第二章 細(xì)胞膜動(dòng)力學(xué)和跨膜信號(hào)通訊

第二章細(xì)胞膜動(dòng)力學(xué)和跨膜信號(hào)通訊

目的：了解細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)，掌握細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的形式和影響因素。第一節(jié)細(xì)胞膜超微結(jié)構(gòu)和物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)一、生物膜的分子結(jié)構(gòu)及其組成（一）細(xì)胞膜（或質(zhì)膜）：把C內(nèi)容物與外界分開，允許某些物質(zhì)通透。細(xì)胞膜的功能：１、保護(hù)：屏障作用。２、轉(zhuǎn)運(yùn)：載體、通道、離子泵。３、識(shí)別：膜外側(cè)的糖鏈。４、信息傳遞：受體——化學(xué)信息。通道——生物電信息。（二）膜（生物膜、單位膜）的組成和分子結(jié)構(gòu)組成：電鏡下三層：內(nèi)外側(cè)致密帶、中間透明帶各2.5nm。由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、少量糖組成。結(jié)構(gòu)：1972年singer提出“流體鑲嵌模型”（fluidmosaicmodel）學(xué)說，即：C膜以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌著不同生理功能的α—螺旋或球形蛋白質(zhì)。1.脂質(zhì)雙分子層親水磷酸和堿基朝向C內(nèi)外。磷脂>70%疏水的烴基，朝向膜中間。脂質(zhì)膽固醇<30%2.細(xì)胞膜蛋白質(zhì)表面蛋白質(zhì)（peripheralprotein）：肽鏈的氨基酸集團(tuán)與脂質(zhì)極性基團(tuán)結(jié)合，分布于膜的內(nèi)側(cè)或外側(cè)表面。整合蛋白質(zhì)（integratedprotein）：肽鏈一次或反復(fù)多次貫穿脂質(zhì)雙分子層，兩端露出膜的兩側(cè)。膜蛋白質(zhì)的作用：（1）構(gòu)成C膜的載體、通道或離子泵，與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。（2）構(gòu)成C膜的受體，與激素結(jié)合后把信息傳入C內(nèi)。（3）酶：起催化作用。（4）免疫功能（5）肌纖蛋白（actin）：具收縮作用，在C吞噬、吞飲、變形運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮作用。3.細(xì)胞膜的糖類量少、有寡糖、多糖，與膜脂質(zhì)及蛋白質(zhì)在碳?xì)滏湺艘怨矁r(jià)鍵形式結(jié)合形成糖脂或糖蛋白，作為C“標(biāo)記”膜受體的“識(shí)別”部分

4.膜的特征：流動(dòng)性、不對(duì)稱。二、細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)通透性：物質(zhì)通過膜的難易程度。（一）單純擴(kuò)散：指脂溶性物質(zhì)通過細(xì)胞膜由高濃度側(cè)向低濃度側(cè)擴(kuò)散的過程。如氧氣、二氧化碳、一氧化氮、尿素等；水分子極小，膜對(duì)它高度通透，從低滲透壓區(qū)域向高滲透壓區(qū)域移動(dòng)；水溶性分子可通過水孔蛋白形成的特異通道跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。擴(kuò)散通量：跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)的凈移動(dòng)量。影響因素：①

細(xì)胞膜兩側(cè)該物質(zhì)的濃度差②

該物質(zhì)通過細(xì)胞膜的難易程度。（二）膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)1．易化擴(kuò)散：水溶性小分子或離子(Na＋、K＋、Ca2＋等）在特殊膜蛋白的幫助下，由細(xì)胞膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)擴(kuò)散的過程.（1）經(jīng)載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等經(jīng)載體易化擴(kuò)散具有以下特性：①結(jié)構(gòu)特異性。②飽和現(xiàn)象。③競(jìng)爭(zhēng)性抑制。（2）經(jīng)通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散溶液中的Na+、K+、Ca2+、Cl-等帶電離子.中介這一過程的膜蛋白稱為離子通道

