医学细胞生物学细胞膜(下).ppt

专题专题 物质运输物质运输脂双层膜脂双层膜对不同物质的通透性的规律对不同物质的通透性的规律l分子量小、脂溶性高的非极性小分子最容易通分子量小、脂溶性高的非极性小分子最容易通过过l不带电荷、分子量小的极性小分子也比较容易不带电荷、分子量小的极性小分子也比较容易通过通过l不带电荷、分子量较大的极性分子不易通过不带电荷、分子量较大的极性分子不易通过l带电荷的离子无论分子量多小，也极难带电荷的离子无论分子量多小，也极难通过通过l细胞膜对物质进出的高度选择性决定了细胞膜对物质进出的高度选择性决定了不同物质进出细胞膜的方式是不同的不同物质进出细胞膜的方式是不同的从分子大小来看：从分子大小来看：小分子物质的穿膜运输小分子物质的穿膜运输 大分子物质的膜泡运输大分子物质的膜泡运输从耗能来看：从耗能来看：不用耗能的被动运输不用耗能的被动运输 需要耗能的主动运输需要耗能的主动运输一、小分子物质的穿膜运输一、小分子物质的穿膜运输（一）被（一）被 动动 运运 输输不需要消耗细胞代谢能不需要消耗细胞代谢能, ,而将物质而将物质从浓度高的一侧经细胞膜转运至从浓度高的一侧经细胞膜转运至浓度低的一侧的运输方式。

浓度低的一侧的运输方式三种方式三种方式：：简单扩散、通道扩散、易化扩散简单扩散、通道扩散、易化扩散高浓度低浓度不需要消耗能量、不依靠运输蛋白而使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式通道扩散通道扩散 通道扩散通道扩散是指物质借助通道蛋白完成跨膜运输是指物质借助通道蛋白完成跨膜运输 由由通道蛋白通道蛋白形成穿越质膜的亲水性通道，物质形成穿越质膜的亲水性通道，物质顺着浓度梯度，从膜的一侧经过孔道到达另一顺着浓度梯度，从膜的一侧经过孔道到达另一侧，不需要消耗能量的一种运输方式由于绝侧，不需要消耗能量的一种运输方式由于绝大多数通道蛋白都与离子转运有关，所以又被大多数通道蛋白都与离子转运有关，所以又被称为称为离子通道离子通道 离子通道的特点离子通道的特点l仍属于被动运输（顺着电化学梯度由高向低）仍属于被动运输（顺着电化学梯度由高向低）l通道蛋白不需要与溶质分子结合通道蛋白不需要与溶质分子结合l具有离子选择性，只允许特定的离子通过具有离子选择性，只允许特定的离子通过l离子通道的开启受离子通道的开启受“闸门闸门”控制（多数时候是控制（多数时候是关闭的，只有受到刺激后瞬时开放）关闭的，只有受到刺激后瞬时开放）l转运速率极快转运速率极快主要离子主要离子通道通道：•电压门控通道电压门控通道•压力压力激活激活通道通道•配体闸门离子通道配体闸门离子通道配体闸门离子通道配体闸门离子通道•也称为配体门控通道。

配体（胞外信号）也称为配体门控通道配体（胞外信号）与通道蛋白相应部位结合引起通道蛋白与通道蛋白相应部位结合引起通道蛋白构象发生变化，从而将闸门打开，特定构象发生变化，从而将闸门打开，特定的离子大量流入如：乙酰胆碱受体通的离子大量流入如：乙酰胆碱受体通道、道、GABA受体通道等受体通道等高浓度低浓度通道蛋白配体高浓度低浓度通道蛋白配体Chemical synapse高浓度低浓度载体蛋白凡借助于载体蛋白的帮助凡借助于载体蛋白的帮助,不消耗能量，物质不消耗能量，物质顺浓度顺浓度梯度的转运方式称梯度的转运方式称易化扩散易化扩散，又叫，又叫帮助扩散帮助扩散 易化扩散的特点易化扩散的特点u物质需要与载体蛋白的特定部位结合物质需要与载体蛋白的特定部位结合u物质与载体蛋白的亲合力是不断变化的物质与载体蛋白的亲合力是不断变化的u载体蛋白对所要转运的物质具有高度的载体蛋白对所要转运的物质具有高度的特异性特异性高浓度低浓度细胞质细胞质钾浓度梯度[30倍]钠浓度梯度[13倍]大亚基大亚基小亚基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+小亚基大亚基大亚基K+Pi大亚基大大亚亚基基小小亚亚基基Mg+（二）（二）主动运输主动运输 借助于镶嵌在细胞膜上专一性很强借助于镶嵌在细胞膜上专一性很强的载体蛋白，通过消耗细胞代谢能，的载体蛋白，通过消耗细胞代谢能，将物质从将物质从低低浓度处向浓度处向高高浓度处转运的浓度处转运的一种运输方式。

