細(xì)胞質(zhì)膜及其相關(guān)細(xì)胞毒性機(jī)制

關(guān)于細(xì)胞質(zhì)膜及其相關(guān)細(xì)胞毒性機(jī)制2022/11/15第1頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五1972年S.J.Singer&G.Nicolson根據(jù)免疫熒光技術(shù)、冰凍蝕刻技術(shù)的研究結(jié)果，出了“流動(dòng)鑲嵌模型”。流動(dòng)鑲嵌模型第2頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn)（L.D.Frye,H.Edidin）第3頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五成斑反應(yīng)和成帽反應(yīng)第4頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五具有極性頭部和非極性尾部的磷脂分子在水相中具有自發(fā)形成封閉的膜系統(tǒng)的性質(zhì)，磷脂分子以疏水性尾部相對(duì)，極性頭部朝向水相形成脂雙分子層，每層磷脂分子成為一層小葉（leaflet）。脂分子是組成生物膜的基本結(jié)構(gòu)成分。蛋白質(zhì)分子以不同的方式鑲嵌在脂雙層分子中或者結(jié)合在其表面，蛋白質(zhì)的類型，蛋白質(zhì)分布的不對(duì)稱性及其與脂分子的協(xié)同作用賦予生物膜各自的特性與功能。生物膜可以看作是蛋白質(zhì)在雙層脂分子中的二維溶液。但是膜蛋白與膜脂之間、膜蛋白與膜蛋白之間以及膜蛋白與膜兩側(cè)其他生物大分子之間復(fù)雜的相互作用在不同程度上限制了膜蛋白和膜脂的流動(dòng)性，同時(shí)也形成了賴以完成多種膜功能的脂筏、纖毛和微絨毛等結(jié)構(gòu)。在細(xì)胞生長分裂等整個(gè)生命活動(dòng)中，生物膜在三維空間上可以出現(xiàn)彎曲、折疊、延伸等改變，處于不斷的動(dòng)態(tài)變化之中。只有這樣才能夠保證諸如細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、細(xì)胞增殖等各種代謝活動(dòng)的進(jìn)行。比如病毒的出芽。生物膜結(jié)構(gòu)要點(diǎn)第5頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五細(xì)胞質(zhì)膜化學(xué)組成(component)

膜脂（

Lipid）膜蛋白（Protein）第6頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五質(zhì)膜主要由膜脂和膜蛋白組成，另外還有少量糖，主要以糖脂和糖蛋白的形式存在。膜脂是膜的基本骨架，膜蛋白是膜功能的主要體現(xiàn)者。膜的化學(xué)組成第7頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五膜脂主要包括:甘油磷脂（glycerophosphatide）鞘脂(sphingolipid)膽固醇(sterol)三種類型，這三種分子均為兼性分子，在生物膜上的含量以及生物學(xué)功能各不相同，此外還有少量糖脂(glycolipid)。膜的化學(xué)組成第8頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五膜蛋白主要包括三種類型：外在膜蛋白、內(nèi)在膜蛋白、脂錨定膜蛋白。膜的化學(xué)組成第9頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五細(xì)胞質(zhì)膜的基本特征(character)

膜的流動(dòng)性膜的不對(duì)稱性膜脂分子的不對(duì)稱性第10頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五質(zhì)膜的流動(dòng)性（fluidity）膜流動(dòng)性的分子機(jī)制膜脂的流動(dòng)性膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性（mobility）膜脂分子的相變溫度膜脂分子的組成：脂肪酸鏈長短及飽和程度影響膜脂分子運(yùn)動(dòng)的因素：膽固醇周圍膜脂的性質(zhì)和相態(tài)質(zhì)膜相關(guān)結(jié)構(gòu)的作用細(xì)胞骨架的作用第11頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五膜脂的流動(dòng)性隨溫度的不同而有所變化，或者處于液相，或者處于固相，如卵磷脂人工膜當(dāng)溫度低于25度時(shí)，則處于固態(tài)，凝膠化，當(dāng)緩慢提高溫度，脂雙層可轉(zhuǎn)變?yōu)榱鲃?dòng)性較大的液態(tài)，發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)變的溫度即相變溫度。在相變溫度以上，膜脂分子具有四種運(yùn)動(dòng)方式：磷脂分子左右擺動(dòng)、磷脂分子軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、側(cè)向運(yùn)動(dòng)和倒翻運(yùn)動(dòng)（flip-flop）。影響膜脂分子運(yùn)動(dòng)的影響因素：脂肪酸鏈的飽和程度、脂肪酸鏈的長度、膽固醇/磷脂比值、卵磷脂/鞘磷脂比值、膜蛋白的影響。此外還包括環(huán)境溫度、離子強(qiáng)度等等。膜脂分子的流動(dòng)性

第12頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五ES:細(xì)胞外表面（外小葉）、PS：原生質(zhì)面（內(nèi)小葉）EF:細(xì)胞外小葉斷裂面、PF：原生質(zhì)小葉斷裂面膜結(jié)構(gòu)命名

