醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸培訓(xùn)課件

1、醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性細(xì)胞膜的成分：脂類、蛋白質(zhì)、糖類脂類與蛋白質(zhì)所占比例： 1:44:1；功能復(fù)雜的膜，蛋白質(zhì)比例高細(xì)胞膜的化學(xué)組成膜脂構(gòu)成細(xì)胞膜的基本骨架細(xì)胞膜的脂類膜脂，細(xì)胞膜的脂類膜脂，約占50%，主要分為三個(gè)類型：磷脂(phospholipid)、膽固醇(cholesterol)、糖脂(glycolipid)1.磷脂構(gòu)成膜脂的基本成分磷脂占整個(gè)膜脂50%以上，分為兩類：甘油磷脂 和 鞘磷脂甘油磷脂：磷脂酰膽堿(卵磷脂PC)、磷脂酰乙醇胺(腦磷脂PE)、磷脂酰絲氨酸(PS) 、磷脂酰肌醇(PI)甘油磷脂的共同

2、特征：甘油分子的1、2位羥基分別與脂肪酸形成酯鍵；3位羥基與磷酸形成酯鍵，磷酸基團(tuán)結(jié)合 膽堿、乙醇胺、絲氨酸、肌醇 2醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性細(xì)胞膜的成分：脂類、蛋白質(zhì)、糖類脂肪酸鏈長(zhǎng)短不一，通常1424個(gè)碳原子，一條脂肪酸鏈不含雙鍵，另一條含有一個(gè)或幾個(gè)雙鍵，形成30彎曲細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸磷脂酰膽堿鞘磷脂磷脂酰肌醇3醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸脂肪酸鏈長(zhǎng)短不一，通常1424個(gè)碳原子，一條脂肪酸鏈不含雙細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性磷脂酰膽堿4醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性磷脂酰膽

3、堿4醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜鞘磷脂(sphingomyelin,SM) 是細(xì)胞膜上唯一不以甘油為骨架的磷脂，在膜中含量較少，在神經(jīng)元細(xì)胞膜中含量較多鞘磷脂以鞘氨醇代替甘油，鞘氨醇的氨基結(jié)合不飽和脂肪酸鏈鞘磷脂的代謝產(chǎn)物 神經(jīng)酰胺、鞘氨醇、1-磷酸鞘氨醇 參與細(xì)胞活動(dòng)；神經(jīng)酰胺 是第二信使、 1-磷酸鞘氨醇 在細(xì)胞外通過(guò) G蛋白偶聯(lián)受體起作用，在細(xì)胞內(nèi)與靶蛋白作用2.膽固醇能夠穩(wěn)定膜和調(diào)節(jié)膜流動(dòng)性膽固醇分子較小，散布在磷脂分子之間；動(dòng)物細(xì)胞膽固醇含量高，在有的膜內(nèi)膽固醇與磷脂之比達(dá)1:1；植物細(xì)胞膜中含膽固醇極少膽固醇極性頭部為羥基團(tuán)，緊靠磷脂極性頭部；非極性疏水結(jié)構(gòu)為甾環(huán)和烴鏈，對(duì)磷脂的脂肪酸尾部

4、的運(yùn)動(dòng)有干擾作用膽固醇分子 調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性和加強(qiáng)膜的穩(wěn)定性，沒有膽固醇，細(xì)胞膜會(huì)解體細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性5醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸鞘磷脂(sphingomyelin,SM) 是細(xì)胞膜上唯一不細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性6醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性6醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿3.糖脂主要位于質(zhì)膜的非胞質(zhì)面糖脂含量占膜脂總量5%以下，遍布原核、真核細(xì)胞表面細(xì)菌和植物的糖脂 均是 甘油磷脂衍生物，一般是 磷脂酰膽堿 衍生來(lái)動(dòng)物糖脂 都是 鞘氨醇衍生物，稱為 鞘糖脂，糖基取代磷脂酰膽堿，成為極性頭部已發(fā)現(xiàn)40多種糖脂，區(qū)別在于 極性頭部不同

5、，由1至幾個(gè)糖殘基構(gòu)成細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性最簡(jiǎn)單的糖脂是 腦苷脂，極性頭部只是一個(gè) 半乳糖/葡萄糖 殘基最復(fù)雜的糖脂是 神經(jīng)節(jié)苷脂，極性頭部有七個(gè)糖殘基；在神經(jīng)細(xì)胞膜中最豐富，占總膜脂5%10%7醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸3.糖脂主要位于質(zhì)膜的非胞質(zhì)面細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性最細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性8醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性8醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜蛋白執(zhí)行細(xì)胞膜的多種重要功能膜蛋白：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、酶、連接蛋白、受體蛋白膜蛋白含量：軸突髓鞘25%、線粒體內(nèi)膜75%、大多膜 50%(蛋白質(zhì)分子數(shù)：脂類分子數(shù)=1:50)根據(jù)膜

6、蛋白與脂雙層結(jié)合方式，分為三類：內(nèi)在膜蛋白、外在膜蛋白、脂錨定蛋白細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性3.-sheet barrel5.共價(jià)連接脂肪酸鏈 6.連接寡糖鏈錨定細(xì)胞外表面 7.8.非共價(jià)連接其他膜蛋白9醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸膜蛋白執(zhí)行細(xì)胞膜的多種重要功能細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性31.內(nèi)在膜蛋白又稱 跨膜蛋白，占膜蛋白總量70%80%；分 單次跨膜、多次跨膜、多亞基跨膜 三種類型跨膜區(qū)域 2030個(gè) 疏水氨基酸殘基，通常N端在細(xì)胞外側(cè)內(nèi)在膜蛋白 跨膜結(jié)構(gòu)域 與膜脂結(jié)合區(qū)域，作用方式：疏水氨基酸形成-螺旋，跨膜并與脂雙層脂肪酸鏈通過(guò)范德華力相互作用某些-螺旋外側(cè)非極性，內(nèi)側(cè)是