一种运输方式主动运输的特点主动运输的特点l依靠细胞膜上特定的载体蛋白来完成，具依靠细胞膜上特定的载体蛋白来完成，具有高度的选择性，一种蛋白只负责转运特有高度的选择性，一种蛋白只负责转运特定的离子或分子定的离子或分子l这种运输方式是逆浓度梯度的，这种运输方式是逆浓度梯度的，载体蛋白载体蛋白要克服阻力做功要克服阻力做功所以有类似所以有类似泵泵的作用l因为逆浓度梯度运输，所以必须得消耗能因为逆浓度梯度运输，所以必须得消耗能量实质：钠钾实质：钠钾ATP ATP 酶具有载体蛋白和酶的双重作用具有载体蛋白和酶的双重作用小亚基小亚基:为细胞膜外侧半嵌合糖蛋白为细胞膜外侧半嵌合糖蛋白,其作用机制不详其作用机制不详大亚基：为贯穿膜全层的膜蛋白大亚基：为贯穿膜全层的膜蛋白,是该酶的催化部位是该酶的催化部位下面以钠下面以钠- -钾泵为例介绍主动运输钾泵为例介绍主动运输细胞质细胞质钾浓度梯度[30倍]钠浓度梯度[13倍]++大亚基大亚基小亚基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亚基大亚基大亚基K+ATPADP+Pi钠结合部位K+Pi大亚基大大亚亚基基小小亚亚基基钾结合部位Mg+主动运输根据能量来源的不同分为两类主动运输根据能量来源的不同分为两类•离子泵：离子泵：载体蛋白载体蛋白本身就是本身就是ATPATP酶，可直接水酶，可直接水解解ATPATP供能，将离子或分子从低浓度向高浓度转供能，将离子或分子从低浓度向高浓度转运。

参与转运的载体蛋白能够利用能量做功，所运参与转运的载体蛋白能够利用能量做功，所以称为以称为““泵泵””如：钠如：钠- -钾泵、钙泵、氢泵钾泵、钙泵、氢泵•协同运输：协同运输：一种物质的运输要依赖于一种物质的运输要依赖于另外的另外的离子的电化学梯度驱动，它的动力来源虽然不是离子的电化学梯度驱动，它的动力来源虽然不是直接水解直接水解ATPATP，但离子电化学梯度的实现还是由，但离子电化学梯度的实现还是由离子泵来保证，所以仍属于主动运输离子泵来保证，所以仍属于主动运输协同运输协同运输•一种物质的运输必须依赖另一种物质的同时一种物质的运输必须依赖另一种物质的同时运输，故称为协同运输运输，故称为协同运输•动物细胞中，细胞膜两侧的动物细胞中，细胞膜两侧的Na离子的电化学离子的电化学梯度通常是驱动另一种分子主动运输的能量，梯度通常是驱动另一种分子主动运输的能量，如如葡萄糖、氨基酸的主动运输葡萄糖、氨基酸的主动运输•根据物质运输的方向与离子顺电化学梯度转根据物质运输的方向与离子顺电化学梯度转移的方向的关系，可分为移的方向的关系，可分为同向运输和对向运同向运输和对向运输同同向向运运输输二、大分子物质的运输二、大分子物质的运输大分子物质不能直接穿过细胞膜大分子物质不能直接穿过细胞膜, , 细胞细胞摄入和排出这些大分子物质都是通过一摄入和排出这些大分子物质都是通过一系列膜囊泡形成和融合来完成的，这种系列膜囊泡形成和融合来完成的，这种运输方式称为膜泡运输。

运输方式称为膜泡运输胞吐作用吞噬作用胞饮作用吞噬体吞饮体一、胞吞作用一、胞吞作用•胞吞作用胞吞作用就是细胞表面发生内陷，细胞就是细胞表面发生内陷，细胞膜把环境中的大分子物质包围成小泡，膜把环境中的大分子物质包围成小泡，脱离细胞膜进入细胞内的转运过程脱离细胞膜进入细胞内的转运过程•根据吞入物质的状态、大小和特异程度根据吞入物质的状态、大小和特异程度可以分为可以分为：：吞噬吞噬作用、作用、胞饮胞饮作用和作用和受体受体介导介导的胞吞作用的胞吞作用（一）吞噬作用（一）吞噬作用吞噬作用：吞噬作用：细胞吞入较大的固体颗粒物质细胞吞入较大的固体颗粒物质的过程如：细菌、尘粒和细胞碎片）的过程如：细菌、尘粒和细胞碎片）过程：过程：吸附和吞进吸附和吞进吞噬体吞噬体：：细胞膜包裹吞噬物形成囊，囊泡脱细胞膜包裹吞噬物形成囊，囊泡脱离细胞膜进入细胞质中，这个包含吞入物离细胞膜进入细胞质中，这个包含吞入物的囊泡，称为吞噬体的囊泡，称为吞噬体吞噬作用（二）胞饮作用（二）胞饮作用胞饮作用胞饮作用：细胞吞入大分子溶液物质或极微：细胞吞入大分子溶液物质或极微小的颗粒物的过程小的颗粒物的过程过程：过程：吸附和吞进吸附和吞进胞饮体胞饮体：细胞膜包裹吞饮物形成囊，囊泡脱：细胞膜包裹吞饮物形成囊，囊泡脱离细胞膜进入细胞质中，这个包含摄入物离细胞膜进入细胞质中，这个包含摄入物的囊泡，称为吞饮体。

