医学细胞生物学-细胞膜与细胞表面.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本章内容,4.1 细胞膜的化学组成,4.2 细胞膜的分子结构模型及特性,4.3 细胞表面及其功能,4.4 细胞表面的特化结构,1,质膜与细胞内膜,2,细胞的生物膜体系,3,细胞表面的范畴,6,4.1 细胞膜的化学组成,膜 脂-构成膜的主体,蛋白质-参与构成膜主体,糖 类-3%10%,(,糖脂、糖蛋白,),水 -膜的内外表面，80自由水,无机盐-少量，为膜蛋白组分,不同细胞的膜，三种主要物质比例相差大,7,膜中各成分的比例,膜脂,蛋白质,糖类,其它,8,膜结构研究的好材料,9,红细胞,Red Blood Cell是结构最简单的细胞:,成熟的红细胞没有细胞器；,质膜是红细胞惟一的膜结构；,红细胞质膜易于提纯和分离；,人们对膜结构的认识，大多来自于对,红细胞膜结构的研究。,10,红细胞膜超微结构,11,4.1.1,膜脂,（,磷脂、糖脂、胆固醇,）,1、,磷脂,磷脂酰胆碱 （,卵磷脂,）,磷脂酰乙醇胺（,脑磷脂,）,神经鞘磷脂 （,鞘磷脂,）,磷脂酰肌醇,磷脂酰丝氨酸,12,卵磷脂的结构,l,头部:,胆碱+磷酸+甘油,极性、亲水,l,尾部:,脂肪酸,非极性、疏水,13,磷脂分子的性质,14,脂质体(Liposome),除作为生物膜的研究模型，更重要的用途是作为临床上各种药物的载体；遗传性疾病基因疗法中靶基因的运载体，可将靶基因高效率地导入待治疗的细胞。,15,脂质体的形成,16,2,、,胆固醇,存在于真核细胞膜中，,兼性分子,极性头部,非极性尾部,功能：增加膜稳定性，,调节膜流动性。,17,胆固醇与磷脂的关系,18,3、糖脂的结构与功能,糖脂磷脂衍生物,糖基取代磷脂头部的磷酸胆碱。,糖脂功能：,膜受体。,19,4.1.2 膜蛋白种类、分布和功能,膜蛋白 约占细胞总蛋白 25,膜各种功能的执行者,1.按位置分:,外周蛋白膜内外表面,镶嵌蛋白嵌在脂质双分子层中,or 跨膜存在（跨膜蛋白）,20,外周蛋白,镶嵌蛋白,磷脂双层,外周蛋白,镶嵌蛋白,膜蛋白的种类和位置,21,22,2.按膜蛋白与膜脂的相互关系分：,以单一的螺旋形式伸展越过脂质双层的跨膜蛋白,以多个螺旋形式多次越过质膜的球形蛋白,位于质膜内表面的膜外在蛋白,位于质膜外表面的膜外在蛋白,位于膜脂双分子层内表面的膜外周蛋白,位于膜脂双分子层外表面的膜外周蛋白,23,3.按功能分：,运输蛋白 连接蛋白 受体蛋白 催化蛋白,24,本章内容,4.1 细胞膜的化学组成,4.2 细胞膜的分子结构模型与特性,4.3 细胞表面及其功能,4.4 细胞表面的特化结构,25,4.2 细胞膜的分子结构模型及特性,4.2.1 膜的分子结构模型,eg：,单位膜模型、流动镶嵌模型,26,流动镶嵌模型,27,流动镶嵌模型,要点：,强调了膜结构的,流动性,。,强调了膜结构的,不对称性,和,不均匀性,。,膜的功能是由,蛋白与蛋白,、,蛋白与脂质,、,脂质与脂质,之间复杂的相互作用实现的。,28,4.2.2 细胞膜的特性,1,、,膜的不对称性,（,膜脂、膜蛋白不对称）,29,2、细胞膜的流动性,膜的动态结构，由膜分子的运动决定,。,磷脂双分子层具流动性。,生理温度下，处于液态与晶态间的过渡状态,-液晶态,（由磷脂的各种运动引起）。,温度下降，液晶态 晶态，,温度上升，晶 态 液晶态，,这种膜状态的改变称为 相变。,引起相变的临界温度称为相变温度。,30,膜脂的运动,温度高于相变温度 液晶态的膜脂流动，即膜脂分子的运动。,其运动方式有以下四种：,翻转运动,测向扩散,钟摆运动,旋转运动,31,膜脂的流动性示意,32,膜蛋白的运动,细胞膜脂的运动使膜蛋白产生了运动。,膜蛋白的运动方式,：,转动,侧向扩散（在磷脂海洋中漂浮的冰山）,证明膜蛋白流动性的实验：,人鼠细胞融合实验,.,33,人鼠细胞杂交实验,34,3.细胞膜的选择透性,选择透性（,半透性,）：,让部分物质通过。,细胞膜对不同性质物质的通透性差异大,一般地：,脂溶性、分子小、不带电物质易透过。