第13頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供相對(duì)穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境;具有房室化的作用，細(xì)胞內(nèi)分化出以膜為基礎(chǔ)的功能專一的細(xì)胞器；選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸,包括代謝底物的輸入與代謝產(chǎn)物的排除,其中伴隨著能量的傳遞，是細(xì)胞的選擇性通透屏障;提供細(xì)胞識(shí)別位點(diǎn),并完成細(xì)胞內(nèi)外信息跨膜傳遞;為多種酶提供結(jié)合位點(diǎn),使酶促反應(yīng)高效而有序地進(jìn)行;線粒體和葉綠體的內(nèi)膜具有能量轉(zhuǎn)化功能；介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與基質(zhì)之間的連接;質(zhì)膜參與形成具有不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)。第14頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸ATP驅(qū)動(dòng)泵與主動(dòng)運(yùn)輸胞吞作用和胞吐作用物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸被動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸胞吞和胞吐第15頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白載體蛋白通道蛋白離子通道孔蛋白（porin）水孔蛋白（AQP）第16頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五載體蛋白幾乎存在于所有類型的生物膜上，多次跨膜蛋白。與載體蛋白以兩種構(gòu)象狀態(tài)存在：狀態(tài)A，溶質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)在質(zhì)膜外側(cè)暴露；狀態(tài)B，同樣的溶質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)在質(zhì)膜內(nèi)側(cè)暴露。兩種構(gòu)象狀態(tài)的轉(zhuǎn)變隨機(jī)發(fā)生而不依賴于是否有溶質(zhì)結(jié)合和是否完全可逆。如膜外側(cè)溶質(zhì)濃度高，則與狀態(tài)A載體蛋白結(jié)合的溶質(zhì)就比與狀態(tài)B載體蛋白結(jié)合的多，凈效果表現(xiàn)為溶質(zhì)順濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞。第17頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五載體蛋白不同部位的生物膜往往含有各自功能相關(guān)的不同的載體蛋白。載體蛋白具有與底物（溶質(zhì)）特異性結(jié)合的位點(diǎn)，所以每種載體蛋白對(duì)底物具有高度的選擇性。轉(zhuǎn)運(yùn)過程具有類似于酶的特征，又被稱為通透酶。對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)的溶質(zhì)分子不作任何共價(jià)修飾。第18頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五1、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(glucosetransporter,GLUT)