,如K+通道、Na+通道、Ca+通道等。離子通道的特征主要是：①

離子選擇性。②

門控特性。被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn):以單純擴(kuò)散和易化擴(kuò)散的方式轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)分子移動(dòng)的動(dòng)力是膜兩側(cè)存在的濃度差（或電位差）所含的勢(shì)能，它不需要細(xì)胞另外提供能量.2．主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：指細(xì)胞通過本身的耗能過程，將物質(zhì)分子或離子由膜的低濃度一側(cè)移向高濃度一側(cè)的過程。原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（由ATP直接供能）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（由ATP間接供能）。（1）原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：細(xì)胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量，將物質(zhì)分子或離子逆濃度梯度或電位梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。介導(dǎo)這一過程的膜蛋白稱為離子泵。離子泵具有水解ATP的能力，稱作ATP酶(ATPase)。①鈉-鉀泵：簡(jiǎn)稱鈉泵、Na+/K+-ATPase、鈉-鉀依賴ATP酶、Na+-K+dependentATPase。有Mg2+時(shí)，每分解一個(gè)ATP泵出3個(gè)Na+，泵入2個(gè)K+。鈉泵活動(dòng)重要的生理意義：A、維持細(xì)胞正常的滲透壓與形態(tài)。B、建立的Na+濃度勢(shì)能貯備是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（G、aa）跨小腸和腎小管上皮等跨膜主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的能量來源叫繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)或聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)。②Ca2+-ATPase存在于質(zhì)膜和一些細(xì)胞器膜中。位于肌質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+-ATPase由10次跨膜a螺旋構(gòu)成，有兩個(gè)Ca2+結(jié)合位點(diǎn)。③H+-ATPase存在于質(zhì)膜和一些細(xì)胞器膜中，如線粒體內(nèi)膜和溶酶體膜。將H+移出細(xì)胞。④H+/K+-ATPase存在于胃和腎的一些泌酸細(xì)胞的質(zhì)膜中。每水解1分子ATP.可將1個(gè)H+泵出細(xì)胞并泵回1個(gè)K+。（2）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

同向轉(zhuǎn)運(yùn)：如果被轉(zhuǎn)運(yùn)的離子或分子都向同一方向運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)體也稱為同向轉(zhuǎn)運(yùn)體，例如腎小管液中的葡萄糖、氨基酸和Cl-等與Na+的同向轉(zhuǎn)運(yùn)相偶聯(lián)。反向轉(zhuǎn)運(yùn)：如果被轉(zhuǎn)運(yùn)的離子或分子彼此向相反方向運(yùn)動(dòng)，相應(yīng)的轉(zhuǎn)運(yùn)體也稱為反向轉(zhuǎn)運(yùn)體。如腎小管細(xì)胞分泌H+、K+與Na+的反向轉(zhuǎn)運(yùn)相偶聯(lián)。（三）胞吞與胞吐

1.胞吞(1)吞噬:細(xì)菌、病毒等異物以及血漿脂蛋白顆粒、大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、組織碎片、多膚類激素等代謝產(chǎn)物

(2)胞飲:胞吮:無選擇性允許細(xì)胞外液進(jìn)入胞內(nèi)胞膜窖胞吮:濃縮和內(nèi)質(zhì)化小分子物質(zhì)，有利于轉(zhuǎn)運(yùn)大分子進(jìn)入毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞，并參與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。

受體介導(dǎo)式胞吞:蛋白類激素、生長(zhǎng)因子、抗體、胞質(zhì)蛋白，如攜帶Fe2+的運(yùn)鐵蛋白、低密度脂蛋白等2.胞吐：又稱出胞，是指細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)以分泌囊泡的形式排出細(xì)胞的過程，主要見于細(xì)胞的分泌活動(dòng)，如內(nèi)分泌腺細(xì)胞分泌激素，外分泌腺分泌酶原顆粒，粘液，神經(jīng)細(xì)胞軸突末梢釋放神經(jīng)遞質(zhì)等。