,eg：水分子、磺胺药，易透过膜,35,本章内容,4.1 细胞膜的化学组成,4.2 细胞膜的分子结构模型与特性,4.3 细胞表面及其功能,4.4 细胞表面的特化结构,36,4.3 细胞膜的功能,保护屏障、物质和信号交换的门户,物质转运,、,信息传递,、能量转换、,细胞识别、细胞免疫、细胞分裂、,细胞分化、细胞凋亡,37,4.3.1 细胞膜的概念,功能：,支撑保护、物质交换、信息传导、,细胞识别、细胞通信、细胞连接、,38,4.3.2 物质转运功能,不同物质（小分子、大分子）,以不同方式转运。,1.跨膜转运,被动运输 主动运输(小分子),2,.,膜泡运输,胞吞作用,胞吐作用(大分子),39,物质的跨膜转运概况,40,1、跨膜转运,（1）被动运输：,不需耗能，顺浓度梯度。,（2）主动运输,：需耗能、膜蛋白，逆浓度梯度。,41,（1）被动运输,简单扩散（自由扩散）-仅要浓度梯度,易化扩散（帮助扩散）-还要载体蛋白,通道扩散 -还要通道蛋白,42,小分子穿膜转运图解,43,自由扩散,（Free diffusion）,又称简单扩散,（simple diffusion）,。,它不要膜蛋白的帮助,也不消耗ATP,仅靠膜的两侧,被转运的物质,保持一定的浓度差。,44,易化扩散（帮助扩散）图解,45,载体蛋白,（,carrier proteins）,*特点:,1.具有特异性；,2,.,参与被动运输；,3.参与主动运输。,46,载体蛋白的工作原理,47,通道扩散,通道蛋白介导的跨膜转运,典型的膜通道：,水通道蛋白（aquaporin）,离子通道蛋白（ion channel）,eg：神经细胞、肌肉细胞的离子通道,。,离子通道转运的特点：,1、速度快（百万每秒，比载体快千倍）；,2、选择性：Na,+,K,+,Ca,2+,Cl,-,通道不同；,3、多数非持续开放（闸门控制）；,4、被动转运，无需ATP。,48,通道蛋白,（Channel proteins）,已发现通道蛋白50多种，主要是,离子通道,(ion channel),。,通道蛋白,持续开放的、非持续开放（,闸门,）,闸门通道,(,gated channel,),：间断开放通道。,49,闸门通道,(gated channel),电压闸门通道,-电位差变化时开放。,（要电压刺激）,配体闸门通道,-配体受体结合时开放,（要配体刺激）,离子闸门通道,-离子浓度变化时开放,（要离子刺激,）,50,配体闸门通道图解,51,电压闸门通道示意,（动画）,52,水通道蛋白,（,aquaporin，AQP）,水的分子通道,在哺乳动物已发现有13种水通道蛋白，构成水通道蛋白家族。第一个水通道蛋白,AQP1,于,1988,年发现，是人红细胞膜的一 种主要蛋白。它可使红细胞快速膨胀和收缩以适应细胞间渗透性的变化。AQP1蛋白也存在于其他组织的细胞中。AQP1能让水自由通过，不许离子或其他小分子通过。,美国霍普金斯大学医学院彼得.阿格雷（Peter Agre）教授因发现水通道蛋白获2003年诺贝尔化学奖。,“水通道蛋白与肺水肿”“,水通道蛋白与脑水肿,”，“,腹泻大鼠结肠水通道蛋白4的表达与分布研究,”,53,（2）,主动运输,（active transport,）,特点,：,消耗ATP、需要载体蛋白、逆浓度梯度,类型：,1.ATP直接供能的（,离子泵,）,2.ATP间接供能的（,协同运输,）,3.光能驱动的,（,光驱动泵,）,54,主动运输的三种基本类型,协同运输,ATP驱动泵,光驱动泵,方向！,55,1.ATP直接供能的主动运输,钠钾泵,（Na,+,-K,+,泵）-转运 Na,+,、K,+,钙泵,（,Ca,2+,泵）-转运 Ca,2+,氢泵,（H,+,泵）-转运 H,+,泵的本质,：,有ATP酶活性的蛋白。,56,钠钾泵,（Na,+,-K,+,pump,）,又称Na,+,-K,+,ATPase,或,Na,+,/K,+,交换泵。,存在于一切动物细胞的质膜上。,由两个亚基（,、,）构成。,亚基,多次跨膜蛋白。,具ATP酶,活性，有,Na,+,和,K,+,的,结合位点。