细胞生物学基础(3章4节)13药学班省公开课一等奖全国示范课微课金奖PPT课件.pptx

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,*,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,*,第五章 物质跨膜运输与信号传递,第一节,物质跨膜运输,第二节,细胞通讯与信号传递,第1页,重 点：,1.,物质跨膜运输类型,2.,钠钾泵结构和作用机理,3.,受体介导胞吞作用,4.,受体和信号分子,5.cAMP,信号通路和,磷脂酰肌醇信号通路,第2页,第一节 物质跨膜运输,1,.,被动运输,（,passive transport）,2.,主动运输,（,active transport）,3.,膜泡运输,第3页,一、被动运输,1.,概念：被动运输（,passive transport,）是经过简单扩散或,帮助扩散实现物质由,高,浓度向,低,浓度方向跨膜运,转。,2.,特点：运输方向；跨膜动力；能量消耗；膜转运蛋白。,3.,类型：,简单扩散,（,simple diffusion）,帮助扩散,（,facilitated diffusion）,第4页,（一）简单扩散,1.,概念,：又称为自由,扩散,（,free diffusion），,是疏水小分子或小不带电荷极性分子，不需要能量也不需要膜蛋 白参加跨膜运输方式。,2.,特点,：沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需要提供能量；没有膜蛋白帮助。,3.,限制原因,第5页概念,：也称促进扩散,，,是极性分子和无机离子在,膜转运蛋白,帮助,下顺浓度梯度（或电化学梯度）跨膜运输。,特点,：转运速率高；存在最大转运速率；有膜转运蛋,白参加，有特异性。,膜转运蛋白,是指镶嵌在膜上和物质运输相关跨膜蛋白。分为,载体蛋白,（,carrier protein）,和,通道蛋白,（,channel protein）。,（二）,帮助扩散,第6页,扩散与渗透,细胞质膜含有两个基本特征允许小分子物质经过扩散穿过细胞质膜，也能够让水经过渗透进出细胞质膜。,扩散,(diffusion),是指物质沿着浓度梯度从半透性膜浓度高一侧向低浓度一侧移动过程，通常把这种过程称为简单扩散。,渗透,(osmosis),含义则是指水分子以及溶剂经过半透性膜扩散。,第7页,简单扩散影响原因,脂溶性,:,脂溶性越强，经过脂双层膜速率越快。,相对分子质量,:,相对分子质量小，脂溶性高分子才能快速扩散。依据试验结果，推测质膜通透性孔径不会大于,0.5,1.0nm,，能够扩散最小分子是水分子。,物质带电性,:,普通说来，气体分子（如,O,2,、,CO,2,、,N,2,）、小不带电极性分子,(,如尿素、乙醇,),、脂溶性分子等易经过质膜，大不带电极性分子（如葡萄糖）和各种带电极性分子都难以经过质膜,第8页,载体蛋白（,carrier protein）,载体蛋白（,carrier protein）,是在生物膜上普遍存在屡次跨膜蛋白分子。能够和特定溶质分子结合，经过构象改变介导溶质,主动,和,被动,跨膜运输。,第9页,相同点：,特异性，有特异结合位点；,有饱和动力曲线；,受抑制剂影响。,不一样点：可改变过程平衡点；,不对溶质分子作任何共价修饰。,和酶异同点：,第10页,通道蛋白（,channel protein）,概念,：通道蛋白（,channel protein）,是横跨质膜亲水性通,道，允许适当大小分子和带电荷离子顺梯度经过，,又称为离子通道。,特征,：一是离子通道含有选择性；二是离子通道是,门控,。,类型,：,电压门通道,（,voltage-gated channel）,配体门通道（,ligand-gated channel）,压力激活通道,（,stress-activated channel）,第11页,第12页,第13页,第14页,红细胞质膜载体蛋白促进葡萄糖扩散示意图,第15页,第16页,含羞草展开与收缩受电压门控通道控制,第17页,第18页,二、主动运输,1.,概念,：主动运输（,active transport）,是指由载体蛋白介导 物质逆浓度梯度（或化学梯度）由浓度低一侧向浓度 高一侧跨膜运输方式。,2.,特点,：,运输方向；膜转运蛋白；消耗能量；,含有选择性和特异性。,3.,主动运输所需能量起源主要有：,ATP,直接提供能量,ATP,间接提供能量,协同运输,光能驱动,第19页,ATP,直接提供能量驱动主动运输,1.,钠钾泵（,Na,+,-K,+,-ATP,酶）,结构,和,作用机制,作用,：维持细胞渗透性，保持细胞体积；,维持低,Na,+,高,K,+,细胞内环境，维持细胞静息,电位。