动物生理学第一二节-细胞的基本功能

第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能第一节第一节 细胞膜的结构特征和物质转运功能细胞膜的结构特征和物质转运功能 细胞膜的功能l 屏障功能l 物质转运功能l 信号转导功能一、细胞膜的结构特征在电子显微镜下分为三层，由在电子显微镜下分为三层，由 脂质脂质 、 蛋白质蛋白质 和糖类和糖类等物质组成，以等物质组成，以 蛋白质蛋白质 和和 脂质脂质 为主，糖类只占极少量。为主，糖类只占极少量。流体镶嵌模型流体镶嵌模型 (fluid mosaic model) ：细胞膜以流动性：细胞膜以流动性的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和不同生理功能的蛋白质，脂质和蛋白质分子通过非共价键不同生理功能的蛋白质，脂质和蛋白质分子通过非共价键相互作用结合在一起。脂质分子排列成相互作用结合在一起。脂质分子排列成 5nm厚的连续双层，厚的连续双层，作为不透水层阻挡大多数水溶性分子通过，镶嵌在脂质双作为不透水层阻挡大多数水溶性分子通过，镶嵌在脂质双层中的跨膜蛋白质分子执行膜的其他功能。层中的跨膜蛋白质分子执行膜的其他功能。 二、细胞膜的物质转运功能（一）被动转运u 单纯扩散u 易化扩散 物质顺电势梯度或浓度梯度（即电 -化学梯度）进行的跨膜转运过程。1、 单纯扩散单纯扩散疏水性小分子及极性分子能迅速地经扩散通过疏水性小分子及极性分子能迅速地经扩散通过脂双层膜，是单纯的物理过程的跨膜物质转运方式脂双层膜，是单纯的物理过程的跨膜物质转运方式其特点：其特点： 疏水性或脂溶性；疏水性或脂溶性； 小分子；小分子； 高到低；高到低； 不耗能；不耗能； 不需载体。不需载体。 O2、 CO2、 N2、类固醇类激素、尿素、甘油、乙醇、类固醇类激素、尿素、甘油、乙醇、 H2O O2和和 CO2单纯扩散示意图单纯扩散示意图特点： 特点： 亲水性或非脂溶性；亲水性或非脂溶性； 小分子；小分子； 高到低；高到低； 不耗能；不耗能； 需膜蛋白。需膜蛋白。稍大些的极性分子和小的带电离子通过细胞稍大些的极性分子和小的带电离子通过细胞膜需要借助膜需要借助 膜蛋白膜蛋白 的帮助，扩散速率显著增大，的帮助，扩散速率显著增大，这种扩散方式称为这种扩散方式称为 .2、 易化扩散易化扩散 载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散 ：水溶性小分子如葡萄糖、氨：水溶性小分子如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等在载体蛋白的帮助下顺电基酸、核苷酸等在载体蛋白的帮助下顺电 -化学梯化学梯度进行的被动跨膜转运。度进行的被动跨膜转运。 特点：特点： 顺浓度梯度转运；顺浓度梯度转运； 高度的结构特异性；高度的结构特异性； 饱和现象；饱和现象； 竞争性抑制。竞争性抑制。 通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散 ：u 电压门控离子通道u 化学（配体）门控离子通道u 机械门控离子通道典型的哺乳动物细胞内外离子浓度的比较典型的哺乳动物细胞内外离子浓度的比较 单位：单位： mmol/L （二）主动转运细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质分子或离子逆着电 -化学梯度进行转运。特点： 特点： 小分子；小分子； 低到高；低到高； 耗能；耗能； 需载体。需载体。 根据主动转运过程中是直接消耗 ATP还是间接消耗 ATP，主动转运又可分为 原发性主动转运 和 继发性主动转运 两种类型。1、原发性主动转运、原发性主动转运由贯穿在脂质双分子层当中的 离子泵 蛋白介导、由 ATP直接供能的逆电 -化学梯度进行的跨膜物质转运方式。钠泵作用示意图钠泵作用示意图钙泵 ，也称 Ca2+-ATP酶 ，广泛分布于细胞膜、肌质网膜或内质网膜。细胞膜钙泵每分解 1分子 ATP可将 1个 Ca2+由细胞内转运到细胞外。当细胞内 Ca2+浓度升高时，与钙调蛋白 (calmodulin, CaM)生成 Ca2+-CaM复合物。该复合物能与钙泵 C端某一位点结合，激活钙泵，加速 Ca2+外排。通道转运与钠 -钾泵转运模式图2、继发性主动转运、继发性主动转运某种物质逆电 -化学梯度进行转运，但所消耗能量不是直接来源于 ATP分解，而是由 原发性主动转运建立的膜电 -化学势能 提供，这种转运方式就称之为 . 小肠黏膜上皮细胞和肾小管上皮细胞对葡萄糖和氨基酸的吸收、 Na+-H+交换、 Na+-Ca2+交换、 Na+-K+-2Cl-同向转运都是以继发性主动转运的方式完成的。同向协同转运同向协同转运反向协同转运反向协同转运（三）出胞和入胞 1、出胞胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞外的过程。主要见于 细胞的分泌活动 以及 神经细胞轴突末梢的递质释放活动 。2、入胞大分子物质或物质团块（如细菌、细胞碎片等）借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。 第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导不同形式的外界信号作用于细胞表面，通过引起膜结构中特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境信息以新的信号形式传向膜内，引起靶细胞产生相应的生物学效应的过程。 离子通道受体 介导的跨膜信号转导 G蛋白偶联受体 介导的跨膜信号转导 酶偶联受体 介导的跨膜信号转导 化学门控离子通道一、离子通道受体介导的跨膜信号转导二、 G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导EW Sutherland(1915-1974)1971 Nobel Prize in Physiology or Medicine1957年美国药理和生理学家肝细胞膜碎片肾上腺素耐热小分子物质肝细胞的细胞质糖原分解完整肝细胞环磷酸腺苷 cAMPcyclic adenosine monophosphate 第二信使second messenger20世纪 80年代美国科学家1994 Nobel Prize in Physiology or MedicineEH Fischer EG Kr