生理学——细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能.ppt

第一节第一节 细胞膜的基本结构和细胞膜的基本结构和 跨膜物质转运功能跨膜物质转运功能Structure and transport functions of the cell membraneStructure and transport functions of the cell membrane 是细胞内容物与细胞周围环境之间的一道是细胞内容物与细胞周围环境之间的一道生理屏障。即可将两者分隔开，又是两者之生理屏障。即可将两者分隔开，又是两者之间物质、能量、信息转换的中介。间物质、能量、信息转换的中介。一、细胞膜的化学组成和分子结构一、细胞膜的化学组成和分子结构Chemical composition and molecular Chemical composition and molecular structure of the cell membranestructure of the cell membrane化学组成：化学组成：脂质、蛋白质、糖类等脂质、蛋白质、糖类等基本结构：基本结构：1972年由singer和nicolson提出。其主要内容：膜是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着不同生理结构和功能的蛋白质，后者主要以-螺旋或球形蛋白质的形式存在。（一）脂质双分子层（一）脂质双分子层（Gorter GrendelGorter GrendelGorter Grendel）lipid bilayerlipid bilayer化学组成：化学组成：磷脂磷脂（70%70%70%）、胆固醇、胆固醇（30%30%30%）、鞘脂类脂质鞘脂类脂质磷脂的基本结构：磷脂的基本结构：一分子甘油的两个羟基一分子甘油的两个羟基各结合一分子脂肪酸，各结合一分子脂肪酸，另一个羟基结合一分子另一个羟基结合一分子磷酸，后者再结合一个磷酸，后者再结合一个碱基。碱基。所有的膜脂质都是双嗜性分子所有的膜脂质都是双嗜性分子一端是磷酸、碱基等亲水性极性基团，一端是磷酸、碱基等亲水性极性基团，另一端的长烃链是非极性基团。另一端的长烃链是非极性基团。脂质小体：脂质小体：人工制备的人工膜囊。人工制备的人工膜囊。（二）细胞膜蛋白质（二）细胞膜蛋白质 cell membrane proteincell membrane protein 膜蛋白质的存在方式：表面膜蛋白质的存在方式：表面蛋白质和整和蛋白质。蛋白质和整和蛋白质。（三）细胞膜糖类（三）细胞膜糖类 Cell membrane carbohydrateCell membrane carbohydrate 可作为细胞或蛋白质的标志，也可作为细胞或蛋白质的标志，也可作为膜受体的可作为膜受体的“可识别可识别”部分。部分。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 The transmembrane material transport The transmembrane material transport of the cell membrane of the cell membrane （一）单纯扩散（一）单纯扩散（simple diffusionsimple diffusion）扩散：扩散：扩散通量：扩散通量：mol/s.cmmol/s.cm2 2单纯扩散：单纯扩散：在生物体中，一些脂溶性的小分在生物体中，一些脂溶性的小分子物质顺浓度差或电位差的跨膜子物质顺浓度差或电位差的跨膜物质转运。如：物质转运。如：COCOCO2 22，O O O2 22等。等。影响单纯扩散扩散通量的因素：影响单纯扩散扩散通量的因素：1 1、浓度差、浓度差2 2、通透性：、通透性：物质通过细胞膜的难易程度物质通过细胞膜的难易程度（二）易化扩散（二）易化扩散（facilitated diffusionfacilitated diffusion）在体内，一些不溶于脂质或溶解度甚小的物在体内，一些不溶于脂质或溶解度甚小的物质，在细胞膜上一些特殊蛋白质的帮助下，顺质，在细胞膜上一些特殊蛋白质的帮助下，顺浓度差或电位差的跨膜物质转运。如：葡萄糖，浓度差或电位差的跨膜物质转运。如：葡萄糖，氨基酸及各种离子等。氨基酸及各种离子等。特点：特点：1 1、高浓度、高浓度低浓度低浓度2 2、膜蛋白的介导、膜蛋白的介导1 1、以通道为中介的易化扩散、以通道为中介的易化扩散 Facilitated diffusion via channelFacilitated diffusion via channel 与离子的易化扩散有关，推测在蛋白质内与离子的易化扩散有关，推测在蛋白质内部出现了一条贯穿膜内外的亲水性相孔道。