,亚基,具组织特异性，糖蛋白。,57,钠钾泵的结构特点,58,钠钾泵的工作机理,在细胞内侧,亚基与Na,+,结合促进ATP水解，,上的一个天冬氨酸磷酸化引起亚基的构象变化，将Na,+,泵出胞外。,同时，胞外的K,+,与亚基的另一位点结合，使其去磷酸化，亚基构象变回原状，将K,+,泵进细胞，完成一个循环。,59,钠钾泵的工作原理,（每秒运转1000次）,60,钠钾泵工作原理示意,61,2.,ATP间接供能的主动运输,协同运输,利用离子泵所产生的离子浓度差,（势能）,同向伴随运输,（cotransport symport）,反向伴随运输,（cotransport antiport）,62,协同运输示意图,单向运输 同向伴随运输 反向伴随运输,63,葡萄糖与钠离子的同向伴随运输,64,伴随运输（,共运输,）动画,65,小肠上皮细胞吸收肠腔中葡萄糖的过程,66,2、膜泡运输,（1）特点,：,膜的变形与断裂,消耗能量,转运大分子,主动运输,67,胞吞作用：,吞饮作用-对液体or小颗粒,吞噬作用-对较大颗粒,受体介导入胞作用-,特异吞噬or吞饮,需膜受体。,胞吐作用：,细胞分泌、废渣的排除。,（2）分类,68,69,胞吐作用,70,受体介导的胞吞过程,71,LDL（胆固醇）颗粒的结构,72,胆固醇入胞示意图,73,4.3.3 细胞表面受体与细胞通讯,1、细胞表面受体与细胞识别,2、细胞通讯的机制,74,细胞通讯与信号传递示意图,75,1、细胞表面受体 与 细胞识别,（1）细胞表面受体（cell surface,receptor)=膜受体。,细胞表面能结合配体产生生物效应的膜蛋白分子。多为糖蛋白，种类多，结构复杂。,（2）细胞识别（cell recognition）,通过膜受体对其他细胞及各种化学信号分子的认识和鉴别。,76,细胞表面受体举例,77,细胞表面受体分三类,离子通道偶联受体（ion-channel-linked receptor）,G蛋白偶联受体（G-protein-linked receptor）；,酶偶联受体（enzyme-linked receptor）,第一类主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞；,后两种存在于几乎所有类型的细胞。,78,79,2、跨膜信息传递的机理,（1）环腺苷酸信号通路,cAMP信号体系,受体,-激活型激素受体（Rs）或抑制型激素受体（Ri）；,调节,蛋白-G蛋白,-活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）；,腺苷酸环化酶,（AC）-使ATP 成 cAMP,80,刺激型与抑制型G蛋白的作用,81,cAMP信号通路示意图,82,cAMP信号通路示意图,腺苷酸环化酶,环腺苷酸,83,环腺苷酸信号传递的机理,配体（第一信使）结合受体；,受体释放信号给G蛋白；,G 蛋白结合GTP被激活；,G蛋白激活腺苷酸环化酶（AC）；,AC使ATP变成cAMP(第二信使）,cAMP在细胞内产生生物学效应,eg：激活蛋白激酶A,84,cAMP信号通路的主要效应,85,cAMP信号通路的主要效应,激素 G蛋白偶联受体 G蛋白腺苷酸环化酶 cAMP 蛋白激酶A基因调控蛋白,基因转录,。,86,细胞内的信号转导,87,（2）磷脂酰肌醇信号通路,特点：,以三磷酸肌醇（IP3）和甘油二脂（DG）作第二信使；,作用更广泛；相关受体 25 种以上。,构成：,受体 G蛋白 磷脂酶 C (PLC),88,磷脂酰肌醇信号传递的机理,配体结合并激活受体,受体激活G蛋白,G蛋白激活磷脂酶 C（PLC）,PLC水解磷脂酰肌醇二磷酸(PIP,2,),三磷酸肌醇（IP3）和甘油二脂（DG）,89,肌醇信号通路的机理,磷脂酶C相当于AC,90,本章小结,细胞膜的化学成分；,细胞膜的分子结构（图解）,；,细胞膜的特性；,三种被动转运方式的比较；,钠钾泵的作用原理；,受体介导的入胞作用的过程；,环腺苷酸信号通路与磷酸肌醇通路的比较,91,第四章完,92,