7、極性鏈，形成特異性畸形分子的跨膜通道多數(shù)跨膜區(qū)域是-螺旋，也有以-折疊片多次穿膜形成筒狀結(jié)構(gòu)，稱-筒，如 孔蛋白(porin)2.外在膜蛋白又稱 外周蛋白，占膜蛋白總量20%30%；完全在脂雙層之外，胞質(zhì)側(cè)或胞外側(cè)，通過(guò) 非共價(jià)鍵 附著膜脂或膜蛋白細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性10醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸1.內(nèi)在膜蛋白細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性10醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)胞質(zhì)側(cè)的 外周蛋白形成 纖維網(wǎng)絡(luò)，為膜提供機(jī)械支持，也連接 整合蛋白，如 紅細(xì)胞的 血影蛋白 和錨蛋白外周蛋白為水溶性蛋白，與膜結(jié)合較弱，改變?nèi)芤?離子濃度或pH，可分離它們 而不破壞膜結(jié)構(gòu)3.脂錨定蛋白又稱 脂連接蛋白，位

8、于膜的兩側(cè)，以共價(jià)鍵 結(jié)合于 脂類分子；此種錨定方式 與細(xì)胞惡變有關(guān)還有 糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白(GPI)，通過(guò)蛋白質(zhì)C端 與磷脂酰肌醇連接的 寡糖鏈 共價(jià)結(jié)合脂錨定蛋白 在膜上 運(yùn)動(dòng)性增大，有利于結(jié)合更多蛋白，有利于更快地與 胞外蛋白 結(jié)合、反應(yīng)GPI-錨定蛋白 分布極廣，100種以上，如 多種水解酶、免疫球蛋白、細(xì)胞黏附分子、膜受體等細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性11醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸胞質(zhì)側(cè)的 外周蛋白形成 纖維網(wǎng)絡(luò)，為膜提供機(jī)械支持，也連接 研究膜蛋白功能，可用去垢劑將膜蛋白分離出來(lái)；如 離子型去垢劑：十二烷基磺酸鈉(SDS)(引起蛋白質(zhì)變性)；非離子去垢劑：Triton

9、 X-100(對(duì)蛋白質(zhì)比較溫和)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性12醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸研究膜蛋白功能，可用去垢劑將膜蛋白分離出來(lái)；如 離子型去垢劑膜糖類覆蓋細(xì)胞膜表面細(xì)胞膜的糖類，占質(zhì)膜重量2%10%；大多以 低聚糖或多聚糖 共價(jià) 結(jié)合膜蛋白，形成 糖蛋白；或以 低聚糖 共價(jià)結(jié)合 膜脂，形成糖脂所有糖鏈 朝向 細(xì)胞外表面形成 低聚糖 的單糖類型：半乳糖、甘露糖、巖藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺、唾液酸 等唾液酸殘基 在糖鏈末端，形成 細(xì)胞外表面 凈負(fù)電荷細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性糖蛋白和糖脂中 低聚糖 側(cè)鏈細(xì)胞外被Cell coat 或糖萼glycocalyx，1020nm厚

10、。基本功能：可能幫助蛋白質(zhì)膜上定位、固定，防止翻轉(zhuǎn)；參與細(xì)胞與外環(huán)境的作用；保護(hù)細(xì)胞 抵御損傷；建立胞外含水微環(huán)境ABO血型抗原13醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸膜糖類覆蓋細(xì)胞膜表面細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性糖蛋白和糖脂細(xì)胞膜的生物學(xué)特性脂雙層與蛋白質(zhì)圍成屏障，還執(zhí)行 物質(zhì)運(yùn)輸、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞識(shí)別、能量轉(zhuǎn)化 等功能膜的不對(duì)稱性決定膜功能的方向性1.膜脂的不對(duì)稱性脂雙層的膜脂分布不對(duì)稱，在含量、 比例上有差異細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性 SM：鞘磷脂；PC：磷脂酰膽堿； PS：磷脂酰絲氨酸；PE：磷脂酰乙醇胺；PI：磷脂酰肌醇；CL：膽固醇人紅細(xì)胞膜的膜脂分布14醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物

11、質(zhì)的穿膜運(yùn)輸細(xì)胞膜的生物學(xué)特性細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性 S不同膜性細(xì)胞器的脂質(zhì)組成不同：質(zhì)膜：鞘磷脂、磷脂酰膽堿、膽固醇 等核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、線粒體外膜：磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇線粒體內(nèi)膜：心磷脂 2.膜蛋白的不對(duì)稱性各種膜蛋白在質(zhì)膜中有特定位置，分布絕對(duì)不對(duì)稱：酶和受體多分布于質(zhì)膜的外側(cè)面，而 腺苷酸環(huán)化酶 定位內(nèi)側(cè)面跨膜蛋白有一定方向性：多數(shù)N外 C內(nèi)，兩端肽鏈長(zhǎng)度、氨基酸種類、活性位點(diǎn)不同3.膜糖的不對(duì)稱性糖脂、糖蛋白的寡糖鏈 只分布于 質(zhì)膜外表面(遠(yuǎn)離細(xì)胞質(zhì))；而內(nèi)膜系統(tǒng)的 寡糖鏈 只分布于 膜腔內(nèi)表面(遠(yuǎn)離細(xì)胞質(zhì))細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性又名：雙磷脂酰甘油15醫(yī)學(xué)細(xì)

12、胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸不同膜性細(xì)胞器的脂質(zhì)組成不同：細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性膜組分分布不對(duì)稱的意義：各組分 分布不對(duì)稱 跟 膜功能不對(duì)稱、膜的方向性有關(guān)，保證了膜功能方向性和生命活動(dòng)的高度有序性膜的流動(dòng)性是膜功能活動(dòng)的保證膜的流動(dòng)性 主要是 膜脂流動(dòng)性、膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性1. 脂雙層是液晶態(tài)二維流體細(xì)胞內(nèi)外的水環(huán)境 使膜脂分子不能從脂雙層逸出，只能在二維平面交互位置脂雙分子層既有有序的固定性，又有液體的流動(dòng)性液晶態(tài)正常體溫下，膜呈液晶態(tài)；當(dāng)溫度下降到 臨界溫度(膜的 相變溫度)，膜脂轉(zhuǎn)為 晶態(tài)膜的流動(dòng)性 是膜功能活動(dòng)的保證細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性16醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜

