细胞的基本结构和跨膜转运.ppt

LOGO第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能1可编辑版本本 章章 提提 纲纲 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能一一 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导二二 *细胞的生物电现象细胞的生物电现象三三 *肌细胞的收缩肌细胞的收缩 四四2可编辑版第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能一、细胞膜的结构概述一、细胞膜的结构概述 液态镶嵌模型液态镶嵌模型Fluid Mosaic Model 膜是以液态的膜是以液态的脂质双分子层脂质双分子层为基架，其间镶嵌着许多具有不为基架，其间镶嵌着许多具有不同结构和功能的同结构和功能的蛋白质蛋白质及少量及少量糖类。糖类。（又叫单位膜、生物膜）（又叫单位膜、生物膜）3可编辑版4可编辑版v脂质双分子层：脂质双分子层：磷脂磷脂(占占70%)、胆固醇胆固醇(占占30%)，屏障作用，保持细胞内容物的相对稳定；屏障作用，保持细胞内容物的相对稳定；v细胞膜蛋白质：可分为细胞膜蛋白质：可分为表面蛋白表面蛋白和和整合蛋白。整合蛋白。组成组成膜通道蛋白，载体蛋白，受体，酶膜通道蛋白，载体蛋白，受体，酶 细胞内外物质、能量、信息交换；细胞内外物质、能量、信息交换；v细胞膜糖类：细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂糖蛋白，糖脂 是细胞特异性的标志，作为膜蛋白受体识别是细胞特异性的标志，作为膜蛋白受体识别 部分参与免疫反应，如：部分参与免疫反应，如：RBC膜膜上的抗原上的抗原 决定簇；决定簇；5可编辑版二、细胞膜的物质跨膜转运功能二、细胞膜的物质跨膜转运功能 在新陈代谢过程中，细胞内、外的营养物质和代谢产物不在新陈代谢过程中，细胞内、外的营养物质和代谢产物不断地进行交换，细胞膜是细胞内、外物质交换的唯一途径。断地进行交换，细胞膜是细胞内、外物质交换的唯一途径。可分为：可分为：（一）（一）被动转运被动转运：单纯扩散；：单纯扩散；易化扩散（通过易化扩散（通过载体、通道载体、通道被动转运）；被动转运）；（二）（二）主动转运主动转运：原发性主动转运；：原发性主动转运；继发性主动转运；继发性主动转运；（三）（三）出胞和入胞出胞和入胞6可编辑版 图中用较大号字母表示溶液的高浓度。（图中用较大号字母表示溶液的高浓度。（a）通过脂双层的简单扩散；（）通过脂双层的简单扩散；（b）通过）通过膜整合蛋白形成的水性通道进行的被动运输；（膜整合蛋白形成的水性通道进行的被动运输；（c）通过同膜蛋白的结合进行的帮助扩）通过同膜蛋白的结合进行的帮助扩散，也同（散，也同（a）和（）和（b）一样，只能从高浓度向低浓度运输；（）一样，只能从高浓度向低浓度运输；（d）通过载体介导的主通过载体介导的主动运输，这种载体主要是酶，能够催化物质从低浓度向高浓度运输。动运输，这种载体主要是酶，能够催化物质从低浓度向高浓度运输。7可编辑版（一）被动转运（一）被动转运（passive transport）1.单纯扩散（单纯扩散（simple diffusion）：）：指指脂溶性高脂溶性高（疏水性或非极性程度较高）（疏水性或非极性程度较高）的小分子物质的小分子物质顺顺浓度梯度浓度梯度的跨膜物理扩散。的跨膜物理扩散。n物质：物质：O2、N2、CO2、乙醇、尿素、乙醇、尿素、水分子水分子等；等；n决定因素：物质的浓度梯度、构型；决定因素：物质的浓度梯度、构型；温度；温度；膜对物质的通透性；膜对物质的通透性；脂溶性分子的大小；脂溶性分子的大小；n特点：顺化学梯度转运；特点：顺化学梯度转运；不消耗不消耗ATP。