细胞的基本结构和跨膜转运.ppt

第二章 细胞的基本功能,本 章 提 纲,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,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； 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； 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。 物质：O2、N2、CO2、乙醇、尿素、水分子等； 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； 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。 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 物质：Glu、aa和核苷酸等难通过胞膜的物质； 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； 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： 物质： Na+、 K+、 Ca2+、 Cl- 等带电离子，水分子（经水通 道蛋白跨膜转运）； 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； 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； 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,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： 静息状态（又称为备用状态）：通道关闭，能被激活开放。 激活状态：通道开放，允许相应离子顺差跨膜移动。 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： 转运方向：逆 & 顺 转运所需能量：ATP供能 & 不需能 转运后果：膜两侧浓度差更大 & 浓度差小,1. 原发性主动转运（primary active transport） 细胞直接利用代谢产生的能量（ATP）将物质逆电化学梯度进行跨膜转运的过程，介导这一过程的膜蛋白称为离子泵，也叫做ATP酶（ATPase）； 几种重要的离子泵： 钠-钾泵（简称钠泵）：逆差转运3Na+和2K+（反方向），哺乳动物胞膜上普遍存在； 钙泵：逆差转运钙离子，主要分布于骨骼肌细胞和心肌细胞的肌浆网膜上，保持胞内低钙状态； H+-K+泵：逆差转运氢离子和钾离子（反方向），主要分布于胃黏膜泌腺的壁细胞的顶膜上，又称为质子泵；,钠泵,细胞膜上钠泵的活动: 分解ATP获得能量，将Na+泵出 细胞，同时将K+泵入细胞。 * 当Na+i或K+o时，钠泵的活动增强。 * 钠泵的生电性作用：钠泵每分解1个ATP分子，将 3个 Na+泵出细胞，同时将 2个K+泵入细胞，结果使跨膜 电位差增大。,钠-钾-ATP酶泵,钠钾泵 （Sodium-potassium Pump）, 细胞膜上钠泵活动的结果: Na+外高内低，K+外低内高。 细胞膜上钠泵活动的生理意义： 胞内高钾, 利于胞质内的某些代谢反应（合成核糖体等）; 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,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