在大多數(shù)細(xì)胞中，激發(fā)胞吐的過程都與鈣濃度的變化有關(guān)。

第二節(jié)

細(xì)胞間通訊和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

一、離子通道受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)傳遞(一)化學(xué)門控通道：當(dāng)細(xì)胞外物質(zhì)與膜上的特異膜蛋白結(jié)合時(shí)，能引起這些蛋白構(gòu)型的變化，使通道開放。

煙堿型ACh受體；細(xì)胞內(nèi)cGMP（磷酸二脂酶）的濃度發(fā)生變化時(shí)，將引起Na+通道的開放與關(guān)閉；氨基酸受體以及ATP受體、5-羥色胺受體等。(二)電壓門控通道：分子結(jié)構(gòu)中，存在若干對(duì)跨膜電位變化敏感的基團(tuán)。當(dāng)膜去極化(或稱除極化，下同)達(dá)到一定水平時(shí)，通道蛋白質(zhì)的分子構(gòu)象發(fā)生改變，于是通道的閘門即被打開，離子通過開放的通道實(shí)現(xiàn)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。在細(xì)胞膜上，有一些離子通道總是處于開放狀態(tài)，這些通道屬于被動(dòng)的非門控通道，但大多數(shù)通道是屬門控式的。目前發(fā)現(xiàn)至少有三種Na+通道、五種K+通道和三種Ca2+通道屬于電壓門控通道。

二、G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

1．G蛋白耦聯(lián)受體。2．G蛋白

鳥苷酸結(jié)合蛋白，簡(jiǎn)稱G蛋白，G蛋白的種類很多。G蛋白通常由、、

三個(gè)亞單位組成。3．G蛋白效應(yīng)器

指催化生成或分解第二信使的酶。G調(diào)控的效應(yīng)器酶主要有腺苷酸環(huán)化酶(AC)，磷脂酶C(PLC)，磷脂酶A2(PLA2)，鳥苷酸環(huán)化酶(GC)和cGMP磷酸二脂酶(PDE)。4．第二信使

激素、遞質(zhì)和細(xì)胞因子等信號(hào)分子即第一信使作用于細(xì)胞膜后產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子，它們可把細(xì)胞外信號(hào)分子所攜帶的信息轉(zhuǎn)入細(xì)胞內(nèi)。重要的第二信使有環(huán)-磷酸腺苷(cAMP)，三磷酸肌醇(IP3)，二酰甘油(DG)、環(huán)-磷酸鳥苷(cGMP)和鈣離子等。

三、酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

不需要G蛋白的參與，也沒有第二信使的產(chǎn)生。酶耦聯(lián)受體分子的胞質(zhì)一側(cè)自身具有酶的活性，或者可直接結(jié)合并激活胞質(zhì)中的酶。（一）酪氨酸激酶受體：貫穿脂質(zhì)雙層的整合蛋白，一般只有一個(gè)跨膜螺旋，它在膜外側(cè)有配體的結(jié)合位點(diǎn)，而伸入胞質(zhì)的一端具有酪氨酸激酶的結(jié)構(gòu)域，但也有一些受體本身并不具有酶活性部位，但可直接與胞質(zhì)中的酪氨酸激酶結(jié)合。

（二）鳥苷酸環(huán)化酶受體

一種位于質(zhì)膜上，另一種可存在于胞質(zhì)中。位于質(zhì)膜中的鳥苷酸環(huán)化酶受體有一個(gè)跨膜a螺旋，分子N端位于胞外，有與配體結(jié)合的位點(diǎn);位于膜內(nèi)側(cè)的C端有鳥苷酸環(huán)化酶的結(jié)構(gòu)域，可被激活調(diào)節(jié)胞內(nèi)cGMP的生成。在有些細(xì)胞中，鳥苷酸環(huán)化酶受體位于胞質(zhì)中，第一信使如NO是通過擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，然后與之結(jié)合再誘導(dǎo)cGMP生成的。