细胞膜的结构及细胞基本功能.pptx

第三章第三章 细胞膜的结构及细胞基本功能细胞膜的结构及细胞基本功能本节重点内容：本节重点内容：一一,细胞膜的结构和功能细胞膜的结构和功能二二,细胞膜的跨膜物质转运种类细胞膜的跨膜物质转运种类*三三,细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导第一节第一节细胞膜的基本结构细胞膜的基本结构细胞是人体基本构造和功能单位：细胞是人体基本构造和功能单位：是实现和控制基是实现和控制基本生命过程的最小单位。本生命过程的最小单位。细胞膜（质膜）是进化产物细胞膜（质膜）是进化产物，它的形成是生命物质由，它的形成是生命物质由非细胞形态向细胞形态进化的重要转折。非细胞形态向细胞形态进化的重要转折。细胞膜作为细胞屏障，细胞膜作为细胞屏障，为生命活动提供了相对恒定环为生命活动提供了相对恒定环境。境。细胞膜是有特殊结构和功能的半透膜细胞膜是有特殊结构和功能的半透膜，与物质转运、，与物质转运、信息传递、能量转移及吸收、分泌、免疫和兴奋传导等功信息传递、能量转移及吸收、分泌、免疫和兴奋传导等功能有密切关系。能有密切关系。一、细胞膜的化学组成一、细胞膜的化学组成1、化学组成、化学组成脂类、蛋白质和糖类。重量脂类、蛋白质和糖类。重量上上P/F：4/1；分子数；分子数F/P：100/1；糖类极少。；糖类极少。2、分子排列、分子排列液态镶嵌模型液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel)：（1）液态脂质双分子层为基架；（）液态脂质双分子层为基架；（2）镶嵌不同）镶嵌不同分子结构、不同功能的蛋白质；（分子结构、不同功能的蛋白质；（3）糖（寡糖或）糖（寡糖或多糖链）在膜外与脂质和蛋白质以共价键结合为多糖链）在膜外与脂质和蛋白质以共价键结合为糖脂或糖蛋白。糖脂或糖蛋白。二、膜中物质的结合形式二、膜中物质的结合形式磷脂的结构磷脂的结构磷脂的立体模型磷脂的立体模型磷脂的符号磷脂的符号表面蛋白质表面蛋白质整合蛋白质整合蛋白质脂质的结构：亲水性基团、疏水性长脂质的结构：亲水性基团、疏水性长烃链烃链脂质的特点：流动性脂质的特点：流动性(熔点低、液态熔点低、液态)稳定性（自由能最低）稳定性（自由能最低）功能：起屏障作用，是细胞的基架；细胞可以功能：起屏障作用，是细胞的基架；细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不致破坏。承受相当大的张力和外形改变而不致破坏。1、脂质（磷脂）、脂质（磷脂）2、蛋白质、蛋白质结构：表面蛋白质、结合蛋白质结构：表面蛋白质、结合蛋白质功能：具有不同的结构，它们分别与细胞的物质转运（载体、功能：具有不同的结构，它们分别与细胞的物质转运（载体、通道、离子泵）、能量（酶类蛋白质）和信息传递有关（受通道、离子泵）、能量（酶类蛋白质）和信息传递有关（受体）。体）。3、糖类：含少量的寡糖和多糖链，与膜中的脂质、糖类：含少量的寡糖和多糖链，与膜中的脂质或蛋白质结合形成糖脂和糖蛋白或蛋白质结合形成糖脂和糖蛋白功能：以其单糖排列顺序上的特异性，可以作为功能：以其单糖排列顺序上的特异性，可以作为它们所结合的蛋白质的特异性的它们所结合的蛋白质的特异性的“标志标志”。（抗。