細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜

細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜第1頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二一、生物膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)二、小分子物質(zhì)的跨膜運輸三、大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運輸四、質(zhì)膜的特化結(jié)構(gòu)和功能第2頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞膜的分子組成與分子結(jié)構(gòu)一、細(xì)胞膜的化學(xué)組成二、細(xì)胞膜的特性三、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型第3頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞膜的化學(xué)組成組成膜脂膜蛋白膜糖類磷脂（phospholipid）

膽固醇（cholesterol）構(gòu)成膜主體糖脂（glycolipid）

第4頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二

膜的流動性(fluidity)兩個特性

膜的不對稱性(asymmetry)

生物膜的特性第5頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二（一）片層結(jié)構(gòu)模型(lamellastructuremodel)

細(xì)胞膜是蛋白質(zhì)-磷脂-蛋白質(zhì)三層夾板式結(jié)構(gòu)。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)模型第6頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二（二）單位膜模型（unitmembranemodel）

細(xì)胞膜都呈現(xiàn)清晰的兩暗夾一明的三層結(jié)構(gòu)。第7頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二

（三）流動鑲嵌模型（fluidmosaicmode）

流動的脂類雙分子層構(gòu)成了細(xì)胞膜的連續(xù)主體，蛋白質(zhì)分子無規(guī)則地分散在脂類的海洋中。強調(diào)了膜的流動性及不對稱性，較好解釋了生物膜的功能特點。第8頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二

（四）脂筏模型（lipidraftmodel）

生物膜上膽固醇和鞘磷脂富集而形成有序脂相，如同脂筏一樣載著各種蛋白，是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)。

第9頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二第10頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二第二節(jié)細(xì)胞膜與細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運本節(jié)重點1.物質(zhì)跨膜運輸?shù)母鱾€相關(guān)概念2.掌握物質(zhì)跨膜運輸?shù)念愋停攸c第11頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二代謝廢物細(xì)胞內(nèi)容物有害分子、微生物等營養(yǎng)成分營養(yǎng)物質(zhì)分子選擇通透第12頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二膜內(nèi)外物質(zhì)的運輸膜內(nèi)外物質(zhì)的運輸小分子運輸大分子運輸被動運輸主動運輸胞吐作用胞吞作用穿膜運輸膜泡運輸?shù)?3頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二小分子物質(zhì)的跨膜運輸幫助擴散被動運輸主動運輸?shù)?4頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二

（一）被動運輸（passivetransport）是指物質(zhì)順濃度梯度，由濃度高的一側(cè)通過膜運輸?shù)綕舛鹊偷囊粋?cè)的穿膜擴散，不消耗代謝能的運輸方式。被動運輸單純擴散通道擴散載體擴散｝轉(zhuǎn)運蛋白不同第15頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二1.單純擴散（simplediffusion）幫助擴散被動運輸主動運輸?shù)?6頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二1.單純擴散（simplediffusion）

一些物質(zhì)不需要膜蛋白的幫助，能順濃度梯度自由擴散，通過膜的脂雙層，如苯、醇、類固醇類激素以及O2、N2等就是通過這種方式。第17頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二雙層膜對不同分子的相對透性氣體疏水分子小極性分子大極性分子帶電分子或離子第18頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二疏水(脂溶性)的小分子不帶電的極性小分子自由通透：強第19頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二單純擴散的特點不需要膜蛋白的幫助不消耗ATP細(xì)胞膜兩側(cè)有一定的濃度差第20頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二第21頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二

（一）被動運輸（passivetransport）

被動運輸單純擴散通道擴散載體擴散第22頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二

膜轉(zhuǎn)運蛋白（transportprotein）：是指細(xì)胞膜上負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運不能通過單純擴散穿膜的物質(zhì)的蛋白質(zhì)。如負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運各種離子、葡萄糖、氨基酸及各種代謝產(chǎn)物的載體蛋白和通道蛋白。通道蛋白（channelprotein）：在膜形成親水孔道，貫穿脂雙層，介導(dǎo)特定離子轉(zhuǎn)運。

