過程的膜蛋白稱為離子泵，如鈉-鉀泵、鈣泵、質(zhì)子泵。主動轉(zhuǎn)運特點： 需要消耗能量，能量由分解ATP提供； 依靠特殊膜蛋白質(zhì)（離子泵）的“幫助”； 是逆電-化學(xué)梯度進行的。 鈉鉀泵（SodiumPotassium Pump 1）定義：具有ATP酶活性的主動轉(zhuǎn)運Na、K的細胞膜蛋白質(zhì)2）化學(xué)本質(zhì)：Na-K 依賴性ATP酶3）分子結(jié)構(gòu)：()2結(jié)構(gòu)4）轉(zhuǎn)運機制： 消耗1個ATP分子,泵出3個Na,泵入2個K 5）運轉(zhuǎn)結(jié)果：造成超極化，維持細胞外高Na+、細胞內(nèi)高K+的特殊分布6）特征：方向性（定向性）7

10、）調(diào)控（影響因素） 鈉泵的啟動因素 當(dāng)細胞內(nèi)Na+/細胞外K+時被激活8）生理作用和意義8）鈉鉀泵的生理作用和意義 保證細胞內(nèi)外Na、K不均勻分布。有利于理解細胞生物電的形成原理。 提供細胞外高鈉，建立Na勢能儲備，為繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運作準(zhǔn)備。 阻止Na進入細胞內(nèi)，維持胞內(nèi)滲透壓，穩(wěn)定細胞容積，防止細胞水腫。 防止高血鉀。 細胞內(nèi)高鉀，為胞內(nèi)生化反應(yīng)提供必要條件，是產(chǎn)生靜息電位的前提條件和影響因素。 成為Na-Ca2交換的動力，穩(wěn)定胞內(nèi)Ca2濃度 成為Na-H交換的動力，穩(wěn)定胞內(nèi)pH。 鈣泵（Ca2+-ATPase） 存在于質(zhì)膜和一些細胞器膜（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、線粒體、骨骼肌和心肌細胞的肌漿網(wǎng)膜），通過

11、分解ATP獲得能量，逆著濃度差將胞質(zhì)中的Ca2+轉(zhuǎn)運出去。Ca2+運轉(zhuǎn)方向：胞質(zhì)胞外，胞質(zhì)細胞器（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體、肌漿網(wǎng)）。在一定的信號作用下Ca2+從胞外涌入或從鈣庫釋放到細胞質(zhì)，調(diào)節(jié)細胞運動、肌肉收縮、生長、分化等諸多生理功能。質(zhì)子泵H+-ATPase 存在于質(zhì)膜和一些細胞器膜上（如線粒體內(nèi)膜和溶酶體） 。H+運轉(zhuǎn)方向：胞質(zhì)胞外，胞質(zhì)細胞器。H+/K+-ATPase 分布在胃和腎的一些分酸細胞的質(zhì)膜中。水解1分子ATP,可將1個H+泵出細胞并泵回一個K+粘膜的壁細胞上，與酸液的分泌有關(guān)。共同的功能：保持細胞質(zhì)基質(zhì)內(nèi)中性PH和細胞器內(nèi)的酸性PH。 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 secondary acti

12、ve transport概念：一些物質(zhì)在進行逆濃度梯度或電勢梯度的跨膜轉(zhuǎn)運時，所需的能量并不直接來源于ATP的分解，而是使用某種離子濃度梯度作為能量的來源，此種離子從高濃度梯度（高能狀態(tài)）到低濃度梯度（低能狀態(tài)）的移動為被轉(zhuǎn)運物質(zhì)逆濃度梯度的主動轉(zhuǎn)運提供了能量，此種離子濃度梯度的建立多是通過鈉泵分解ATP獲得的能量建立的，這種間接利用ATP能量的轉(zhuǎn)運方式稱為繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。前提：Na勢能儲備部位：小腸上皮細胞、腎小管上皮細胞舉例： Na-葡萄糖轉(zhuǎn)運、 Na-氨基酸轉(zhuǎn)運、Na+-H+ 交換、 Na+-Ca2+交換等被動轉(zhuǎn)運 主動轉(zhuǎn)運 比較單純擴散 易化擴散 泵 異同點轉(zhuǎn)運物質(zhì) 脂溶性、小分 水溶

13、性、小分子、離子 水溶性、小分子、離子動力 濃度差 濃度差、電壓差 ATP 順梯度 順梯度 逆梯度特點 擴散速度取決于 膜蛋白介導(dǎo) 膜蛋白介導(dǎo) 濃度差 通道 載體 原發(fā)性、繼發(fā)性 膜通透性 濃度差 飽和 膜通透性 特異性電壓差 競爭抑制 不耗能 不耗能 耗能 （三）胞吞和胞吐某些大分子物質(zhì)或團塊進出細胞并不需要穿過細胞膜，而是通過細胞膜的變形和破裂實現(xiàn)這些物質(zhì)的運輸，即以以“胞吞”或“胞吐”的方式進出細胞。任何形式胞吞或胞吐都需消耗能量，故也屬于主動轉(zhuǎn)運。 1.胞吞（endocytosis），又稱入胞定義： 指某些物質(zhì)團塊或分子（如血漿蛋白、抗原、細菌、病毒等）與細胞膜接觸，接觸部位的質(zhì)膜內(nèi)陷