,2.,钙泵,（,Ca,2+,-ATP,酶）,3.,质子泵,：,P-,型质子泵、,V-,型质子泵、,H,+,-ATP,酶（或,F,型）,第20页,钙泵,（,Ca,2+,-ATP,酶）,结构,：有,10,个跨膜区；,激活,:,两种激活机制，,Ca,2,+/,钙调蛋白,(CaM),复合物 激活,;,蛋白激酶,C,激活。,第21页,质子泵,第22页,Na+/K+ATPase,结构,第23页,Na+/K+ATPase,工作原理示意图,第24页,Ca2+-ATPase,结构和功效位点,第25页,协同运输（,cotransport）,是一类靠间接提供能量完成主动运输方式。物质跨膜运动所需要能量来自膜两侧离子电化学浓度梯度，而维持这种电化学势是钠钾泵或质子泵。动物细胞中经常利用膜两侧,Na,+,浓度梯度来驱动，植物细胞和细菌常利用,H,+,浓度梯度来驱动。依据物质运输方向与离子沿浓度梯度转移方向，协同运输又可分为：同向协同（,symport）,与反向协同（,antiport）。,概念,：协同运输（,cotransport）,是指一个物质运输伴随另,一个物质运输。它是一类靠间接提供能量完成主动,运输方式。,能量,：钠钾泵或质子泵经过消耗,ATP,产生膜两侧电化学浓度,梯度，驱动协同运输进行。,动物细胞,中经常利用膜两侧,Na,+,浓度梯度来驱动，,植物,细胞和细菌,常利用,H,+,浓度梯度来驱动。,类型,：共运输（同向协同（,symport）,对运输（反向协同（,antiport）,协同运输,第26页,几个不一样类型跨膜运输,第27页,动植物细胞载体介导物质运输相同与差异,第28页,不一样运输机制主要特征,性质,简单扩散,帮助扩散,主动运输,参加运输膜成份,脂,蛋白,蛋白,被运输物质是否需要结合,否,是,是,能量起源,浓度梯度,浓度梯度,ATP,水解或浓度梯度,运输方向,顺浓度梯度,顺浓度梯度,逆浓度梯度,特异性,无,有,有,运输分子高浓度时饱和性,无,有,有,第29页,动物细胞和植物细胞主动运输差异,动物细胞和植物细胞不但结构有所差异，载体蛋白也有所不一样。,动物细胞质膜上有,Na+-K+ATPase,，并经过对,Na+,、,K+,运输建立细胞电化学梯度；不过在植物细胞,(,包含细菌细胞,),质膜中没有,Na+-K+ATPase,，代之是,H+-ATP,酶，并经过对,H+,运输建立细胞电化学梯度，使细胞外,H+,浓度比细胞内高；,H+,泵在周围环境中创建了酸性,pH,，然后经过,H+,质子梯度驱动同向运输，将糖和氨基酸等输入植物细胞内。,在动物细胞溶酶体膜和植物细胞液泡膜上都有,H+-ATP,酶，它们作用都一样，保持这些细胞器酸性。,第30页,物质跨膜运输和膜电位,膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成电位差总和。,静息电位,：,细胞在静息状态下膜电位。,动作电位,：,细胞在刺激作用下膜电位。,极化：在静息电位状态下，质膜内为负值，外为正值现象。,去极化：因为离子跨膜运输使膜静息电位减小或者消失。,反极化：离子跨膜运输造成瞬间内正外负动作电位现象。,超极化：离子跨膜运输造成静息电位超出原来值。,第31页,三、膜泡运输,膜泡运输完成,大分子,和,颗粒性物质,跨膜运输，因质膜形成囊泡而得名，又称,批量运输（,bulk transport）。,依据物质运输方向分为：,胞吞作用,（,endocytosis）,胞吐作用,（,exocytosis）,第32页,（一）,胞吞作用,概念,：胞吞作用经过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡），将外界物质裹进并输入细胞过程。,类型,：,胞饮作用（,pinocytosis）,吞噬作用（,phagocytosis）,第33页,胞饮作用,特点：胞吞物为液体和溶质；,形成胞吞泡小（直径小于150,nm）；,连续发生过程；,网格蛋白和结合素蛋白。,有被小泡,胞吞泡形成：配体和受体结合,网格蛋白聚集,有被小窝,去被囊泡和胞内体融合,第34页,第35页,第36页,吞噬作用,特点：胞吞物为,大分子,和,颗粒,物质；,形成胞吞泡大（直径大于250,nm）；,信号触发过程；,微丝和结合蛋白。,作用：防御侵染和垃圾去除工。