（抗原决定簇、膜受体的原决定簇、膜受体的“可识别性可识别性”部分）部分）三、液态膜镶嵌模型：膜的共同特点是以液态的脂质三、液态膜镶嵌模型：膜的共同特点是以液态的脂质双分子为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构、因而双分子为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构、因而也具有不同生理功能的蛋白质，后者主要以也具有不同生理功能的蛋白质，后者主要以 螺旋螺旋或球形蛋白质的形式存在。或球形蛋白质的形式存在。细胞膜的功能：细胞膜的功能：1、保护：屏障作用。、保护：屏障作用。、转运：载体、通道、离子泵。、转运：载体、通道、离子泵。、识别：膜外侧的糖链。、识别：膜外侧的糖链。、信息传递：、信息传递：受体受体化学信息。化学信息。通道通道生物电信息。生物电信息。二、细胞膜的跨膜物质转运功能二、细胞膜的跨膜物质转运功能v1物质转运的两个必备条件物质转运的两个必备条件v1）细胞膜对物质有通透性）细胞膜对物质有通透性v2）转运动力：如浓度差、电位差、渗透压差）转运动力：如浓度差、电位差、渗透压差2.物质转运存在于：物质转运存在于：C膜内外、消化道对物质的吸收、肾小管的重吸收等结构。膜内外、消化道对物质的吸收、肾小管的重吸收等结构。物质进出细胞膜的形式：物质进出细胞膜的形式：被动转运：单纯扩散、易化扩散、被动转运：单纯扩散、易化扩散、主动转运：主动转运：原发主动转运、继发主动转运、原发主动转运、继发主动转运、出胞出胞与入胞与入胞一、被动转运一、被动转运1、单纯扩散：细胞内液和细胞外液的各种溶质分子，只要是、单纯扩散：细胞内液和细胞外液的各种溶质分子，只要是脂溶性的，就可能按扩散原理作跨膜运动或转运，称之为单纯脂溶性的，就可能按扩散原理作跨膜运动或转运，称之为单纯扩散。扩散。（O2、CO2、乙醇和脂肪酸）乙醇和脂肪酸）特点：不耗能特点：不耗能影响通量的大小：膜两侧物质的浓度、膜对该物质的通透性、影响通量的大小：膜两侧物质的浓度、膜对该物质的通透性、电场力（离子）电场力（离子）2、易化扩散：有很多的非脂溶性物质，它们在膜结构、易化扩散：有很多的非脂溶性物质，它们在膜结构中一些特殊蛋白质分子的协助下，也能较容易地由高中一些特殊蛋白质分子的协助下，也能较容易地由高浓度一侧通过细胞膜向低浓度一侧移动，这一跨膜转浓度一侧通过细胞膜向低浓度一侧移动，这一跨膜转运物质的形式称为易化扩散。运物质的形式称为易化扩散。（葡萄糖、氨基酸、（葡萄糖、氨基酸、K+、Na+、Ca2+）特点：动力也是来自物质浓度差所包含的势能，特点：动力也是来自物质浓度差所包含的势能，需要蛋白质介导，如载体和通道需要蛋白质介导，如载体和通道分类：分类：依帮助（或易化）作用的膜蛋白质不同可分为依帮助（或易化）作用的膜蛋白质不同可分为A：载体中介易化扩散：载体中介易化扩散(carriermediated)；B：通道中介易化扩散：通道中介易化扩散(channelmediated)。A，载体运输，载体运输(载体中介易化扩散载体中介易化扩散)：转运物质转运物质：葡萄糖、氨基酸；：葡萄糖、氨基酸；转运动力转运动力：浓度差；：浓度差；特点：特点：A.高度的结构特异性；高度的结构特异性；B.饱和现象；饱和现象；C.竞争性竞争性抑制；抑制；D.转运速度快；转运速度快；E.因蛋白质的结构和功能常受因蛋白质的结构和功能常受膜内外各种因素的影响膜内外各种因素的影响,因此与蛋白质分子有关的物质因此与蛋白质分子有关的物质的通透性是可变化的。的通透性是可变化的。