13、運(yùn)輸膜組分分布不對(duì)稱的意義：各組分 分布不對(duì)稱 跟 膜功能不對(duì)稱2.膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式在相變溫度以上，膜脂分子可進(jìn)行如下5種運(yùn)動(dòng)：側(cè)向擴(kuò)散：脂質(zhì)分子間 交換位置；107次/秒；主要運(yùn)動(dòng)方式翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：從脂雙層一層翻轉(zhuǎn)到另一層，需要 翻轉(zhuǎn)酶，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：膜脂分子 自旋運(yùn)動(dòng)彎曲運(yùn)動(dòng)：膜脂分子的烴鏈?zhǔn)怯许g性、可彎曲的，分子的尾部彎曲、擺動(dòng)幅度大，而靠近極性親水頭部彎曲擺動(dòng) 幅度小。此外，膜脂的脂肪酸鏈 沿著膜垂直的軸 進(jìn)行 伸縮振蕩運(yùn)動(dòng)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性17醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸2.膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性17醫(yī)學(xué)細(xì)3.影響膜脂流動(dòng)性的因素脂肪酸

14、鏈的飽和程度：磷脂分子長(zhǎng)的飽和脂肪酸鏈 呈直線型，有聚集排列緊密成凝膠狀態(tài)；不飽和脂肪酸鏈 在雙鍵處呈彎曲狀，排列比較疏松，增加了膜的流動(dòng)性溫度下降時(shí)，去飽和酶 催化單鍵去飽和為雙鍵，在不同磷脂分子間重組脂肪酸鏈，產(chǎn)生含兩個(gè)不飽和脂肪酸鏈的磷脂分子，增強(qiáng)膜的流動(dòng)性脂肪酸鏈的長(zhǎng)短：脂肪酸鏈短，相互作用弱，流動(dòng)性大，相變溫度低；脂肪酸鏈長(zhǎng) 則反之膽固醇的雙重調(diào)節(jié)作用：相變溫度以上時(shí)，膽固醇的固醇環(huán)結(jié)合磷脂分子靠近頭部的烴鏈，穩(wěn)定膜；相變溫度以下時(shí)，膽固醇隔開磷脂分子，干擾晶態(tài)形成，防止低溫時(shí)膜流動(dòng)性的突然降低卵磷脂與鞘磷脂的比值：哺乳類，卵磷脂+鞘磷脂 占膜脂50%；卵磷脂 不飽和程度高，流動(dòng)性大

15、；而鞘磷脂相反隨著衰老，細(xì)胞膜中 卵磷脂與鞘磷脂的比值 下降，流動(dòng)性也隨之下降細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性18醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸3.影響膜脂流動(dòng)性的因素細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性18醫(yī)學(xué)相變溫度以上相變溫度以下細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性膜蛋白的影響：膜蛋白嵌入膜脂疏水區(qū)，使周圍脂類分子不能單獨(dú)活動(dòng)，形成 “界面脂”，界面脂越多，膜流動(dòng)性越小。此外，膜脂的極性基團(tuán)、環(huán)境溫度、pH值、離子強(qiáng)度等 都對(duì)膜脂流動(dòng)性產(chǎn)生一定影響。環(huán)境溫度高，膜脂流動(dòng)性大；相變溫度內(nèi)，每下降10，膜的粘性增加3倍，膜流動(dòng)性降低19醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸相變溫度以上相變溫度以下細(xì)胞膜的化

16、學(xué)組成與生物學(xué)特性膜蛋白4.膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性側(cè)向擴(kuò)散：人鼠雜交細(xì)胞表面抗原分布變化 可證明旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：速度 比側(cè)向擴(kuò)散 慢；不同膜蛋白速度不同，有些膜蛋白無(wú)法運(yùn)動(dòng)；膜蛋白周圍脂質(zhì)的流動(dòng)性影響膜蛋白的流動(dòng)性膜蛋白的運(yùn)動(dòng) 不需要消耗能量膜的流動(dòng)性意義重大：物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞識(shí)別、信息傳導(dǎo) 等；生物膜的各種功能都是在膜的流動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行的，膜的流動(dòng)過(guò)低，代謝終止細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性20醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸4.膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性20醫(yī)學(xué)細(xì)胞生細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型1890年，Ernest Overton 發(fā)現(xiàn)溶于脂肪的物質(zhì)容易穿過(guò)膜，而非脂溶性難；1925年，E.G

17、orter和F.Grendel 從血影中抽提出磷脂，在水面上鋪成單分子層，其面積與血影面積之比 約為2:1脂雙層片層結(jié)構(gòu)模型具有三層夾板式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1935年，James Danielli 和 Hugh Davson發(fā)現(xiàn) 細(xì)胞膜的表面張力 顯著低于 油-水 界面表面張力， 推測(cè) 質(zhì)膜中有 蛋白質(zhì)；提出 “片層結(jié)構(gòu)模型”(蛋白-磷脂- -蛋白 三層夾板式結(jié)構(gòu))細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性21醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性21醫(yī)學(xué)細(xì)胞單位膜模型體現(xiàn)膜形態(tài)結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)1959年，J.D.Robertson 電鏡觀察細(xì)胞膜“兩暗夾一明”單位膜單位膜

18、模型：膜蛋白是單層肽鏈以折疊 通過(guò)靜電作用 與磷脂極性端結(jié)合；能對(duì)膜的某些屬性進(jìn)行解釋，被普遍采用，但是把膜作為 靜止的單一結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性22醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸單位膜模型體現(xiàn)膜形態(tài)結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特流動(dòng)鑲嵌模型是被普遍接受的模型1972年提出Fluid mosaic model：磷脂雙層構(gòu)成膜的連續(xù)主體，具有晶體的有序性和液體的流動(dòng)性；球形蛋白質(zhì)分子以不同形式結(jié)合脂雙層分子；膜是一種動(dòng)態(tài)的、不對(duì)稱的具有流動(dòng)性結(jié)構(gòu)1975年，“晶格鑲嵌模型”：膜脂可逆地進(jìn)行“有序(液態(tài))”和“無(wú)序(晶態(tài))”相變，膜蛋白對(duì)膜脂的運(yùn)動(dòng)具有限制作用，流動(dòng)性是局

