细胞的基本结构和跨膜转运.ppt

LOGO 第二章 细胞的基本功能 本 章 提 纲 细胞膜的结构和物质转运功能 一 细胞的跨膜信号转导 二 * 细胞的生物电现象 三 * 肌细胞的收缩 四 第一节 细胞膜的结构和物质转运功能 一、细胞膜的结构概述 液态镶嵌模型 Fluid Mosaic Model 膜是以液态的脂质双分子层为基架，其间镶嵌着许多具有不 同结构和功能的蛋白质及少量糖类。（又叫单位膜、生物膜） Company Logo v脂质双分子层：磷脂(占70%)、胆固醇(占30%)， 屏障作用，保持细胞内容物的相对稳定； v细胞膜蛋白质：可分为表面蛋白和整合蛋白。 组成膜通道蛋白，载体蛋白，受体，酶 细胞内外物质、能量、信息交换； v细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂 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：RBC膜上的抗原 决定簇； 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 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： （一）被动转运：单纯扩散； 易化扩散（通过载体、通道被动转运）； （二）主动转运：原发性主动转运； 继发性主动转运； （三）出胞和入胞 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；（b）通过 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 散，也同（a）和（b）一样，只能从高浓度向低浓度运输；（d） 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。 （一）被动转运（passive transport） 1. 单纯扩散（simple diffusion）： 指脂溶性高（疏水性或非极性程度较高）的小分子物质顺 浓度梯度的跨膜物理扩散。 n 物质：O2、N2、CO2、乙醇、尿素、水分子等； n 决定因素：物质的浓度梯度、构型； 温度； 膜对物质的通透性； 脂溶性分子的大小； n 特点：顺化学梯度转运； 不消耗ATP。 2. 易化扩散（facilitated diffusion）： 一些非脂溶性或脂溶性较小的小分子物质，在膜上载体 蛋白和通道蛋白的帮助下，顺电-化学梯度，从高浓度一侧向 低浓度一侧扩散的过程。分通道介导和载体介导两类。 n 特点： 顺化学梯度转运； 不消耗ATP； 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）； 膜通透性可变化. （1）载体介导的易化扩散 n 物质：Glu、aa和核苷酸等难通过胞膜的物质； n 转运过程：载体蛋白与物质结合载体蛋白分子变构 转运至低浓度侧被转运物与载体蛋白分离； n 特点： 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；（ 当某种载体蛋白能同时同向或逆向转运两种或两种以上物质时，这类 载体蛋白又常被称为转运体） 饱和现象：当被转运物的浓度升高至一定浓度后，对该物的转运量将 不再随该物浓度的升高而增大，即达到极限； 竞争性抑制 经载体易化扩散 Facilitated diffusion via carrier 饱 和 现 象 （2）通道介导的易化扩散： n 物质： Na+、 K+、 Ca2+、 Cl- 等带电离子，水分子（经水通 道蛋白跨膜转运）； n 转运过程：亲水性孔道开放相应的带电离子经通道顺差 （顺浓度梯度或电位梯度）跨膜快速移动； n 特点：转运效率大于载体介导的易化扩散； 具有离子选择性（只允许某种或几种离子通过）； 具有门控性； n 通道门控性类型：a. 电压门控通道； b. 化学门控通道； c. 机械门控通道； a. 电压门控通道（voltage-gated ion channel） 膜两侧电位差的改变，导致通道构象改变，从而控制通道的 “开、关”，也叫“电压依从性通道”。如：钠通道、钙通道和 钾通道等。 钠通道 钾通道 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 静息状态激活状态失活状态 刺激 电压依从性（随膜电位复极化进程） 时间依从性 电压门控通道（voltage-gated ion channel） 实例：神经轴突细胞膜上的某些Na+通道； 心肌细胞上的钠通道等； 电压门控通道的功能状态： n 静息状态（又称为备用状态）：通道关闭，能被激活开放 。 n 激活状态：通道开放，允许相应离子顺差跨膜移动。 n 失活状态：通道关闭并不能被激活。 b. 化学门控通道（chemically-gated ion channel） 受膜两侧某种化学物质控制开闭的通道。 如：骨骼肌细胞终板膜上的N2-乙酰胆碱受体阳离子通道； 受某种机械刺激控制开闭的通道。 如：血压升高血管壁受到牵张刺激激活平滑肌细胞上 的机械门控通道通道开放 Ca2+内流血管收缩 c. 机械门控通道（mechanically-gated ion channel） 电压和机械门控通道不单纯是物质（离子）的跨膜 转运通路，而且在实现体内各种电信号和机械信号的跨 膜转导中起关键作用。 （二）主动转运（active transport） 细胞通过本身的某种耗能过程, 将物质逆浓度梯度或逆 电位梯度跨膜转运，包括原发性主动转运（primary active transport）和继发性主动转运（secondary active transport）； 与被动转运的区别： n转运方向：逆 维持细胞正常的渗透压和形态：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 防止过多水分进入细胞内，维持正常的渗透压和形态； 建立起一种生理性势能储备，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 运等功能活动提供能量； 维持细胞内pH的稳定，钠泵维持的膜内外的Na+差，可使细胞 代谢产生的H+通过钠-氢交换机制排出胞外，保持细胞正常。 2. 继发性主动转运（secondary active transport） 驱动力并不直接来自 ATP分解，而是来自另一 物质原发性主动转运所形 成的离子浓度而进行的逆 差转运。 小 肠 上 皮 细 胞 主 动 转 运 葡 萄 糖 n 继发性主动转运的基本步骤： (以小肠黏膜上皮细胞对葡萄糖的吸收为例) 第一步：细胞基底侧膜上钠泵活动细胞内Na+，低于肠腔 内容物，形成细胞管腔膜两侧的Na+浓度梯度（细胞内 低于肠腔内容物）。 第二步：肠腔内的Na+和Glu与管腔膜上的转运体结合，顺Na+ 的浓度（逆Glu浓度）将Na+和Glu同时移入细胞内。 第三步：细胞内Glu浓度，经基底膜上Glu载体蛋白顺Glu浓度 梯度转运出细胞而进入组织液（被吸收）。 肾脏对Glu和aa的主动重吸收 （三）出胞和入胞 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 进出细胞的，这是细胞活动的一种主动过程。 1. 出胞：分泌囊泡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