8可编辑版9可编辑版2.易化扩散（易化扩散（facilitated diffusion）：）：一些一些非脂溶性或脂溶性较小非脂溶性或脂溶性较小的小分子物质，在膜上的小分子物质，在膜上载体载体蛋白蛋白和和通道蛋白通道蛋白的帮助下，的帮助下，顺电顺电-化学梯度化学梯度，从高浓度一侧向，从高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程。分低浓度一侧扩散的过程。分通道介导通道介导和和载体介导载体介导两类。两类。n特点：特点：顺化学梯度转运；顺化学梯度转运；不消耗不消耗ATP；膜蛋白对转运物质具有选择性膜蛋白对转运物质具有选择性（膜蛋白分子本身有结构特异性）；（膜蛋白分子本身有结构特异性）；膜通透性可变化膜通透性可变化.10可编辑版（1）载体介导载体介导的易化扩散的易化扩散n物质：物质：Glu、aa和和核苷酸等核苷酸等难通过胞膜难通过胞膜的物质；的物质；n转运过程：载体蛋白与物质转运过程：载体蛋白与物质结合结合载体蛋白分子变构载体蛋白分子变构 转运至转运至低浓度侧低浓度侧被转运物与载体蛋白被转运物与载体蛋白分离分离；n特点：特点：结构特异性结构特异性：每种载体蛋白只能转运某一种或某几种特定的物质；每种载体蛋白只能转运某一种或某几种特定的物质；（当某种载体蛋白能（当某种载体蛋白能同时同时同向或逆向转运同向或逆向转运两种或两种以上两种或两种以上物质时，这物质时，这类载体蛋白又常被称为类载体蛋白又常被称为转运体转运体）饱和饱和现象现象：当被转运物的浓度升高至一定浓度后，对该物的转运量将当被转运物的浓度升高至一定浓度后，对该物的转运量将不再随该物浓度的升高而增大，即达到极限；不再随该物浓度的升高而增大，即达到极限；竞争性竞争性抑制抑制11可编辑版12可编辑版 经载体易化扩散经载体易化扩散Facilitated diffusion via carrier13可编辑版14可编辑版饱饱和和现现象象15可编辑版（2）通道介导通道介导的易化扩散：的易化扩散：n物质：物质：Na+、K+、Ca2+、Cl-等带电离子，水分子等带电离子，水分子（经水通（经水通 道蛋白跨膜转运）；道蛋白跨膜转运）；n转运过程：转运过程：亲水性孔道开放亲水性孔道开放相应的带电离子经通道顺差相应的带电离子经通道顺差 （顺浓度梯度或电位梯度）（顺浓度梯度或电位梯度）跨膜快速移动跨膜快速移动；n特点：特点：转运效率转运效率大于载体介导的易化扩散；大于载体介导的易化扩散；具有具有离子选择性离子选择性（只允许某种或几种离子通过）；（只允许某种或几种离子通过）；具有具有门控性门控性；n通道门控性类型：通道门控性类型：a.电压电压门控通道；门控通道；b.化学化学门控通道；门控通道；c.机械机械门控通道；门控通道；16可编辑版a.电压门控通道（电压门控通道（voltage-gated ion channel）膜两侧膜两侧电位差的改变电位差的改变，导致通道构象改变，从而控制通道的，导致通道构象改变，从而控制通道的“开、关开、关”，也叫，也叫“电压依从性通道电压依从性通道”。如：。如：钠通道、钙通道和钠通道、钙通道和钾通道钾通道等。等。钠通道钾通道17可编辑版电压门控通道（电压门控通道（voltage-gated ion channel）膜通透性的大小取决于通道开放数目的多少膜通透性的大小取决于通道开放数目的多少18可编辑版静息状态静息状态激活状态激活状态失活状态失活状态刺激刺激电压依从性（随膜电位复极化进程）电压依从性（随膜电位复极化进程）时间依从性时间依从性电压门控通道（电压门控通道（voltage-gated ion channel）实例：神经轴突细胞膜上的某些实例：神经轴突细胞膜上的某些Na+通道；通道；心肌细胞上的钠通道等；心肌细胞上的钠通道等；电压门控通道的功能状态：电压门控通道的功能状态：n 静息状态静息状态（又称为备用状态）：通道关闭，能被激活开放。