19、部的1977年，“板塊鑲嵌模型”：流動(dòng)的脂雙層中 存在能獨(dú)立移動(dòng) 脂類板塊細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性23醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸流動(dòng)鑲嵌模型是被普遍接受的模型細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性2脂筏模型深化了對(duì)膜結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識(shí)脂雙層中 由特殊脂質(zhì)和蛋白質(zhì) 組成的微區(qū)，富含 膽固醇和鞘脂類，聚集特定種類膜蛋白；此膜區(qū) 較厚（鞘脂類脂肪酸鏈較長(zhǎng)），稱“脂筏”Lipid rafts，其周圍富含不飽和磷脂，流動(dòng)性較高脂筏的兩個(gè)特點(diǎn)：許多蛋白聚集在脂筏內(nèi)，便于相互作用；脂筏提供有利于蛋白質(zhì)變構(gòu)的環(huán)境，形成有效構(gòu)象脂筏功能：參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、受體介導(dǎo)內(nèi)吞作用、膽固醇代謝運(yùn)輸 等細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物

20、學(xué)特性24醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸脂筏模型深化了對(duì)膜結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識(shí)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特細(xì)胞在生命活動(dòng)中，與細(xì)胞外環(huán)境頻繁物質(zhì)交換，有幾條不同途徑膜的選擇性通透和簡(jiǎn)單擴(kuò)散小分子透過(guò)脂雙層的速度，取決于分子的大小和它在脂質(zhì)中的相對(duì)溶解度；分子量越小，脂溶性越強(qiáng)，通過(guò)脂雙層的速率越快簡(jiǎn)單擴(kuò)散(simple diffusion): 小分子的 熱運(yùn)動(dòng) 使分子自由地由膜一側(cè)擴(kuò)散到另一側(cè)，前提：溶質(zhì)在膜兩側(cè)有一定濃度差，溶質(zhì)必須能透過(guò)膜脂溶性物質(zhì) 如 醇、苯、甾類激素、O2、CO2、NO、 H2O 通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)散 跨膜簡(jiǎn)單擴(kuò)散 不需要 運(yùn)輸?shù)鞍讌f(xié)助，順濃度梯度 由高濃 度向低濃度方向擴(kuò)散，

21、不消耗能量；也稱“被動(dòng)擴(kuò)散” passive diffusion小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸25醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸細(xì)胞在生命活動(dòng)中，與細(xì)胞外環(huán)境頻繁物質(zhì)交換，有幾條不同途徑小膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的跨膜運(yùn)輸除了水和非極性小分子，絕大多數(shù)溶質(zhì) 如 各種離子、葡萄糖、氨基酸、核苷酸等 都不能簡(jiǎn)單擴(kuò)散穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)特定膜蛋白膜運(yùn)輸?shù)鞍?跨膜蛋白，每種只轉(zhuǎn)運(yùn)一種特定類型溶質(zhì))膜運(yùn)輸?shù)鞍追謨深悾狠d體蛋白carrier protein、通道蛋白channel protein載體蛋白：與特定溶質(zhì)結(jié)合，改變構(gòu)象使溶質(zhì)穿越細(xì)胞膜通道蛋白：形成水溶性通道，貫穿脂雙層，通道開放時(shí)，特定溶質(zhì)(無(wú)機(jī)離子)可穿越脂雙層

22、所有通道蛋白和許多載體蛋白，轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)分子不消耗能量，消耗順電化學(xué)濃度梯度的勢(shì)能，稱 被動(dòng)運(yùn)輸 passive transport逆電化學(xué)濃度梯度 轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)，需要 載體蛋白 參與，還需要 消耗能量ATP；這種利用代謝產(chǎn)生能量的進(jìn)行逆濃度梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)，稱“主動(dòng)運(yùn)輸”active transport小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸26醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸26醫(yī)學(xué)細(xì)小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸27醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸27醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿易化擴(kuò)散是載體蛋白介導(dǎo)的被動(dòng)運(yùn)輸非脂溶性或親水性小分子，

23、不能簡(jiǎn)單擴(kuò)散通過(guò)細(xì)胞膜，需 載體蛋白介導(dǎo) 不消耗代謝能量，順 物質(zhì)濃度梯度 或電化學(xué)梯度 進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，稱 易化擴(kuò)散 facilitated diffusion特定 易化轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 介導(dǎo)特定物質(zhì) 在兩個(gè)方向的穿膜運(yùn)輸，取決于 該物質(zhì)在膜兩側(cè)的相對(duì)濃度轉(zhuǎn)運(yùn)特異性強(qiáng)，速率快載體蛋白對(duì)所轉(zhuǎn)溶質(zhì)具有高度專一性，其分子上的結(jié)合位點(diǎn)與某一溶質(zhì) 進(jìn)行短暫的 可逆的結(jié)合，引起載體蛋白 構(gòu)象變化，轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)分子從膜一側(cè)到另一側(cè)；載體與溶質(zhì)親和力下降，釋放溶質(zhì)，構(gòu)象恢復(fù)小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸28醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸易化擴(kuò)散是載體蛋白介導(dǎo)的被動(dòng)運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸2葡萄糖是人體最基本的最直接的

24、能量來(lái)源，多數(shù)細(xì)胞(低濃度葡萄糖)從血流和組織液中(高濃度葡萄糖)，通過(guò) 易化擴(kuò)散 獲取葡萄糖人類基因組編碼14種葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白glucose transporter, GLUT，均含有12次跨膜的-螺旋， -螺旋含有絲氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸和谷氨酸殘基，其側(cè)鏈與葡萄糖羥基形成氫鍵，是葡萄糖結(jié)合位點(diǎn)GLUT的異常或缺陷是2型糖尿病的病因之一紅細(xì)胞膜上存在5萬(wàn)個(gè)葡萄糖載體蛋白，占膜總蛋白5%小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸29醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸葡萄糖是人體最基本的最直接的能量來(lái)源，多數(shù)細(xì)胞(低濃度葡萄糖主動(dòng)運(yùn)輸是載體蛋白逆濃度梯度的耗能運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)的K+濃度是細(xì)