載體蛋白（carrierprotein）：與特定溶質(zhì)分子結(jié)合，通過構(gòu)象改變進行物質(zhì)轉(zhuǎn)運。

第23頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二（二）通道擴散（channeldiffusion）幫助擴散被動運輸主動運輸?shù)?4頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二通道擴散通道蛋白介導(dǎo)適當(dāng)大小及帶電荷的物質(zhì)穿越細(xì)胞膜。第25頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二水通道(waterchannel)閘門通道(gatedchannel)電壓閘門通道（voltage-gatedchannel）配體閘門通道（ligand-gatedchannel）channel第26頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二水通道(waterchannels)

1991年P(guān)eterAgre發(fā)現(xiàn)第一個水通道蛋白CHIP28,他將CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母細(xì)胞中，在低滲溶液中，卵母細(xì)胞迅速膨脹，5分鐘內(nèi)破裂。目前在人類細(xì)胞中已發(fā)現(xiàn)的此類蛋白至少有11種，被命名為水通道蛋白(Aquaporin，AQP)。第27頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二第28頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二水的跨膜運輸1.穿越膜質(zhì)雙分子層簡單擴散

2.水通道介導(dǎo)轉(zhuǎn)運

第29頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二2003年，美國科學(xué)家彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農(nóng)，分別因?qū)?xì)胞膜水通道，離子通道結(jié)構(gòu)和機理研究而獲諾貝爾化學(xué)獎。PeterAgreRoderickMacKinnon

第30頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二閘門通道(gatedchannel):絕大多數(shù)跨膜通道蛋白具有閘門作用，僅在特定刺激發(fā)生反應(yīng)的瞬間打開稱閘門通道。電壓閘門通道（voltage-gatedchannel）:膜電位發(fā)生變化可刺激閘門開放的閘門通道。配體閘門通道（ligand-gatedchannel）:細(xì)胞內(nèi)外的配體與細(xì)胞表面的受體結(jié)合，引起通道蛋白構(gòu)象改變使閘門開放稱為配體閘門通道。第31頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二第32頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二第33頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二第34頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二通道蛋白配體高濃度低濃度電化學(xué)梯度第35頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二通道在神經(jīng)元與肌細(xì)胞的沖動傳遞過程中起重要作用。

Eg:含羞草的閉葉反應(yīng)，草履蟲的快速轉(zhuǎn)向運動，內(nèi)耳聽覺的感應(yīng)。第36頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二第37頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二通道蛋白轉(zhuǎn)運的主要特性運輸?shù)乃俣瓤焓禽d體蛋白效率的1000倍。不耗能即通道均屬被動運輸。不是持續(xù)開放的有“閘門”控制,在受到膜電位或化學(xué)信號刺激后短暫開放。第38頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二單純擴散不需要膜蛋白的幫助不消耗ATP靠膜兩側(cè)保持一定的濃度差運輸物質(zhì)。通道擴散需要通道蛋白的幫助第39頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二（三）載體擴散第40頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二載體擴散借助于細(xì)胞膜上載體蛋白的構(gòu)象變化而順濃度梯度的物質(zhì)運輸方式。載體蛋白(carrierprotein)：一類跨膜蛋白，與特定物質(zhì)結(jié)合，可通過自身構(gòu)象的改變使物質(zhì)穿越細(xì)胞膜。第41頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二載體蛋白介導(dǎo)的被動運輸載體蛋白在胞外結(jié)合葡萄糖分子→構(gòu)象變化→結(jié)合位點轉(zhuǎn)至胞內(nèi)側(cè)→釋放葡萄糖分子→構(gòu)象恢復(fù)。第42頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二載體蛋白介導(dǎo)運輸?shù)奶攸c（1）載體蛋白具有高度的特異性。（2）通過載體易位機制轉(zhuǎn)運,不耗能。（3）載體蛋白的飽和性。第43頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二單純擴散不需要膜蛋白的幫助不消耗ATP靠膜兩側(cè)保持一定的濃度差運輸物質(zhì)。載體擴散需要載體蛋白的幫助第44頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二小分子物質(zhì)的跨膜運輸幫助擴散被動運輸主動運輸?shù)?5頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二主動運輸（activetransport）在載體蛋白的幫助下，細(xì)胞膜利用能量來驅(qū)動物質(zhì)的逆濃度梯度方向的運輸方式離子泵（ionpump）伴隨運輸（co-transport）第46頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二離子泵具有載體和酶的雙重作用，具有專一性，如鈉鉀泵、鈣泵、質(zhì)子泵等。能量來源：ATP離子泵第47頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二Na+-K+泵：（Na+-K+-ATP酶）