（又称为备用状态）：通道关闭，能被激活开放。n 激活状态：激活状态：通道开放，允许相应离子顺差跨膜移动。通道开放，允许相应离子顺差跨膜移动。n 失活状态失活状态：通道关闭并不能被激活。通道关闭并不能被激活。19可编辑版20可编辑版b.化学门控通道（化学门控通道（chemically-gated ion channel）受膜两侧受膜两侧某种化学物质控制某种化学物质控制开闭的通道。开闭的通道。如：骨骼肌细胞终板膜上的如：骨骼肌细胞终板膜上的N2-乙酰胆碱受体阳离子通道乙酰胆碱受体阳离子通道；21可编辑版 受某种受某种机械刺激机械刺激控制开闭的通道。控制开闭的通道。如：血压升高如：血压升高血管壁受到血管壁受到牵张牵张刺激刺激激活平滑肌细胞上激活平滑肌细胞上的机械门控通道的机械门控通道通道开放通道开放 Ca2+内流内流血管收缩血管收缩c.机械门控通道（机械门控通道（mechanically-gated ion channel）电压和机械门控通道不单纯是电压和机械门控通道不单纯是物质（离子）的跨膜物质（离子）的跨膜转运通路转运通路，而且在实现体内各种，而且在实现体内各种电信号电信号和和机械信号的跨机械信号的跨膜转导膜转导中起关键作用。中起关键作用。22可编辑版（二）主动转运（二）主动转运（active transport）细胞通过本身的某种细胞通过本身的某种耗能耗能过程过程,将物质将物质逆浓度梯度或逆逆浓度梯度或逆电位梯度电位梯度跨膜转运，包括跨膜转运，包括原发性主动转运原发性主动转运（primary active transport）和和继发性主动转运继发性主动转运（secondary active transport）；与被动转运的区别：与被动转运的区别：n转运方向：逆转运方向：逆&顺顺n转运所需能量：转运所需能量：ATP供能供能&不需能不需能n转运后果：膜两侧浓度差更大转运后果：膜两侧浓度差更大&浓度差小浓度差小23可编辑版1.原发性主动转运原发性主动转运（primary active transport）细胞细胞直接利用代谢产生的能量（直接利用代谢产生的能量（ATP）将物质将物质逆电化学梯逆电化学梯度度进行跨膜转运的过程，介导这一过程的膜蛋白称为进行跨膜转运的过程，介导这一过程的膜蛋白称为离子泵离子泵，也叫做也叫做ATP酶（酶（ATPase）；）；几种重要的离子泵：几种重要的离子泵：n钠钠-钾泵钾泵（简称（简称钠泵钠泵）：）：逆差转运逆差转运3Na+和和2K+（反方向），（反方向），哺乳哺乳动物胞膜上普遍存在；动物胞膜上普遍存在；n钙泵钙泵：逆差转运钙离子，主要分布于骨骼肌细胞和心肌细胞的逆差转运钙离子，主要分布于骨骼肌细胞和心肌细胞的肌浆网膜上，保持肌浆网膜上，保持胞内低钙胞内低钙状态；状态；nH+-K+泵泵：逆差转运氢离子和钾离子（反方向），主要分布于逆差转运氢离子和钾离子（反方向），主要分布于胃黏膜泌腺的壁细胞的顶膜上，又称为胃黏膜泌腺的壁细胞的顶膜上，又称为质子泵质子泵；24可编辑版钠泵钠泵细胞膜上钠泵的活动细胞膜上钠泵的活动:分解分解ATP获得能量，将获得能量，将Na+泵出泵出 细胞，同时将细胞，同时将K+泵入细胞。泵入细胞。*当当Na+i或或K+o时，钠泵的活动增强。时，钠泵的活动增强。*钠泵的生电性作用钠泵的生电性作用：钠泵：钠泵每分解每分解1个个ATP分子，将分子，将 3个个 Na+泵出细胞，同时将泵出细胞，同时将 2个个K+泵入细胞，结果使跨膜泵入细胞，结果使跨膜 电位差增大。电位差增大。