14、，向內(nèi)卷曲將該物質(zhì)包被，然后出現(xiàn)膜結(jié)構(gòu)的融合和斷裂，使物質(zhì)團塊或分子連同包被它的質(zhì)膜一起進入胞質(zhì)中形成胞飲泡的過程。形式： 固體物質(zhì)入胞稱為吞噬；液體物質(zhì)入胞稱為吞飲 2.胞吐（exocytosis），又稱出胞定義：細胞內(nèi)的某些大分子物質(zhì)（如激素、酶原、神經(jīng)遞質(zhì)）以分泌囊泡的形式排出細胞的過程。舉例：內(nèi)分泌腺細胞分泌激素， 神經(jīng)細胞軸突末梢釋放神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)控因素： 膜電位； 化學(xué)信號：Ca2+內(nèi)流、激素 第三節(jié) 細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的過程： 配體 受體 生物效應(yīng)（細胞外信號物質(zhì)）（細胞接受信息裝置）（靶細胞） 跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)主要涉及到：胞外信號的識別與結(jié)合、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、胞內(nèi)效應(yīng)等三個環(huán)節(jié)。

15、 跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式大體有以下三類： 離子通道介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)G 蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激酶相關(guān)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)配體：能與受體發(fā)生特異性結(jié)合的活性物質(zhì)配體的作用方式： 疏水性的類固醇激素：與胞內(nèi)受體結(jié)合親水性分子信號物質(zhì)：與質(zhì)膜受體結(jié)合物理信號 跨膜和細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)生物學(xué)效應(yīng) （一）離子通道型受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)1、離子通道型受體 (ion channel receptor) 指同時具有受體和離子通道功能的蛋白質(zhì)分子，屬于化學(xué)門控通道 由于接受的化學(xué)信號絕大多數(shù)是神經(jīng)遞質(zhì)，也稱遞質(zhì)門控通道（transmitter gated ion channel） 由于激活后可引起離子的跨膜流動，也稱促離子

16、型受體（ionotropic receptor）2.電壓門控通道： 主要分布: 神經(jīng)軸突、骨骼肌、心肌細胞的一般質(zhì)膜中, 控制這類通道開、關(guān)的因素是通道所在膜兩側(cè)的跨膜電位的變化3.機械門控通道： 細胞表面膜存在能感受機械性刺激并引起細胞功能改變的通道樣結(jié)構(gòu) 離子通道介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)化學(xué)性胞外信號(如遞質(zhì)Ach) 遞質(zhì)與膜受體結(jié)合 膜受體耦聯(lián)的離子通道開放 離子（Na+）內(nèi)流 產(chǎn)生局部電位 總和后細胞興奮或抑制 （二） G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)G蛋白耦聯(lián)受體（G protein-linked recepter) 是通過與脂質(zhì)雙層中以及膜內(nèi)存在的包括G蛋白等一系列信號蛋白分子之間的級聯(lián)式相互作

17、用完成信號跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo) 涉及的信號蛋白包括：G蛋白耦聯(lián)受體、G蛋白、G蛋白效應(yīng)器、第二信使、蛋白激酶等1、主要的信號蛋白A、G蛋白偶聯(lián)受體 分布于所有真核細胞，是能與化學(xué)信號分子進行特異結(jié)合的獨立的蛋白質(zhì)分子，包括和 腎上腺素能受體, Ach受體, 多數(shù)肽類激素, 5-羥色氨受體, 嗅覺受體, 視紫紅質(zhì)受體等。 B、G蛋白（鳥苷酸結(jié)合蛋白）、三個亞單位構(gòu)成的三聚體膜蛋白具有結(jié)合GTP或GDP的能力和GTP酶活性在膜受體與效應(yīng)器酶之間起耦聯(lián)調(diào)節(jié)作用 概念：是指激素、遞質(zhì)和細胞因子的信號分子（第一信使）作用于細胞膜后產(chǎn)生的 細胞內(nèi)信號分子。 主要的第二信使：環(huán)-磷酸腺苷（cAMP）、三磷酸肌醇（IP3

18、）、二酰甘油（DG）、環(huán)-磷酸鳥苷（cGMP）和Ca2+等 第二信使，環(huán)一磷酸腺苷 cAMP2、主要的G蛋白耦聯(lián)受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑1)受體G蛋白AC途徑（cAMP信號通路）2)受體G蛋白PLC途徑（磷脂酰肌醇信號通路） (1) cAMP信號通路神經(jīng)遞質(zhì)、激素等（第一信使） 與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合 激活G蛋白 興奮性G蛋白(GS) 激活腺苷酸環(huán)化酶(AC) ATP cAMP 激活蛋白激酶A 細胞內(nèi)生物效應(yīng) (2) 磷脂酰肌醇信號通路 激素（第一信使） 與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合 激活G蛋白 興奮性G蛋白(GS) 激活磷脂酶C(PLC) PIP2(第二信使IP3 和 DG 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+激 活蛋白激酶C細胞內(nèi)生物效應(yīng) （三）激酶相關(guān)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)1、酪氨酸激酶受體和酪氨酸激酶結(jié)合型受體（1）酪氨酸激酶受體（tyrosi