25、胞外的20倍以上；而Na+正好相反而細(xì)胞外的Ca2+濃度要高于細(xì)胞內(nèi)10000倍這些濃度梯度由主動(dòng)運(yùn)輸產(chǎn)生，對(duì)維持生命活動(dòng)至關(guān)重要主動(dòng)運(yùn)輸需要消耗能量，能量來(lái)源包括：ATP、光吸收、電子傳遞、順濃度梯度的其他物質(zhì)的流動(dòng)等； 可分為：ATP直接供能、ATP間接供能1.ATP驅(qū)動(dòng)泵在胞質(zhì)側(cè)有一個(gè)或多個(gè)ATP結(jié)合位點(diǎn)，水解ATP從低濃度向高濃度轉(zhuǎn)運(yùn)P-型離子泵轉(zhuǎn)運(yùn)陽(yáng)離子，工作過(guò)程中形成 磷酸化中間體，P表示 磷酸化Na+-K+泵（Na+-K+-ATP酶）： 由兩個(gè)亞基兩個(gè)亞基組成四聚體，亞基具有ATP酶活性，其胞質(zhì)面有3個(gè)高親和Na+結(jié)合位點(diǎn)； 亞基膜外表面有2個(gè)高親和K+（烏本苷）結(jié)合位點(diǎn)小分子物

26、質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸30醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸是載體蛋白逆濃度梯度的耗能運(yùn)輸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸水解1分子ATP，輸出3個(gè)Na+ ，轉(zhuǎn)入2個(gè)K+；每秒1000次構(gòu)象變化多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞 消耗1/3的ATP 維持Na+-K+泵； 胞內(nèi)低Na+胞外高K+，維持滲透壓、產(chǎn)生維持膜電位、為某些物質(zhì)的吸收提供驅(qū)動(dòng)力、為各種新陳代謝提供必要離子濃度小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸31醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸水解1分子ATP，輸出3個(gè)Na+ ，轉(zhuǎn)入Ca2+泵：小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸Ca2+泵：Ca2+泵：真核細(xì)胞胞質(zhì)中含極低濃

27、度的Ca2+，而細(xì)胞外的Ca2+濃度卻極高Ca2+泵 有10次穿膜的螺旋，1000aa構(gòu)成，與Na+-K+-ATP酶的亞基 同源Ca2+-ATP酶 同樣有 磷酸化和去磷酸化 過(guò)程，并改變構(gòu)象，每水解1分子ATP，逆濃度梯度轉(zhuǎn)出細(xì)胞或泵入肌漿網(wǎng)2個(gè)Ca2+胞內(nèi)Ca2+濃度升高，激活Ca2+反應(yīng)蛋白，引起多種重要活動(dòng)肌漿網(wǎng) 是肌細(xì)胞特化的 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲(chǔ)存場(chǎng)所，肌肉細(xì)胞內(nèi)Ca2+升高，引起肌肉細(xì)胞收縮胞內(nèi)Ca2+濃度升高，促進(jìn)細(xì)胞分泌、神經(jīng)遞質(zhì)釋放、信號(hào)傳導(dǎo)等V-型質(zhì)子泵主要存在于真核細(xì)胞 膜性酸性區(qū)室，如：網(wǎng)格蛋白有被小泡、內(nèi)體、溶酶體、高爾基復(fù)合體、分泌泡 等小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸3

28、2醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸Ca2+泵：小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸Ca2+泵：Ca2+泵：小分V-型質(zhì)子泵 由多個(gè)穿膜和胞質(zhì)側(cè)亞基組成，利用ATP，將H+從胞質(zhì)中 逆H+電化學(xué)梯度 轉(zhuǎn)運(yùn)到上述細(xì)胞器或囊泡中，使其內(nèi)成為酸性環(huán)境，并保持細(xì)胞質(zhì)的pH中性；不形成磷酸化中間體F-型質(zhì)子泵存在于細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜和葉綠體內(nèi)膜，利用H+順濃度梯度的運(yùn)動(dòng)，釋放能量將ADP合成ATP，即是 氧化磷酸化 或 光合磷酸化；因此，此質(zhì)子泵 又稱：H+-ATP合成酶ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體ATP供能的運(yùn)輸?shù)鞍祝?00多種，從細(xì)菌到各類生物都有，稱：ABC超家族 動(dòng)物細(xì)胞有50種不同ABC運(yùn)輸?shù)鞍酌糠N ABC運(yùn)輸?shù)鞍?有特

29、異底物，運(yùn)輸哺乳類質(zhì)膜上 磷脂、膽固醇、肽、親脂性藥物等，在肝、小腸、腎細(xì)胞 表達(dá)豐富，將毒素、藥物代謝物等排出小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸33醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸V-型質(zhì)子泵 由多個(gè)穿膜和胞質(zhì)側(cè)亞基組成，利用ATP，將H+2.協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸 建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲(chǔ)存了膜兩側(cè)的勢(shì)能，此勢(shì)能可供細(xì)胞此勢(shì)能可供細(xì)胞運(yùn)輸其它溶質(zhì)分子協(xié)同運(yùn)輸(cotransport)：由Na+-K+泵(或H+泵) 與載體蛋白 協(xié)同作用，間接消耗ATP完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式此種跨膜運(yùn)輸?shù)?直接動(dòng)力 來(lái)自膜兩側(cè)的離子電化學(xué)梯度，這種梯度是Na+-K+泵等消耗ATP實(shí)現(xiàn)的動(dòng)物細(xì)胞的協(xié)同運(yùn)輸，利用膜

30、兩側(cè)Na+電化學(xué)梯度驅(qū)動(dòng)；植物細(xì)胞和細(xì)菌 利用膜兩側(cè)H+電化學(xué)梯度來(lái)驅(qū)動(dòng)根據(jù)溶質(zhì)分子與順電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)移的離子的方向，分為：共運(yùn)輸symport 和 對(duì)向運(yùn)輸 antiport共運(yùn)輸 兩種溶質(zhì)分子 同一方向穿膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸34醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸2.協(xié)調(diào)運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸34醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞如：腸腔細(xì)胞膜的“Na+/葡萄糖協(xié)同運(yùn)輸?shù)鞍住?Na+/glucose cotransporter在質(zhì)膜外表面結(jié)合2個(gè)Na+和1分子葡萄糖，當(dāng)Na+順濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞，葡萄糖利用Na+電化學(xué)濃度差的勢(shì)能，與相伴進(jìn)入細(xì)胞；載體蛋白構(gòu)象變化，失去對(duì)葡萄糖的親和力，與