Na+-K+pump,Na+-K+ATPase第48頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二第49頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二細(xì)胞質(zhì)Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+小亞基大亞基大亞基ATPADP+Pi鉀濃度梯度[30倍]鈉濃度梯度[13倍]小亞基大亞基大亞基小亞基大亞基大亞基Pi鈉結(jié)合部位鉀結(jié)合部位Na+Na+Na+Na+K+KNa++泵Mg+PiPiK+K+K+大亞基小亞基大亞基大亞基小亞基大亞基大亞基第50頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二每消耗1分子ATP，泵出3個Na+，泵入2個K+

一般動物細(xì)胞要消耗1/3總ATP來維持細(xì)胞內(nèi)低Na+，高K+的離子環(huán)境，以維持細(xì)胞正常的生命活動第51頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二結(jié)構(gòu):由大、小兩個亞基組成大亞基為一多次穿膜跨膜蛋白大亞基的胞質(zhì)胞質(zhì)側(cè)有一個ATP結(jié)合位點和三個Na+結(jié)合位點在膜的外側(cè)面大亞基上有2個K+結(jié)合位點和1個ouabain(烏本苷，能抑制ATP酶)結(jié)合位點；小亞基為一糖蛋白，其作用仍不甚清楚Na+-K+泵：（Na+-K+-ATP酶）

Na+-K+pump,Na+-K+ATPase第52頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二Na＋－K＋泵運輸Na＋、K＋的意義:直接效應(yīng)—維持胞內(nèi)低鈉高鉀的離子梯度。間接效應(yīng)——調(diào)節(jié)細(xì)胞容積，維持胞內(nèi)外滲透壓平衡。用烏本苷處理細(xì)胞，細(xì)胞很快漲破。產(chǎn)生的Na＋濃度差是某些物質(zhì)如葡萄糖和一些氨基酸運輸?shù)碾娀瘜W(xué)勢能保障。胞內(nèi)高濃度K＋為蛋白質(zhì)合成及糖酵解所需的重要酶活動提供了重要條件。參與形成膜電位。第53頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二Ca2+泵：（Ca2+-ATP酶）

Ca2+pump,Ca2+ATPase第54頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二肌漿網(wǎng)Ca2+

細(xì)胞質(zhì)Ca2+

（肌細(xì)胞收縮）Ca2+從細(xì)胞質(zhì)泵入肌漿網(wǎng)（肌細(xì)胞舒張）激活Ca2+-ATP酶順濃度差釋放到肌細(xì)胞質(zhì)第55頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二結(jié)構(gòu)：分子量為10萬的跨膜蛋白工作過程：水解一分子ATP運轉(zhuǎn)兩個Ca2+，反向運轉(zhuǎn)一個Mg2+意義：1、維持細(xì)胞內(nèi)低Ca狀態(tài)2、調(diào)節(jié)肌細(xì)胞的收縮與舒張第56頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二位置：細(xì)胞膜（植物細(xì)胞、真菌及細(xì)菌）和細(xì)胞器的膜意義：1、參與ADP合成ATP（線粒體，葉綠體）2、維持高酸性環(huán)境（溶酶體、胃內(nèi)及植物液泡）3、維持細(xì)胞質(zhì)內(nèi)恒定的PH7.0值H+-ATP酶（質(zhì)子泵）第57頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二2.離子梯度驅(qū)動的主動運輸