意义意义：转运营养物质及代谢物。：转运营养物质及代谢物。B B、通道运输、通道运输(通道中介易化扩散通道中介易化扩散)：转运物质转运物质：NaNa+、K K+、CaCa2+2+；特点特点：A.速度快速度快 B.有选择性（但不像载体那样严格）有选择性（但不像载体那样严格）C.受精密调控受精密调控分类：分类：化学门控通道（化学门控通道（chemically-gated channel）；）；电压门控通道（电压门控通道（voltage-gated channel）：）：有些则由所在膜两有些则由所在膜两侧电位差的变化决定其开、闭。侧电位差的变化决定其开、闭。机械门控通道：机械门控通道：有些则由所在膜所受压力不同而决定其开放的有些则由所在膜所受压力不同而决定其开放的二、主动转运二、主动转运：指细胞通过本身的某种耗能过程，指细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧向高浓将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧向高浓度一侧的过程。度一侧的过程。（K+、Na+、Ca2+H+、I-、Cl-等等离子和小肠和肾小管中葡萄糖、氨基酸离子和小肠和肾小管中葡萄糖、氨基酸1特点：（特点：（1）逆浓度差或电位差；）逆浓度差或电位差；（2）耗能（能量来自细胞的代谢活动）。）耗能（能量来自细胞的代谢活动）。2意义：意义：是人体最重要的一种物质转运形式是人体最重要的一种物质转运形式3 3、主动转运和被动转运的区别、主动转运和被动转运的区别：单纯扩散和易化扩散都有一个单纯扩散和易化扩散都有一个最终平衡点最终平衡点，即被转运物质在膜两侧达到电化学梯度为零时。即被转运物质在膜两侧达到电化学梯度为零时。而主动转运因膜提供了一定能量，使被转运物质而主动转运因膜提供了一定能量，使被转运物质或离子逆着电或离子逆着电-化学势差的移动，化学势差的移动，没有平衡终点没有平衡终点,被转运物质甚至可以全部被转运到膜的另一侧被转运物质甚至可以全部被转运到膜的另一侧.4、原发性主动转运、原发性主动转运(primary active transport)：钠泵钠泵(sodium pump)：A.是镶嵌蛋白质，是镶嵌蛋白质，B.能逆着浓度差将细胞内的能逆着浓度差将细胞内的Na+移出膜外，细胞外的移出膜外，细胞外的K+移入膜内，移入膜内，C.主要是由于它本身还具有主要是由于它本身还具有ATP酶的活性。酶的活性。在主动转运中如果所需的能量是由在主动转运中如果所需的能量是由ATP直接提供的主动转运过程，直接提供的主动转运过程，则称为原发性主动转运。则称为原发性主动转运。细胞膜上的钠泵活动的意义：细胞膜上的钠泵活动的意义：A.造成的细胞内高造成的细胞内高K+是许多代谢反应进行的必要条件是许多代谢反应进行的必要条件 B.维持细胞正常形态维持细胞正常形态 C.建立起一种势能贮备，即建立起一种势能贮备，即Na+、K+在细胞膜内外的浓度势能在细胞膜内外的浓度势能 D.是可兴奋细胞（组织）兴奋的基础，也可供其它耗能过程应用是可兴奋细胞（组织）兴奋的基础，也可供其它耗能过程应用5.继发性主动转运（继发性主动转运（secondaryactivetransport）：是依赖于另一物质浓度差所造成势）：是依赖于另一物质浓度差所造成势能而实现的转运（间接利用能而实现的转运（间接利用ATP释放的能量）。也释放的能量）。也称为联合转运称为联合转运.