,第37页,第38页,胞饮作用和吞噬作用,区分,特 征 物质 胞吞泡大小 转运方式 胞吞泡形成机制,胞饮作用 溶液 小于150,nm,连续过程 网格蛋白和接合素蛋白,吞噬作用 大颗粒 大于250,nm,受体介导信 微丝和结合蛋白,号触发过程,第39页,（二）受体介导胞吞作用,受体介导胞吞作用：配体和受体结合,网格蛋白聚集,有被小窝,去被囊泡和,胞内体,融合,有被小泡,胞内体,是动物细胞内由膜包围细胞器，其作用是传输由胞吞作用摄入物质到溶酶体中被降解。,溶酶体,第40页,第41页,第42页,不一样类型受体胞内体分选路径,（1）返回原来质膜结构域，重新发挥受体作用；,（2）进入溶酶体中被消化掉，称为受体下行调整；,（3）被运至质膜不一样结构域，称为跨细胞转运。,第43页,（三）,胞吐作用,第44页,第45页,第二节 细胞通讯与信号传递,1.,细胞通讯与细胞识别,2.,细胞信号传递,3.,细胞信号传递基本特征与蛋白激酶网络整合信息,第46页,一、细胞通讯与细胞识别,1.,细胞通讯,（,cell communication）,2.,细胞识别,（,cell recognition）,第47页,细胞通讯（,cell communication）,1.,概念：细胞通讯是指一个细胞发出信息经过介质传递到另一个细胞并产生对应反应。,2.,细胞通讯方式,：,接触性依赖通讯,间隙连接实当代谢偶联或电偶联,分泌化学信号进行通讯,第48页,第49页,内分泌（,endocrine）,：,低浓度；,全身性；,长时效。,旁分泌（,paracrine）,：,细胞分泌信号分子经过扩散作用于邻近细胞。包含各类细胞因子和气体信号分子。,自分泌（,autocrine）,：,信号发放细胞和靶细胞为同类或同一细胞，常见于癌变细胞。,化学突触（,chemical synapse）,：,神经递质由突触前膜释放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定靶细胞。,第50页,第51页,1.,概念：细胞经过其表面受体与胞外信号物质分子选择性地相 互作用，进而造成胞内一系列生理生化改变，最终表现 为细胞整体生物学效应过程。,2.,信号通路（,signaling pathway）,细胞接收外界信号，经过一整套特定机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调整特定基因表示，引发细胞应答反应过程称为,细胞信号通路,。,细胞识别,（,cell recognition）,第52页,二、细胞信号传递,1.,细胞信号分子和受体,2.,细胞内受体介导信号传递,3.,细胞表面受体介导信号传递,4.,细胞表面整联蛋白介导信号传递,第53页,（一）,细胞信号分子和受体,类型：,溶解性：亲脂性信号分子,亲水性信号分子,化学结构：短肽、蛋白质、气体分子等,产生和作用方式：内分泌激素、神经递质、局部,化学介导因子和,气体分子,特点：,特异性；,高效性。,1.,细胞信号分子,第54页,受体（,receptor）,1.,概念,：,受体是一个能够,识别,和,选择性结合,某种配体（信,号分子）大分子物质，多为糖蛋白，普通最少,包含两个功效区域，与,配体结合区域,和,产生效,应区域,。,2.,类型,：,细胞内受体,（,intracellular receptor,）,细胞表面受体,（,cell surface receptor,）,3.,钝化路径,：,受体失活,(,receptor inactivation),。,受体隐蔽（,receptor sequestration,）,受体下行调整（,receptor down-regulation,）,第55页,受体与配体间作用含有三个主要特征：,特异性；,饱和性；,高度亲和力。,受体与配体（信号分子）间作用主要特征,特异性；,饱和性；,高度亲和力。,可逆性,生理反应,第56页,第二信使学说和分子开关,1.,第二信使学说（,second messenger theory）：,第一信使与受体作用后在细胞内最早产生信号分子称为第二信使。,由,Sutherland,于70年代提出，并所以而取得诺贝尔奖。第 二 信使有,cAMP、cGMP、,三磷酸肌醇、二酰基甘油等。,2.,分子开关,：,磷酸化和去磷酸化,GTP,和,GDP,交替结合,第57页,蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将,ATP,磷酸基转移到底物特定氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化。,蛋白激酶在信号转导中有两个方面作用：一是经过磷酸化调整蛋白质活性；二是经过蛋白质逐层磷酸化，使信号逐层放大，引发细胞反应。