——伴隨運輸主動運輸（activetransport）1.離子泵第58頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二載體蛋白介導(dǎo)的協(xié)同運輸①協(xié)同運輸：一種物質(zhì)的運輸依賴于第二種物質(zhì)的同時運輸。②分類：協(xié)同運輸根據(jù)物質(zhì)運輸?shù)姆较蛴址譃椋?/p>

同向協(xié)同運輸：兩種伴物質(zhì)運輸方向相同。

逆向協(xié)同運輸：兩種伴隨物質(zhì)運輸方向相反。單運輸：與協(xié)同運輸相對，單一運輸一種物質(zhì)。第59頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二單向運轉(zhuǎn)同向運轉(zhuǎn)逆向運轉(zhuǎn)協(xié)同運輸?shù)?0頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二單運輸?shù)?1頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二同向協(xié)同運輸?shù)?2頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二逆向協(xié)同運輸?shù)?3頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二伴隨運輸是與離子梯度相偶聯(lián)的主動運輸過程，具體地講，這種過程是由膜上的Na+-K+泵和特異性的載體蛋白共同協(xié)作完成的。分類：同向運輸、逆向運輸。

第64頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二協(xié)同運輸舉例例1.Na+驅(qū)動葡萄糖的同向協(xié)同運輸（離子梯度驅(qū)動的主動運輸）細(xì)胞外Na+濃度↑---→膜內(nèi)外電化學(xué)梯度↑→Na+載體擴散→細(xì)胞內(nèi)----→葡萄糖同時入胞→Na+、葡萄糖與載體蛋白脫離→Na+被泵出細(xì)胞外→葡萄糖在細(xì)胞底部載體擴散到細(xì)胞外液中。Na+勢能第65頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二第66頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二小腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運葡萄糖入血2個鈉離子，運輸一分子葡萄糖第67頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二例2：逆向協(xié)同運輸(離子梯度驅(qū)動的對向運輸)如動物細(xì)胞的Na+-H+對向運輸。質(zhì)膜上有Na+-H+交換載體，Na+進入驅(qū)動H+流出，清除代謝產(chǎn)生的過多的H+，調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的pH值。第68頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二Na+-H+對向運輸?shù)?9頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二小分子物質(zhì)的跨膜運輸幫助擴散被動運輸主動運輸?shù)?0頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二膜內(nèi)外物質(zhì)的運輸膜內(nèi)外物質(zhì)的運輸小分子運輸大分子運輸被動運輸主動運輸胞吐作用胞吞作用穿膜運輸膜泡運輸?shù)?1頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二總結(jié)小分子物質(zhì)的運輸形式：⒈單純擴散----被動運輸⒉膜蛋白介導(dǎo)的運輸：①載體蛋白主動運輸

被動運輸(載體擴散):葡萄糖載體蛋白②通道蛋白：全部被動。閘門通道：配體閘門通道，電壓閘門通道離子泵：ATP供能協(xié)同運輸(離子梯度驅(qū)動的主動運輸)：電位勢能Na+-K+-ATP酶Ca2+-ATP酶H+-ATP酶葡萄糖-Na+Na+-Ca2+Na+-H+第72頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二名詞被動運輸單純擴散配體/電壓閘門通道載體擴散主動運輸伴隨運輸?shù)?3頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二復(fù)習(xí)題1.小腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運葡萄糖入血的方式？2.簡述Na+-K+-ATP酶的工作原理。第74頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二一、生物膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)二、小分子物質(zhì)的跨膜運輸三、大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運輸四、質(zhì)膜的特化結(jié)構(gòu)合功能第75頁，共85頁，2023年，2月20日，星期二大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運輸

膜泡運輸（membrane-vesicletransport）：大分子和顆粒物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運是由膜包圍形成小泡進行運輸。膜泡運輸特點：①伴隨著膜的運動，主要是膜本身結(jié)構(gòu)的融合、重組和移位。②與主動運輸一樣，也需要