31、之分離，并恢復(fù)構(gòu)象進(jìn)入細(xì)胞的Na+被 Na+-K+泵 泵出細(xì)胞外，以保持的跨膜濃度梯度小腸上皮、腎細(xì)胞等 在質(zhì)膜上均含大量 順Na+跨膜濃度梯度 驅(qū)動(dòng)的 共運(yùn)輸 載體蛋白，每種載體蛋白 專一地 轉(zhuǎn)入細(xì)胞 某一種糖 或 氨基酸葡萄糖一旦進(jìn)入小腸細(xì)胞，再以 易化擴(kuò)散 方式 進(jìn)入血流小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸35醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸如：腸腔細(xì)胞膜的“Na+/葡萄糖協(xié)同運(yùn)輸?shù)鞍住?Na+/gl對(duì)向運(yùn)輸 一種膜運(yùn)輸?shù)鞍?，將不同離子或分子 反向穿膜運(yùn)輸脊椎動(dòng)物細(xì)胞都有一種或多種 對(duì)向運(yùn)輸載體，以維持胞質(zhì)pH7.2左右如 Na+-H+交換載體，此載體 藕聯(lián)Na+ 順濃度梯

32、度流進(jìn) 與H+泵出，從而清除細(xì)胞代謝過(guò)程產(chǎn)生的過(guò)多H+，胞內(nèi)pH上升Na+-H+交換載體 的激活和引起pH升高 對(duì)啟動(dòng) 細(xì)胞增殖 很重要許多真核細(xì)胞 有陰離子載體，稱“Cl-HCO3-交換器”，在調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)pH方面 起重要作用，泵出HCO3-，胞內(nèi)pH下降以上兩種交換載體，在pH升高或降低時(shí) 激活或失活，調(diào)節(jié)胞內(nèi)pH哺乳類胃腺 壁細(xì)胞 分泌HCL進(jìn)入胃腔，殺菌并為胃蛋白酶提供酸性環(huán)境；壁細(xì)胞頂部質(zhì)膜含H+-K+泵，將H+運(yùn)出 細(xì)胞，會(huì)有相當(dāng)?shù)腛H-與細(xì)胞內(nèi)CO2結(jié)合成為 HCO3-，離開細(xì)胞，配合Cl-HCO3-交換器， 將Cl-轉(zhuǎn)入細(xì)胞 （89頁(yè) 圖4-19）小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和

33、離子的跨膜運(yùn)輸36醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸對(duì)向運(yùn)輸 一種膜運(yùn)輸?shù)鞍?，將不同離子或分子 反向小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸 特點(diǎn)：逆濃度或電化學(xué)梯度 跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)消耗能量，直接水解ATP或離子電化學(xué)梯度提供能量膜上特異性載體蛋白介導(dǎo)，載體特異結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)，載體構(gòu)象可變37醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸 特點(diǎn)離子通道高效轉(zhuǎn)運(yùn)各種離子各種陰陽(yáng)帶電離子，難以直接穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)，而其 高效率的 穿膜速率 是借助膜上的 通道蛋白 完成；已發(fā)現(xiàn)100余種通道蛋白，跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)各種離子，也稱“離子通道”離子通道 在膜上形成 親水

34、跨膜孔道，有選擇地 讓某些離子 通過(guò)到質(zhì)膜另一側(cè)1.離子通道的特點(diǎn)：只介導(dǎo) 被動(dòng)運(yùn)輸，溶質(zhì)從膜的 高濃度一側(cè) 自由擴(kuò)散到 低濃度一側(cè)離子通道 對(duì)被轉(zhuǎn)運(yùn)離子的大小 所帶電荷 有高度選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)效率高，通道允許106108個(gè)特定離子/秒 通過(guò)，比最快效率的載體蛋白 高1000倍離子通道不是持續(xù)開放，有開和關(guān) 兩種構(gòu)象，受信號(hào)調(diào)控2.離子通道的類型（三類）小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸38醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸離子通道高效轉(zhuǎn)運(yùn)各種離子小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸配體門控通道(ligand-gated channel)離子通道型受體，與細(xì)胞外特定

35、配體結(jié)合，構(gòu)象改變，允許某種離子快速跨膜擴(kuò)散如 乙酰膽堿受體(acetylcholine receptor, nAChR)： 4種5個(gè)穿膜亞單位組成（2），每個(gè)亞單位 由1個(gè)大的跨膜N端，4段跨膜序列(M1M4)和1個(gè)短的C端組成；各亞單位靠 非共價(jià)鍵 組成梅花狀通道結(jié)構(gòu)受體上有兩個(gè)乙酰膽堿Ach結(jié)合位點(diǎn)，無(wú)Ach時(shí)，各個(gè)M2共同組成的孔道關(guān)閉，M2上的 亮氨酸殘基 伸向孔內(nèi) 形成紐扣結(jié)構(gòu)；結(jié)合Ach后，孔區(qū)構(gòu)象改變，亮氨酸殘基滑出，孔道開放，可通過(guò)Na+、K+、Ca2+小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸39醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸配體門控通道(ligand-gated

36、神經(jīng)-肌肉 接頭處 離子通道 活動(dòng)： 神經(jīng)沖動(dòng)神經(jīng)末梢細(xì)胞去極化電壓門控Ca2+通道開放細(xì)胞外Ca2+涌入細(xì)胞胞內(nèi) 突觸小泡 釋放 乙酰膽堿 至 突觸間隙釋放的乙酰膽堿結(jié)合突觸后膜的 乙酰膽堿受體通道開放，Na+流入肌細(xì)胞肌細(xì)胞膜 局部去極化肌細(xì)胞去極化誘發(fā)膜上Na+通道開放大量Na+涌入肌細(xì)胞，使整個(gè)肌細(xì)胞膜進(jìn)一步去極化肌細(xì)胞膜的去極化使肌漿網(wǎng)上Ca2+通道開放Ca2+大量釋放如胞質(zhì)肌原纖維收縮小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸40醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸神經(jīng)-肌肉 接頭處 離子通道 活動(dòng)： 小分子物質(zhì)和離子的跨膜其它神經(jīng)遞質(zhì)的受體 作為離子通道，如 氨基丁酸受體、甘氨酸受體、5-羥色胺