联合转运可分为同相转运（联合转运可分为同相转运（symport）和逆相）和逆相转运（转运（antiport）：被转运物与）：被转运物与Na+转运方向相同转运方向相同称同相转运；被转运物与称同相转运；被转运物与Na+转运方向相反称为转运方向相反称为逆相转运。逆相转运。5、主动转运意义：、主动转运意义：v 细胞可以根据需要细胞可以根据需要主动选择主动选择对物质的吸收和对物质的吸收和排出，而不受细胞内外物质浓度（或电位）排出，而不受细胞内外物质浓度（或电位）梯度的影响。而细胞内外各种离子分布不均梯度的影响。而细胞内外各种离子分布不均的维持是神经、肌肉等组织细胞兴奋性的物的维持是神经、肌肉等组织细胞兴奋性的物质基础。质基础。三、出胞和入胞三、出胞和入胞出胞和入胞主要涉及大分子团块及液态物质跨膜物质出胞和入胞主要涉及大分子团块及液态物质跨膜物质转运，这是更复杂的、伴有膜结构改变的主动转运方转运，这是更复杂的、伴有膜结构改变的主动转运方式。式。（1）出胞）出胞细胞排出某些物质过程。是细胞分泌的一种细胞排出某些物质过程。是细胞分泌的一种机制，如内分泌细胞分泌激素，外分泌细胞分泌酶原，黏机制，如内分泌细胞分泌激素，外分泌细胞分泌酶原，黏液，神经细胞释放递质。分泌物大多在内质网合成，向高液，神经细胞释放递质。分泌物大多在内质网合成，向高尔基体转运过程中，被膜性结构包装，成为分泌囊泡，储尔基体转运过程中，被膜性结构包装，成为分泌囊泡，储存胞浆中。细胞分泌时，囊泡被运到细胞内表面与胞膜融存胞浆中。细胞分泌时，囊泡被运到细胞内表面与胞膜融合，再向胞外开口，将内容物排出。出胞是种复杂耗能过合，再向胞外开口，将内容物排出。出胞是种复杂耗能过程。程。2、入胞、入胞是是指细胞外大分子或团块物质进入细胞的过程。指细胞外大分子或团块物质进入细胞的过程。物质被细胞膜识别并互相接触，接触处细胞膜向内物质被细胞膜识别并互相接触，接触处细胞膜向内凹陷并把物质包裹起来，然后膜融合断裂。被转运凹陷并把物质包裹起来，然后膜融合断裂。被转运物质与膜表面特异性物质与膜表面特异性受体受体蛋白相互作用，而引起的蛋白相互作用，而引起的入胞称为入胞称为受体受体介导式入胞，如细菌、毒素、异物及介导式入胞，如细菌、毒素、异物及大分子营养物质的入胞。大分子营养物质的入胞。三三 细胞跨膜信号转导概念及其特点细胞跨膜信号转导概念及其特点跨膜信号转导定义跨膜信号转导定义 外界信号作用于细胞，通过细胞膜结构中蛋白质分外界信号作用于细胞，通过细胞膜结构中蛋白质分子变构，将外界信号转导为新的信号形式传递到膜内，子变构，将外界信号转导为新的信号形式传递到膜内，引起细胞功能改变（电反应或其他变化）。引起细胞功能改变（电反应或其他变化）。简练地描述就是：信号从细胞外，通过细胞膜简练地描述就是：信号从细胞外，通过细胞膜到细胞核的过程。到细胞核的过程。一、信号一、信号转导概述概述 （一）（一）细胞外刺激信号胞外刺激信号 第二第二节细胞的跨膜信号胞的跨膜信号转导（二）（二）受体及其特征受体及其特征能能识别化学信号并与之化学信号并与之作特异性作特异性结合，引合，引发细胞的生物效胞的生物效应的大分子物的大分子物质称称为受体受体（receptor）主要的主要的细胞外刺激信号是神胞外刺激信号是神经递质、激、激素和素和细胞因子（也称胞因子（也称为第一信使物第一信使物质）v根据它们存在部位可分为膜受体、胞浆根据它们存在部位可分为膜受体、胞浆受体和核受体。受体和核受体。