通過構(gòu)象改變完成葡萄糖的協(xié)助擴(kuò)散。轉(zhuǎn)運(yùn)方向取決于葡萄糖的濃度。通道蛋白通道蛋白包括三種基本類型：離子通道、孔蛋白和水孔蛋白。通道蛋白具有選擇性和門控性跨膜通道。通道蛋白只能執(zhí)行被動(dòng)運(yùn)輸。孔蛋白又稱通道形成蛋白，β折疊片相互作用形成非特異性的跨膜通道，選擇性較低，一般允許分子量10000D的分子自由通過?？椎鞍状嬖谟诟锾m氏陰性菌質(zhì)膜的外膜和線粒體以及葉綠體的外膜上。第19頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五孔蛋白又稱通道形成蛋白，β折疊片相互作用形成非特異性的跨膜通道，選擇性較低，一般允許分子量10000D的分子自由通過?？椎鞍状嬖谟诟锾m氏陰性菌質(zhì)膜的外膜和線粒體以及葉綠體的外膜上。第20頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五離子通道具有極高的轉(zhuǎn)運(yùn)效率。每個(gè)通道每秒鐘可以通過107-108個(gè)離子。驅(qū)動(dòng)離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力來自溶質(zhì)的濃度梯度和跨膜電位差兩種力的合力，即跨膜的電化學(xué)梯度，運(yùn)輸?shù)姆较蚴琼橂娀瘜W(xué)梯度進(jìn)行。離子通道沒有飽和值。離子通道并非連續(xù)性開放而是門控的。根據(jù)激活信號(hào)的不同，離子通道可以分為電壓門通道、配體門通道和應(yīng)力激活通道。離子通道的特征第21頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五A：電壓門通道；B、C：配體門通道；D：應(yīng)力激活通道第22頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五簡單擴(kuò)散和被動(dòng)運(yùn)輸都是溶質(zhì)順著電化學(xué)梯度進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，并且都不需要細(xì)胞提供能量。不同的是，簡單擴(kuò)散不需要膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的協(xié)助，而被動(dòng)運(yùn)輸需要膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的協(xié)助。主動(dòng)運(yùn)輸需要細(xì)胞提供能量，溶質(zhì)逆著電化學(xué)梯度進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。載體蛋白技能執(zhí)行被動(dòng)運(yùn)輸，又能執(zhí)行主動(dòng)運(yùn)輸，而通道蛋白只能執(zhí)行被動(dòng)運(yùn)輸。第23頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五簡單擴(kuò)散被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）是指溶質(zhì)順著電化學(xué)梯度或濃度梯度，在膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助下的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式，又叫協(xié)助擴(kuò)散（facilitateddiffusion）.第24頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五主動(dòng)運(yùn)輸?shù)娜N類型根據(jù)能量來源的不同，可以將主動(dòng)運(yùn)輸分為：ATP驅(qū)動(dòng)泵（ATP直接提供能量）、協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)或者偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（ATP間接提供能量）以及光驅(qū)動(dòng)泵三種。第25頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五264種類型的ATP驅(qū)動(dòng)泵ATP驅(qū)動(dòng)泵通過將ATP水解生成ADP和無機(jī)磷，并利用釋放的能量將小分子物質(zhì)或離子進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，因此，ATP驅(qū)動(dòng)泵通常又被稱為轉(zhuǎn)運(yùn)ATPase。P型泵、V型質(zhì)子泵和ABC超家族利用ATP水解釋放的能量進(jìn)行物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，而F型質(zhì)子泵通常情況下是利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)合成ATP。第26頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五Na+-K+泵的結(jié)構(gòu)（A）與工作模式（B）示意圖第27頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五Na+依賴性的磷酸化和K+依賴性的去磷酸化烏本苷(ouabain)的抑制作用Na+-K+泵的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制第28頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五Na+-K+泵主要生理功能維持細(xì)胞膜電位維持動(dòng)物細(xì)胞滲透平衡吸收營養(yǎng)第29頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖的示意圖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)：動(dòng)物細(xì)胞對(duì)葡萄糖或者氨基酸等有機(jī)物吸收的能量由蘊(yùn)藏在Na+電化學(xué)梯度中的勢(shì)能提供。Na+-K+泵工作形成的Na+電化學(xué)梯度驅(qū)動(dòng)葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)載體以同向協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)的方式將葡萄糖等有機(jī)物轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞，再以協(xié)助擴(kuò)散的方式轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入血液，完成對(duì)葡萄糖的吸收。第30頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五Ca2+泵細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的低濃度Ca2+的維持主要是因?yàn)橘|(zhì)膜或細(xì)胞器膜上的鈣泵將鈣離子泵到了細(xì)胞外或細(xì)胞器內(nèi)。Ca2+泵分布在所有真核細(xì)胞質(zhì)膜和某些細(xì)胞器如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、葉綠體和液泡膜上。每消耗一個(gè)ATP分子,從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)泵出兩個(gè)Ca2+。細(xì)胞質(zhì)膜上的Ca2+泵其羧基端是鈣調(diào)蛋白的結(jié)合位點(diǎn),當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高時(shí),Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合形成激活復(fù)合物并與Ca2+泵結(jié)合,進(jìn)而調(diào)節(jié)Ca2+泵活性,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)型的Ca2+泵沒有鈣調(diào)蛋白的結(jié)合。第31頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白也是由ATP驅(qū)動(dòng)的，對(duì)底物或底物的基團(tuán)有特異性。正常生理?xiàng)l件下，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是細(xì)菌質(zhì)膜上糖、氨基酸、磷脂和肽的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，是哺乳類細(xì)胞質(zhì)膜上磷脂、親脂性藥物、膽固醇和其他小分子的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。ABC蛋白在肝、小腸和腎等器官分布豐富，它們能將天然毒物和代謝廢物排出體外。ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能異常：囊性纖維化ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與抗藥性：MDR（多藥抗性轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）第32頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五胞吞作用和胞吐作用是完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，又稱膜泡運(yùn)輸或批量運(yùn)輸(bulktransport)，屬于主動(dòng)運(yùn)輸。胞吞作用和胞吐作用同時(shí)進(jìn)行，保證細(xì)胞膜面積和細(xì)胞體積的恒定。胞吞作用與胞吐作用一、胞吞作用的類型二、胞吐作用第33頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五是原生生物攝取食物的一種方式。在高等生物體內(nèi)，吞噬作用發(fā)生于巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞，主要是清除侵染機(jī)體的病原體以及衰老或凋亡的細(xì)胞。吞噬作用需要被吞噬物與吞噬細(xì)胞表面結(jié)合并激活細(xì)胞表面受體，將信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)并引起細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)，是一個(gè)信號(hào)觸發(fā)的過程。該過程需要微絲及其結(jié)合蛋白的參與。Lipofuscin，細(xì)胞衰老吞噬作用一種小分子GTP結(jié)合蛋白—發(fā)動(dòng)蛋白(dynamin)在深陷包被小窩的頸部組裝成環(huán)，引起頸部縊縮，形成包被膜泡。網(wǎng)格蛋白本身并不起捕獲特異轉(zhuǎn)運(yùn)分子的作用，有特異性選擇作用的是銜接蛋白(adaptin)。第34頁，共35頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)38分，星期五

胞吐作用是細(xì)胞內(nèi)合成的生物大分子（蛋白質(zhì)和脂質(zhì)等）和代謝物以分泌泡的形式與質(zhì)膜融合而將內(nèi)含物分泌