37、受體等，都是單一肽鏈4次穿膜 形成亞單位，5個(gè)亞單位組成 跨膜離子通道乙酰膽堿受體與5-羥色胺受體通道，通透Na+、K+、Ca2+等陽(yáng)離子，其它受體通道，通透Cl-電壓門控通道(voltage-gated channel)膜兩側(cè) 跨膜電位 的改變是控制 電壓門控通道 開放與關(guān)閉 直接因素此類通道蛋白分子 部分基團(tuán)或亞單位 對(duì)跨膜電位改變 敏感，可改變構(gòu)象 打開通道，開放時(shí)間只有幾毫秒，隨即自發(fā)關(guān)閉主要分布在 神經(jīng)元、肌細(xì)胞、腺上皮細(xì)胞 等可興奮細(xì)胞，包括：鉀通道、鈣通道、鈉通道、氯通道小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸41醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸其它神經(jīng)遞質(zhì)的受體 作為

38、離子通道，如 氨基丁酸受體、甘氨酸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸應(yīng)力激活通道(stress-activated channel)通道蛋白 感受應(yīng)力 而改變構(gòu)象，通道開放，離子跨膜，膜電位變化內(nèi)耳 聽覺毛細(xì)胞 頂部的聽毛 具有應(yīng)力激活通道，受到聲波振動(dòng) 而彎曲，應(yīng)力門控通道 開放，離子跨膜進(jìn)入毛細(xì)胞 改變膜電位，將聲波信號(hào) 傳遞給 聽覺神經(jīng)元細(xì)菌與古細(xì)菌的 應(yīng)力激活通道 均為跨膜蛋白 五聚體，通透陽(yáng)離子42醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸應(yīng)力激活通道4.水通道介導(dǎo)的水的快速轉(zhuǎn)運(yùn)1988年，美國(guó)學(xué)者P.Agre發(fā)現(xiàn)質(zhì)膜上有 構(gòu)成水通

39、道的膜蛋白，命名為水孔蛋白aquaporin, AQP；Agre 因此獲得2003年 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)水通道的分類哺乳類 水通道蛋白家族已有11個(gè)，根據(jù)功能特性的差異，分為兩個(gè)家族：AQP1、2、4、5、6和AQP0 基因結(jié)構(gòu)類似，氨基酸序列同源30%50%，只能通透水，經(jīng)典的 選擇性水通道；AQP3、7、9、10 除通透水，對(duì)甘油、尿素等中性小分子也具有通透性，第二家族水-甘油通道；AQP8位于水選擇型與甘油滲透型之間水通道蛋白的結(jié)構(gòu)AQP1由4個(gè)對(duì)稱排列的圓筒狀亞基圍成的四聚體，每個(gè)亞基 中心的中央孔 直徑0.28nm，只允許水分子通過(guò)小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸43醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的

40、穿膜運(yùn)輸4.水通道介導(dǎo)的水的快速轉(zhuǎn)運(yùn)小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸43醫(yī)醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸培訓(xùn)課件大分子物質(zhì) 不能通過(guò) 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 進(jìn)入細(xì)胞，由膜包圍形成膜泡，然后通過(guò)膜泡形成和融合來(lái)完成轉(zhuǎn)運(yùn)小泡運(yùn)輸細(xì)胞攝入大分子或顆粒物質(zhì)的過(guò)程，稱 胞吞作用(endocytosis)細(xì)胞排出大分子或顆粒物質(zhì)的過(guò)程，稱 胞吐作用(exocytosis)胞吞胞吐 涉及膜泡的 融合與斷裂，需要消耗能量，屬于 主動(dòng)運(yùn)輸以上膜泡運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)量較大，也稱 批量運(yùn)輸；膜泡運(yùn)輸 也發(fā)生于胞內(nèi)各種 膜性細(xì)胞器胞吞作用（三種：吞噬作用、胞飲作用、受體介導(dǎo)胞吞作用）吞噬作用(phagocytosis)是吞噬細(xì)胞攝入顆粒

41、物質(zhì)的過(guò)程 免疫系統(tǒng)具有吞噬功能的 中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞 在攝取大固體顆?；蚍肿訌?fù)合物(直徑250nm)時(shí) 進(jìn)行細(xì)胞膜凹陷或形成偽足，將大顆粒包裹 攝入細(xì)胞，形成膜泡“吞噬體”這些免疫細(xì)胞 通過(guò)此方式 吞噬入侵微生物、清除損傷和死亡細(xì)胞大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸45醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸大分子物質(zhì) 不能通過(guò) 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 進(jìn)入細(xì)胞，由膜包圍形成膜泡胞飲作用(pinocytosis)是細(xì)胞吞入液體和可溶性物質(zhì)的過(guò)程細(xì)胞非特異攝取細(xì)胞外液的過(guò)程；胞飲發(fā)生在質(zhì)膜的特殊區(qū)域，質(zhì)膜內(nèi)陷 形成小窩，包圍液體物質(zhì)，形成“胞飲體”，直徑小于150nm胞飲作用 分為兩種類型：液相內(nèi)吞：非特

42、異 固有內(nèi)吞作用，攝入細(xì)胞外液及可溶性物質(zhì)；吸附內(nèi)吞：細(xì)胞外大分子/小顆粒物質(zhì) 以某種方式 吸附在細(xì)胞表面，具有一定特異性在能形成偽足和轉(zhuǎn)運(yùn)功能活躍的細(xì)胞中多見，如 巨噬細(xì)胞、白細(xì)胞、毛細(xì)血管細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞、小腸上皮細(xì)胞 等受體介導(dǎo)的胞吞提高攝取特定物質(zhì)的效率受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用receptor mediated endocytosis 是細(xì)胞通過(guò)受體的介導(dǎo) 選擇性高效攝取細(xì)胞外 特定大分子物質(zhì)的過(guò)程可特異性攝入胞外含量很低的成分，比胞飲作用 內(nèi)化效率 高1000多倍大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸46醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸胞飲作用(pinocytosis)是細(xì)胞吞入液體和可溶性物