v受体结合特征有：受体结合特征有：va、特异性、特异性b、高亲和性、高亲和性vc、饱和性、饱和性d，可逆性，可逆性v（三）信号转导基本过程（三）信号转导基本过程v包括跨膜信号转换、胞内信号传递和引包括跨膜信号转换、胞内信号传递和引起生物学效应。起生物学效应。(四四)几种主要的跨膜信号转导（几种主要的跨膜信号转导（TST）（一）通道藕联受体介导的信号转导（一）通道藕联受体介导的信号转导它们既是识别它们既是识别,结合特异受体结合特异受体,又是通道蛋白又是通道蛋白 1、N-M接头处化学门控通道接头处化学门控通道 ACh（种亚单位（种亚单位 、，聚体组成，聚体组成 的通道蛋白），的通道蛋白），ACh 和结合和结合通道结构开放通道结构开放去去 极化终板电位。是通道型或促离子型。极化终板电位。是通道型或促离子型。类似受体这样通道型受体或促离子型受体，体内还有谷氨类似受体这样通道型受体或促离子型受体，体内还有谷氨酸、酸、GABA离子型受体离子型受体2、没有胞内其他信号分子参与。、没有胞内其他信号分子参与。3、这是胞外信号对靶细胞作用的最简单、直接的方式。、这是胞外信号对靶细胞作用的最简单、直接的方式。作用特点作用特点:速度快，反应位点局限，并非最多。速度快，反应位点局限，并非最多。二、二、G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导（一）参与（一）参与G蛋白耦联受体跨膜信号转导的信号分子蛋白耦联受体跨膜信号转导的信号分子1、G蛋白耦联受体：蛋白耦联受体：细胞上与第一信使（激素）结合细胞上与第一信使（激素）结合的特殊蛋白质。的特殊蛋白质。2、G-蛋白（鸟苷酸结合蛋白）蛋白（鸟苷酸结合蛋白）1）是受体与效应器间具有信息传导功能的蛋白）是受体与效应器间具有信息传导功能的蛋白2）分激活型）分激活型G-蛋白（蛋白（Gs）、抑制型）、抑制型G-蛋白（蛋白（Gi）3、G-蛋白效应器蛋白效应器腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶（AC）ATPcAMP磷脂酶磷脂酶C(PLC)磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP3)4、第二信使：、第二信使：cAMP、IP3、DG、cGMP、Ca2+等等3、G-蛋白效应器蛋白效应器二)G蛋白耦联受体转导的主要途经蛋白耦联受体转导的主要途经1.受体受体G蛋白蛋白AC途经途经H-RGsAC（腺苷酸环化酶）（腺苷酸环化酶）cAMP PKA（蛋白激酶（蛋白激酶A）。）。2.受体受体G蛋白蛋白PLC途经途经H-RGsPLC（磷脂酶（磷脂酶C）生成生成IP3、DG胞浆胞浆Ca+Ca-钙调蛋白激酶钙调蛋白激酶三三、酶耦联受体介导的信号转导酶耦联受体介导的信号转导（一（一）酪氨酸激酶受体）酪氨酸激酶受体一些肽类激素（胰岛素、一些肽类激素（胰岛素、NGF等）通过细胞膜中的等）通过细胞膜中的酪氨酸激酶受体完成跨膜信号转导。酪氨酸激酶受体完成跨膜信号转导。化学信号化学信号膜外段（受体）膜外段（受体）跨膜段跨膜段 膜内段的蛋白膜内段的蛋白激酶激酶自身及其他蛋白质内酪氨酸残基磷酸化自身及其他蛋白质内酪氨酸残基磷酸化细胞细胞功能改变。（此途径无功能改变。（此途径无G蛋白和第二信使的参与）蛋白和第二信使的参与）特点特点:1,1,无无GG蛋白参与蛋白参与 2.2.无第二信使产生和胞浆中蛋白激酶的激活无第二信使产生和胞浆中蛋白激酶的激活