,蛋白激酶,GTP,结合蛋白（,GTP-binding regulatory protein,）,第58页,（三）,细胞内受体介导信号传导,1,甾类激素介导信号通路,2,一氧化氮介导信号通路,第59页,第60页,第61页,第62页,第63页,类固醇激素经过扩散穿过细胞质膜,;,激素分子与胞质溶胶中受体结合,;,抑制蛋白与受体脱离，露出与,DNA,结合和激活基因转录位点,;,被激活复合物进入细胞核,;,与,DNA,增强子区结合,;,促进受激素调整基因转录。,第64页,第65页,第66页,经过,细胞表面受体介导信号跨膜传递,1.,离子通道偶联受体,2,.G,蛋白偶联受体,3.,与酶连接受体,第67页,1.G-,蛋白偶联受体介导信号跨膜传递,三聚体,GTP,结合调整蛋白（,trimeric GTP-binding regulatory protein,）,简称,G,蛋白。由,、,、,三个亚基组成，,和,亚基经过共价结合脂肪酸链尾结合在膜上。,G,蛋白在信号转导过程中起着,分子开关,作用，当,亚基与,GDP,结合时处于关闭状态，与,GTP,结合时处于开启状态,。,第68页,G,蛋白耦联型受体为,7,次跨膜蛋白，受体胞外结构域识别胞外信号分子并与之结合，胞内结构域与,G,蛋白耦联。经过与,G,蛋白耦联，调整相关酶活性，在细胞内产生第二信使，从而将胞外,信号跨膜传递到胞内,。,由,G,蛋白耦联受体所介导细胞信号通路主要包含：,cAMP,信号通路,磷脂酰肌醇信号通路,第69页,cAMP,信号通路,1.,概念,：,细胞外信号和对应受体结合，造成胞内第二信使,cAMP,水平改变而引发细胞反应信号通路。,2.,组分及分析,：,.,激活型激素受体,（,Rs,）或抑制型激素受体（,Ri,）；,.,活化型调整蛋白（,Gs,）或抑制型调整蛋白（,Gi,）；腺苷酸环化酶,（,Adenylyl cyclase,）,3.,反应链,：,激素,G-,蛋白偶联受体,G-,蛋白腺苷酸环化酶,cAMPcAMP,依赖蛋白激酶,A,基因调控蛋白基,因转录,第70页,磷脂酰肌醇信号通路,1,概念：胞外信号分子与细胞表面,G,蛋白偶联受体结合，激活质膜上磷脂酶,C(PLC),，使质膜上,4,，,5,二磷酸磷脂酰肌醇（,PIP,2,),水解成,1,，,4,，,5,三磷酸肌醇（,IP,3,),和,DG,两个信使，胞外信号转换为胞内信号。,2.,反应链,：胞外信号分子,G-,蛋白偶联受体,G-,蛋白,IP,3,胞内,Ca,2+,浓度升高,Ca,2+,结合蛋白,(,CaM),细胞反应磷脂酶,C(PLC),DG,激活,PKC,蛋白磷酸化或促,Na,+,/H,+,交,换使胞内,pH,第71页,第72页,主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质。,第73页,第74页,第75页,第76页,第77页,跨膜,12,次糖蛋白。在,Mg,2+,或,Mn,2+,存在下，腺苷酸环化酶催化,ATP,生成,cAMP,第78页,第79页,第80页,第81页,2.,离子通道偶联受体介导信号跨膜传递,特点：,受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白,跨膜信号转导无需中间步骤,主要存在于神经细胞或其它可兴奋细胞间突触信号传递,有选择性：配体特异性选择和运输离子选择性,第82页3.与酶连接受体介导信号跨膜传递,类型：,受体丝氨酸/苏氨酸激酶,受体酪氨酸磷酸酯酶,受体鸟苷酸环化酶（,ANPs-signals）,酪氨酸蛋白激酶联络受体,特点：,通常为单次跨膜蛋白；,接收配体后发生二聚化而激活，起动其下游信号转导。,第83页,第84页,受体酪氨酸激酶,第85页,第86页,第87页,第88页,第89页,第90页,第91页,由细胞表面整合蛋白介导信号传递,整合蛋白与粘着斑,造成粘着斑装配信号通路有两条,粘着斑功效：,一是机械结构功效；,二是信号传递功效,经过粘着斑由整合蛋白介导信号传递通路：,由细胞表面到细胞核信号通路,由细胞表面到细胞质核糖体信号通路,第92页,第93页,第94页,细胞信号传递基本特征与蛋白激酶网络整合信息,细胞信号传递基本特征,：,含有,收敛,（,convergence）,或,发散,（,divergence）,特点,细胞信号传导既含有专一性又有作用机制相同性,信号放大作用和信号所开启作用终止并存,细胞以不一样方式产生对信号适应(失敏与减量调整),蛋白激酶,网络整合信息,与,信号网络系统,中,cross talk,第95页,第96页,本章内容回顾,重点：物质跨膜运输类型,钠钾泵结构和作用机理,受体介导胞吞作用,受体和信号分子,cAMP,信号通路和,磷脂酰肌醇信号通路,第97页,