43、質(zhì)1.有被小窩和有被小泡的形成細(xì)胞膜上有多種受體蛋白，往往同類受體蛋白 集中在膜特定區(qū)域，稱“有被小窩”coated pit；小窩內(nèi)受體濃度是質(zhì)膜其它處的1020倍各種有被小窩 約占質(zhì)膜表面積2%，此處質(zhì)膜向內(nèi)凹陷，直徑50100 nm，此處質(zhì)膜內(nèi)表面 覆蓋 網(wǎng)格蛋白和銜接蛋白網(wǎng)格蛋白，又稱“籠蛋白”，由3條重鏈和3條輕鏈組成；3個(gè) 重鏈輕鏈的二聚體，形成 三腿蛋白復(fù)合物自我裝配，自動(dòng)形成 籃網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)網(wǎng)格蛋白作用：牽拉質(zhì)膜向內(nèi) 凹陷，參與捕獲特定膜受體 使其匯聚有被小窩大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸47醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸1.有被小窩和有被小泡的形成大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸47醫(yī)

44、銜接蛋白 參與有被小泡組成，處于 網(wǎng)格蛋白 與 配體-受體復(fù)合物 間不同類型的銜接蛋白 結(jié)合不同類型 膜受體，使細(xì)胞捕獲不同配體網(wǎng)格蛋白沒有特異性2.無(wú)被小泡形成并與內(nèi)體融合配體結(jié)合膜上受體，通過(guò)銜接蛋白，網(wǎng)格蛋白聚集在膜的胞質(zhì)側(cè)，網(wǎng)格由6邊形轉(zhuǎn)變成5邊形，促進(jìn)網(wǎng)格蛋白外被彎曲變成籠形，牽動(dòng)質(zhì)膜凹陷發(fā)動(dòng)蛋白(dynamin) GTP結(jié)合蛋白，自動(dòng)組裝成一個(gè) 螺旋狀領(lǐng)圈結(jié)構(gòu)，水解GTP，構(gòu)象改變，將有被小泡 從質(zhì)膜上 切離下來(lái)，形成網(wǎng)格蛋白有被小泡大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸有被小泡很快脫去包被 (籠蛋白 重新利用) 無(wú)被小泡 與早期內(nèi)體融合48醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸銜接蛋白 參與有

45、被小泡組成，處于 網(wǎng)格蛋白 與 配體-受體復(fù)大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸內(nèi)體：動(dòng)物細(xì)胞中經(jīng)胞吞作用形成的膜包圍的細(xì)胞器，作用是運(yùn)輸由胞吞作用新攝入的物質(zhì)到溶酶體被降解內(nèi)體膜上有ATP驅(qū)動(dòng)的質(zhì)子泵，將H+泵入內(nèi)體腔，降低腔內(nèi)pH（pH56）低pH使受體與配體分離，內(nèi)體出芽形成運(yùn)載受體的小囊泡，返回質(zhì)膜；受體重新利用，含配體的內(nèi)體與溶酶體融合49醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸內(nèi)體：動(dòng)物細(xì)胞中經(jīng)胞吞作用形成的膜3.受體介導(dǎo)的LDL胞吞作用膽固醇是構(gòu)成膜的成分，也是類固醇激素的前體；動(dòng)物細(xì)胞通過(guò) 受體介導(dǎo)的胞吞作用 攝入所需 大部分膽固醇膽固醇 在肝臟 合成并包裝成 低密

46、度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)，在血液中運(yùn)輸LDL球狀，分子量3106，直徑22nm；中心是1500個(gè)酯化的膽固醇分子，外面包圍800個(gè)磷脂分子和500個(gè)游離膽固醇分子載脂蛋白ApoB100 是細(xì)胞膜上LDL受體 的配體， 組裝LDL成顆粒大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸LDL受體由839aa組成的單次跨膜蛋白，當(dāng)細(xì)胞需要利用膽固醇時(shí)，制造LDL受體，攝入膽固醇；當(dāng)細(xì)胞內(nèi)游離膽固醇過(guò)多，停止合成LDL受體50醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸3.受體介導(dǎo)的LDL胞吞作用大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸LDL大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸動(dòng)物細(xì)胞

47、的許多重要物質(zhì)的攝取 都依賴 受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，如 50種以上的不同 蛋白質(zhì)、激素、生長(zhǎng)因子、淋巴因子、鐵、維生素等流感病毒和HIV病毒 通過(guò)此途徑 感染細(xì)胞；肝細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)IgA 也通過(guò)這種方式大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸51醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸動(dòng)物細(xì)胞胞吐作用與胞吞作用相反，細(xì)胞內(nèi)合成的物質(zhì)(酶、激素或未分解物質(zhì)) 通過(guò)膜泡 轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜，與質(zhì)膜 融合后，排出細(xì)胞外的過(guò)程；分為兩種形式：1.連續(xù)性分泌是不受調(diào)節(jié)持續(xù)不斷的細(xì)胞分泌分泌蛋白在 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 合成后，轉(zhuǎn)運(yùn)到 高爾基體 進(jìn)行修飾、濃縮、分選，形成分泌泡，被轉(zhuǎn)運(yùn)到 細(xì)胞膜，與膜融合，外排蛋白的過(guò)程分泌蛋白：駐留蛋白、膜蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)組分 等2.受調(diào)分泌是細(xì)胞外信號(hào)調(diào)控的選擇性分泌分泌蛋白合成后，包裹于分泌囊泡，儲(chǔ)存于胞質(zhì)中，受到細(xì)胞外信號(hào)刺激，引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度瞬時(shí)升高，才啟動(dòng) 胞吐作用此種分泌途徑 只存在于 特化細(xì)胞，如分泌激素、酶、神經(jīng)遞質(zhì)的細(xì)胞大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸52醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸胞吐作用大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸52醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸53醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸53醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜和物質(zhì)的穿細(xì)胞膜異常與疾病載體蛋白異常與疾病1.胱氨酸尿癥是