钠钠-钾钾-ATP酶泵酶泵25可编辑版钠钾泵钠钾泵（Sodium-potassium Pump）26可编辑版27可编辑版 细胞膜上钠泵活动的细胞膜上钠泵活动的结果结果:Na+外高内低，外高内低，K+外低内高外低内高。细胞膜上钠泵活动的细胞膜上钠泵活动的生理意义生理意义：胞内高钾胞内高钾,利于胞质内的某些利于胞质内的某些代谢反应代谢反应（合成核糖体等）（合成核糖体等）;维持细胞正常的维持细胞正常的渗透压和形态渗透压和形态：将胞质内的钠离子泵出细将胞质内的钠离子泵出细 胞，避免细胞内钠浓度升高，从而降低胞质渗透压，从而胞，避免细胞内钠浓度升高，从而降低胞质渗透压，从而 防止过多水分进入细胞内，维持正常的渗透压和形态；防止过多水分进入细胞内，维持正常的渗透压和形态；建立起一种建立起一种生理性势能储备生理性势能储备，为生物电产生、某些物质的为生物电产生、某些物质的 （如：葡萄糖、氨基酸、氯离子、氢离子等）继发性主动转（如：葡萄糖、氨基酸、氯离子、氢离子等）继发性主动转 运等功能活动提供能量；运等功能活动提供能量；维持维持细胞内细胞内pH的稳定，的稳定，钠泵维持的膜内外的钠泵维持的膜内外的Na+差，可使细胞差，可使细胞 代谢产生的代谢产生的H+通过通过钠钠-氢交换机制氢交换机制排出胞外，保持细胞正常。排出胞外，保持细胞正常。28可编辑版2.继发性主动转运继发性主动转运（secondary active transport）驱动力并不直接来自驱动力并不直接来自ATP分解，而是来自另一分解，而是来自另一物质物质原发性主动转运所形原发性主动转运所形成的离子浓度成的离子浓度而进行的而进行的逆逆差转运差转运。小小肠肠上上皮皮细细胞胞主主动动转转运运葡葡萄萄糖糖29可编辑版n 继发性主动转运的继发性主动转运的基本步骤基本步骤：(以小肠黏膜上皮细胞对以小肠黏膜上皮细胞对葡萄糖葡萄糖的吸收为例的吸收为例)第一步：细胞基底侧膜上第一步：细胞基底侧膜上钠泵活动钠泵活动细胞内细胞内Na+，低于肠腔，低于肠腔 内容物，形成细胞管腔膜两侧的内容物，形成细胞管腔膜两侧的Na+浓度梯度（细胞内浓度梯度（细胞内 低于肠腔内容物）。低于肠腔内容物）。第二步：肠腔内的第二步：肠腔内的Na+和和Glu与管腔膜上的与管腔膜上的转运体结合，转运体结合，顺顺Na+的浓度（逆的浓度（逆Glu浓度）将浓度）将Na+和和Glu同时移入同时移入细胞内。细胞内。第三步：第三步：细胞内细胞内Glu浓度浓度，经基底膜上经基底膜上Glu载体蛋白载体蛋白顺顺Glu浓度浓度 梯度转运出细胞而进入组织液（被吸收）。梯度转运出细胞而进入组织液（被吸收）。30可编辑版肾脏对肾脏对Glu和和aa的主动重吸收的主动重吸收31可编辑版（三）出胞和入胞（三）出胞和入胞 某些大分子物质或物质团块某些大分子物质或物质团块是通过细胞复杂的结构和功能变化而是通过细胞复杂的结构和功能变化而进出细胞的，这是细胞活动的一种主动过程。进出细胞的，这是细胞活动的一种主动过程。1.出胞：出胞：分泌囊泡分泌囊泡逐渐向细胞膜内侧移动，靠近细胞膜，囊泡膜与细逐渐向细胞膜内侧移动，靠近细胞膜，囊泡膜与细胞膜融合，破裂，囊泡内容物被一次性排放到细胞外。胞膜融合，破裂，囊泡内容物被一次性排放到细胞外。如：释放激素，如：释放激素，小肠粘膜杯细胞分泌粘液（消化液的分泌），神经末梢释放神经递质小肠粘膜杯细胞分泌粘液（消化液的分泌），神经末梢释放神经递质等；等；32可编辑版33可编辑版2.入胞：某处细胞膜逐渐内陷，与某些大分子物质或团块形成入胞：某处细胞膜逐渐内陷，与某些大分子物质或团块形成吞吞噬泡噬泡/吞饮泡吞饮泡，进入细胞的过程。，进入细胞的过程。液相入胞液相入胞受体介导入胞受体介导入胞吞饮吞饮34可编辑版小小 结结n 不同物质的跨膜转运方式及其在生命活动中的作用不同物质的跨膜转运方式及其在生命活动中的作用n 钠泵活动的结果及其重要生理意义钠泵活动的结果及其重要生理意义35可编辑版