的囊泡，称为吞饮体（三）受体介导的胞吞作用（三）受体介导的胞吞作用•受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用是指大分子物质首先是指大分子物质首先与细胞膜上特异性的受体结合，然后通过与细胞膜上特异性的受体结合，然后通过膜囊泡的形成完成入胞的过程膜囊泡的形成完成入胞的过程•提供了一种选择性浓缩机制，大大提高了提供了一种选择性浓缩机制，大大提高了内吞效率内吞效率 例：例：LDLLDL受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用LDL颗粒LDL受体有被小窝有被小泡内吞去被无被小泡内体融合受体与大分子颗粒分开受体再循环内体 初级溶酶体融合吞噬溶酶体内吞去被内体融合受体再循环初级溶酶体融合二、胞吐作用二、胞吐作用•也可称为也可称为“外排作用外排作用”是讲细胞分泌的是讲细胞分泌的物质或其他物质运出细胞的方式物质或其他物质运出细胞的方式•过程：过程：要分泌的物质被膜围成运输小泡，要分泌的物质被膜围成运输小泡，运至质膜下方，小泡膜与质膜融合，把物运至质膜下方，小泡膜与质膜融合，把物质排到细胞外质排到细胞外•种类：种类：组成型分泌途径组成型分泌途径 调节型分泌途径调节型分泌途径u专题五专题五 膜受体及其介导膜受体及其介导的信号转导系统的信号转导系统  膜膜受体受体是指存在于细胞膜是指存在于细胞膜上上的功能性的功能性糖蛋白，可特异地识别、接受外界信糖蛋白，可特异地识别、接受外界信号，并向内传导，从而引起一系列相号，并向内传导，从而引起一系列相应的生物学效应。

应的生物学效应 配体配体受体所接受的外界信号，统称为受体所接受的外界信号，统称为配体配体如：神经递质、激素、药物、光、气味等神经递质、激素、药物、光、气味等一、膜受体的概念一、膜受体的概念识别部识别部效应器效应器受体蛋白受体蛋白向着细胞外向着细胞外部分，可识别并结合部分，可识别并结合相相应应的配体，狭义受体指此部位的配体，狭义受体指此部位受体蛋白受体蛋白向着细胞质部分向着细胞质部分，一般具有酶的活，一般具有酶的活性性部位部位传导部传导部 膜受体穿越脂双层的疏水部分，膜受体穿越脂双层的疏水部分，连接识别部和连接识别部和效应器效应器并并将信号转变为蛋白质的构象变化，传给效应器将信号转变为蛋白质的构象变化，传给效应器二、膜受体的结构二、膜受体的结构特异性地识别配体，并与之结合，将特异性地识别配体，并与之结合，将胞外信号转变成胞内信号，引起胞内胞外信号转变成胞内信号，引起胞内一系列生物学效应一系列生物学效应四、膜受体的分类四、膜受体的分类（一）生长因子类受体（一）生长因子类受体（二）离子通道受体（二）离子通道受体（三）（三）G蛋白偶联受体蛋白偶联受体（一）生长因子类受体（一）生长因子类受体受体本身是受体本身是酪氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶①单单次次跨跨膜膜蛋蛋白白（（结结合合区区、、跨跨膜膜区区、、激激酶酶活活性区）性区）②接接受受配配体体后后发发生生二二聚聚化化，，形形成成具具有有SH2结结合合位位点点的的结结构构，，具具有有SH2结结构构的的蛋蛋白白可可与与之结合，然后被活化之结合，然后被活化③启动下游信号转导，促进细胞启动下游信号转导，促进细胞分裂分裂、分化、分化（二）离子通道受体（二）离子通道受体 自身为离子通道的受体，主要存在于自身为离子通道的受体，主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞膜上。

