第二章 细胞的基本功能 (1)

生 理 学 Physiology 生理学教研室 刘文彦细胞 是构成人体最基本的 功能单位第二章 细胞的基本功能第一节 细胞膜的结构和物质转运功能第三节 细胞的电活动第四节 肌细胞的收缩第二节 细胞的跨膜信号转导第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜 （ cell membrane，也称 质膜 ） 屏障 参与物质交换一、细胞膜的结构概述 脂质（ lipid）细胞膜组成 蛋白质（ protein） 糖类 (少量 )从 重量 上看：膜内 蛋白质 与 脂质 的比例 大约在 4： 1 1： 4之间， 这些物质分子在膜中是以怎样的形式排列的呢？即膜的分子结构如何呢？液态镶嵌模型（ fluid mosaic model）膜的 基架 是液态的脂质双分子层，其中 镶嵌 着许多具有不同结构和功能的蛋白质 。(一 )脂质双分子层 磷脂（ phospholipid） : 70%以上胆固醇（ cholesterol） :不超过 30%糖脂（ sphingolipid） : 不超过 10%1925年 Gorter 和 Grendel：测定红细胞膜中的 脂质 以单分子层在水溶液表面平铺开来时所占的面积 一个红细胞膜中脂质所占的面积，差不多是该细胞所占面积的 2倍 双分子层 。 双嗜性分子磷脂 分子中的磷酸和碱基、 胆固醇 分子中的羟基以及 糖脂 分子中的糖链等亲水性基团分别形成各自分子中的 亲水 端 ，分子的另一端则是 疏水 的脂肪酸烃链。 特点： 流动性 : 熔点 较低 液态 胆固醇 的含量 :起流度阻尼器的功能 ;脂肪酸 烃链的长度和饱和度 :脂肪酸烃链较短 ,饱和度较低 流动性 膜蛋白 的含量 : 蛋白质 流动性 稳定性 : 热力学分析 自由能 最低 意义 : 1. 维持细胞膜的完整 :* 承受 相当大的张力和外形改变* 自动融合而 修复2. 与细胞的许多基本活动有关 :流动性 膜蛋白 移动、聚集和相互作用 入胞、出胞、细胞的运动等基本活动 (二 )细胞膜的蛋白实验 : 冰冻蚀刻技术 蛋白水解酶 细胞膜蛋白的种类及含量越多，该细胞的功能也就越复杂。根据膜蛋白在膜上存在的形式：表面蛋白： 20%-30%（ peripheral protein）整合蛋白（ integral protein） 整合蛋白 :70% 80% （如 载体 、 通道 等）特征 :肽链一次或反复多次 穿越 膜的脂质双层。 肽链具有双嗜性 :根据 疏水性片段 数目 推测跨膜 - 螺旋 数目G 蛋白耦联受体 (G-protein coupled receptors, GPCRs)G蛋白耦联区又称七 次 跨膜受体 /七螺旋受体/蛇型受体 （ serpentine receptor）(三 )细胞膜的糖类 : 2% 10%主要是一些寡糖和多糖链；它们以 共价键的形式和膜脂质或蛋白质结合 糖脂 或 糖蛋白 。结合于糖脂或糖蛋白上的 糖链 仅存在于膜的外侧，通常具有 受体或抗原 的功能。如： 寡糖链 RBC膜上 ABO血型系统的 抗原意义：以其单糖排列顺序上的特异性，作为它们所在细胞或它们所结合的蛋白质的 特异性标志 。二、物质的跨膜转运脂溶性的和少数分子很小的水溶性物质 直接 穿越细胞膜；大部分水溶性溶质分子 和所有 离子 的跨 膜转运 有 膜蛋白 介导来完成；大分子物质 或 物质团块 以复杂的出胞或入胞的方式 整装 进出细胞。 单纯扩散 膜蛋白介导的跨膜转运：通道介导的跨膜转运 （经通道易化扩散）载体介导的跨膜转运： 经载体易化扩散原发性主动转运继发性主动转运出胞和入胞（一）单纯扩散（ simple diffusion）1.概念： 脂溶性 的和 少数分子很小 的水溶性的物质通过脂质双层由高浓度一侧向低浓度一侧 转运的过程 。如 :氧气 氮气二氧化碳 水乙醇尿素甘油 CO2i CO2oO2o O2i2.影响因素 ： “ 单纯 ” 简单的 物理 扩散 * 通透性： 某物质通过膜的难易程度。（ 取决于物质的 脂溶性和分子大小 ） * 扩散的 方向和速度： 膜两侧该物质 浓度差膜对该物质的 通透性3.特点： 不需要 外力，不消耗能量 被动 过程（二） 膜蛋白 介导的跨膜转运通道蛋白 （ ion channel，简称通道， 也称 离子通道 ）载体蛋白 （ carrrier，简称载体， 也称 转运体 ） 有些载体具有 ATP酶活性，称为 离子泵 ，离子泵 具有分解 ATP的能力，也称 ATP酶 （ ATPase）。 经通道易化扩散经载体易化扩散原发性主动转运继发性主动转运 被动转运主动转运1.通道介导的跨膜转运离子通道 是一类贯穿脂质双层、中央带有亲水性孔道的膜蛋白； 无分解 ATP的能力 被动过程 称 经通道易化扩散 特征： 高速度 ： 转运速率 106-108/秒 （载体的 102-105/秒）通道与载体之间最重要的区别； 离子选择性 ：取决于通道开放时水相 孔道的大小和 孔道壁的带电 情况； 门控 ：在通道蛋白分子内有一些 可移动的结构或化学基团 ，在通道内起 “ 闸门 ” 作用，许多因素可刺激闸门运动，导致通道的开放或关闭，这一过程称为门控（ gating）。 根据对不同 刺激 的敏感性，离子通道可分为：化学门控通道 （ chemically-gated ion channel ）电压门控通道 （ voltage-gated ion channel ）机械门控通道 (mechanically-