部出现了一条贯穿膜内外的亲水性相孔道。特点：特点：（1 1）化学门控通道）化学门控通道（2 2）电压门控通道）电压门控通道 水通道（水通道（AQPAQP）（3 3）机械门控通道）机械门控通道 选择性和门控性。选择性和门控性。化学门控离子通道化学门控离子通道 ion channels：electrochemical gradient+allosteric细胞外细胞内细胞膜电位高电位低Na+浓度高Na+浓度低2 2、以载体为中介的易化扩散、以载体为中介的易化扩散 Facilitated diffusion via carrierFacilitated diffusion via carrier特点：特点：1 1、结构特异性、结构特异性2 2、饱和性、饱和性3 3、竞争性抑制、竞争性抑制以载体为介导的易化扩散：以载体为介导的易化扩散：单纯扩散：单纯扩散：被动转运（被动转运（passive transportpassive transport）物质顺电物质顺电-化学梯度进行跨膜转运化学梯度进行跨膜转运的过程，细胞本身无须消耗能量。的过程，细胞本身无须消耗能量。（三）主动转运（三）主动转运（active transportactive transport）细胞膜通过本身的某种耗能过程，将细胞膜通过本身的某种耗能过程，将物质的分子或离子逆电物质的分子或离子逆电-化学梯度进行跨化学梯度进行跨膜转运。膜转运。原发性主动转运：原发性主动转运：The movement of substances across the membrane The movement of substances across the membrane occurs against the electrochemical gradient with occurs against the electrochemical gradient with the necessity of consumption of metabolic energy.the necessity of consumption of metabolic energy.神经细胞和骨骼肌细胞神经细胞和骨骼肌细胞NaNa+浓度的膜外浓度的膜外:膜内（膜内（Co/Ci Co/Ci）为）为1212 K K+浓度的膜内浓度的膜内:膜外膜外 （Ci/Co Ci/Co）为）为3030钠钠-钾泵（钾泵（sodium-potassium pumpsodium-potassium pump）钠泵为钠泵为NaNa+-K K+依赖式依赖式ATPATP酶的蛋白质酶的蛋白质 在细胞的特定部位聚集某种物质在细胞的特定部位聚集某种物质 建立一种势能储备建立一种势能储备 分泌特定物质分泌特定物质Basic functions of pumpsBasic functions of pumps：（四）继发性主动转运（四）继发性主动转运 （secondary active transportsecondary active transport）指某种物质的逆浓度梯度的转运是指某种物质的逆浓度梯度的转运是依赖于另一物质的浓度差造成的势能依赖于另一物质的浓度差造成的势能而实现的。而实现的。钠泵活动的生理意义：钠泵活动的生理意义：1.1.维持细胞正常的渗透压和形态。维持细胞正常的渗透压和形态。2.2.形成和保持细胞内外形成和保持细胞内外NaNa+、K K+不均匀分布，不均匀分布，与生物电的形成密切相关。与生物电的形成密切相关。3.3.建立的建立的NaNa+浓度势能储备。是营养物质跨浓度势能储备。是营养物质跨小肠和肾小管上皮细胞等跨膜主动转运的小肠和肾小管上皮细胞等跨膜主动转运的能量来源。能量来源。（五）出胞和入胞式物质转运（五）出胞和入胞式物质转运 大分子物质或固态、液态的物质团块，通大分子物质或固态、液态的物质团块，通过细胞膜复杂的结构和功能的变化，进出细过细胞膜复杂的结构和功能的变化，进出细胞的过程。胞的过程。出胞（出胞（exocytosis)exocytosis)胞吐胞吐入胞（入胞（endocytosisendocytosis）吞噬吞噬 吞饮吞饮 吞噬吞噬 只发生特殊细胞只发生特殊细胞吞饮吞饮 液相入胞，受体介导入胞液相入胞，受体介导入胞 是细胞分泌、递质释放及大分子是细胞分泌、递质释放及大分子物质和颗粒的外排方式。物质和颗粒的外排方式。是大分子物质或物质团块的进入细胞是大分子物质或物质团块的进入细胞的主要方式。的主要方式。受体介导式入胞受体介导式入胞receptor-mediated endocytosisreceptor-mediated endocytosis配体与受体结合次级溶酶体初级溶酶体