其配神经、肌肉等可兴奋细胞膜上其配体为神经递质（体为神经递质（如：乙酰胆碱、谷氨如：乙酰胆碱、谷氨酸、酸、5 5－羟色胺、－羟色胺、 r-r-氨基丁酸、甘氨氨基丁酸、甘氨酸酸等） Acetylcholine receptor（三）（三）G G蛋白偶联受体：蛋白偶联受体：该类受体与相该类受体与相应的配体应的配体（多种激素多种激素、神经递质、药物、、神经递质、药物、光光、、气味气味等等）结合后，通过自身构象改变，而结合后，通过自身构象改变，而影响下游效应蛋白活性，从而把信号向影响下游效应蛋白活性，从而把信号向细胞内传导细胞内传导例如：例如：ß肾上腺素受体，气肾上腺素受体，气味受体味受体G-protein linked receptorG G蛋白偶联受体蛋白偶联受体结构特点结构特点G蛋白蛋白全称为鸟苷酸结合蛋白全称为鸟苷酸结合蛋白共同特征：共同特征：由由α、、β、、γ三个亚基组成的结合蛋白，三个亚基组成的结合蛋白， α亚基具有结合亚基具有结合GDP(GTP)的能力和的能力和GTP酶的活性酶的活性可被可被 G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体调节，将胞外信号向细胞内转导调节，将胞外信号向细胞内转导。

作用机制：作用机制：l静息状态下，静息状态下， G蛋白的蛋白的α、、β、、γ三个亚基结合三个亚基结合α亚亚基与基与GDP结合，并且结合，并且G蛋白与其受体分离蛋白与其受体分离l当外界信号（配体）与当外界信号（配体）与G G蛋白偶联受体结合后，蛋白偶联受体结合后， α亚基与亚基与GDP分离，而与分离，而与GTP结合，并且与结合，并且与β、、γ分分离，离， α亚基被激活后，亚基被激活后， 可以激活下游的可以激活下游的效应蛋白效应蛋白，，产生细胞内相应的生物学效应产生细胞内相应的生物学效应l α亚基具有亚基具有GTP酶活性，水解酶活性，水解GTP生成生成GDP, α亚亚基与基与GDP结合，结合， α亚基与效应蛋白分离，亚基与效应蛋白分离， α、、β、、γ三个亚基结合，又恢复到静息状态三个亚基结合，又恢复到静息状态G蛋白作用机制蛋白作用机制G蛋蛋白白作作用用机机制制cAMP甘油二脂（甘油二脂（DAG)三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP3) Ca2+cGMP第一信使：第一信使：与膜受体结合的配体，不直接参与细胞的物与膜受体结合的配体，不直接参与细胞的物质和能量代谢，而作为信使起传递信息的作用。

质和能量代谢，而作为信使起传递信息的作用第二信使：第二信使：可直接作用于靶细胞中已存在的酶或非酶蛋白，可直接作用于靶细胞中已存在的酶或非酶蛋白，改变后者的活性，引起细胞对外界信号的反应改变后者的活性，引起细胞对外界信号的反应胞外的配体胞外的配体+受体受体激活位于细胞膜中的腺苷酸环化酶激活位于细胞膜中的腺苷酸环化酶ATP水解成水解成cAMP引起一系列胞内的生物学效应引起一系列胞内的生物学效应第二信使学说第二信使学说——1965——Sutherland肾上腺素受体受体ATPcAMP无活性蛋白激酶无活性蛋白激酶有活性有活性PKA靶蛋白靶蛋白被活化被活化胞内效应胞内效应胞内胞内第一信使第一信使第二信使第二信使BDEBDE胞内胞内5-AMP,细胞分化细胞分化糖原分解糖原分解……. .. .. .Mg+2•cAMP作用于cAMP依赖性蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase，cAPK），即蛋白激酶A（protein kinase A，PKA） •PKA活化后，可使多种蛋白质底物的丝氨酸或苏氨酸残基发生磷酸化，改变其活性状态，底物分子包括一些糖、脂代谢相关的酶类、离子通道和某些转录因子 。

cAMP激活激活 PKA影响糖代谢示意图影响糖代谢示意图底物名称底物名称受受调节的通路的通路糖原合糖原合酶酶糖原合成糖原合成磷酸化磷酸化酶酶 b 激激酶酶糖原分解糖原分解丙丙酮酸脱酸脱氢酶酶丙丙酮酸酸→乙乙酰辅酶酶A激素敏感脂激素敏感脂酶酶甘油三脂分解和脂肪酸氧甘油三脂分解和脂肪酸氧化化酪氨酸酪氨酸羟化化酶酶多巴胺、多巴胺、肾上腺素和去甲上腺素和去甲肾上腺素合成上腺素合成PKA底物举例底物举例 CAMP信号途径信号途径。