生理学：2-1 细胞膜结构和物质转运功能

1、第一章 细胞的基本功能,第一节 细胞膜结构与功能,第二节 细胞的生物电现象,第三节 肌细胞的收缩功能,1、外环境(external environment) 生命体的周围环境：生物体存在的外在条件 2、内环境(internal environment) 细胞活动的环境：细胞存在的外在条件 细胞外液(extracellular fluid) ： 组织液（包括淋巴液和脑脊液） 血浆（血液中除细胞以外的成份） 3、稳态（homeostasis） 机体内环境（细胞外液）各种理化因素（渗透压、温度、酸碱度、水、电解质和营养成份）维持相对恒定的特性。,概述：细胞存在的条件与细胞构成,一、细胞存在的条件,外

2、环境,内环境,外环境,细胞内液,细胞外液,内环境,二、细胞构成,要实现细胞功能首先必须跨过细胞膜,外侧： 暗带，2.5 nm,中间： 明带，2.5 nm,内侧： 暗带，2.5 nm,第一节 细胞膜的结构与功能 一、细胞膜的化学组成和结构模型,电镜下结构,光镜下呈透明膜结构,细胞膜（cell membrane）又叫质膜（plasma membrane）,磷脂 60%,胆固醇 30%,糖脂 鞘脂 10%,脂质（45%）,1、磷脂酰胆碱 （卵磷脂） 2、磷脂酰乙醇胺 （脑磷脂） 3、磷脂酰丝氨酸 4、磷脂酰肌醇 （PI3，GD),（一）细胞膜组成,脂质双嗜性(amphilic) ：嗜水性（极性分子，

3、磷酸和碱基） 嗜脂性（非极性分子，脂肪酸烃链）,1、三种结构形式 2、张力性和流动性 3、蛋白质糖类的结合性与嵌合性,双嗜性所致的脂质结构特性：,胆固醇则具有低融点的特性：维持膜结构成液态,寡糖，多糖链 共价键形式与脂质和蛋白质结合，抗原性和特异性,表面（peripheral）蛋白球形结构,镶嵌或结合（integral）蛋白螺旋结构,非极性氨基酸或基团,极性氨基酸或基团,糖类,蛋白质 （55%）,2、细胞膜的液态镶嵌模型 外侧：脂质亲水部分，蛋白和糖类 中间：脂质疏水部分，镶嵌蛋白 内侧：脂质亲水部分，蛋白和糖类,单位膜：细胞内各种膜性结构最基本的结构形式,屏障功能 转运功能 兴奋功能 受体功

4、能 识别功能,（二）细胞膜的功能,二、细胞膜的跨膜物质转运功能 （一）被动转运(passive transport) 概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。,单纯扩散（diffusion）和渗透（osmosis） 易化扩散（facilitated diffusion）,分类：,不耗能（依赖电-化学梯度的势能） 依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助” 顺电-化学梯度进行,特点：,1.单纯扩散(simple diffusion) (1)概念:一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,CO2i CO2o,O2o O2i,(2)特点: 扩散速率高 无饱和性 不依靠特殊膜蛋白质的“帮助” 不需

5、另外消耗能量 扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关 扩散通量（mol or mol数/min.cm2)表示。,(3)转运的物质： O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素 等少数几种脂溶性物质。,膜对H2O具高度通透性， H2O除单纯扩散外，还可通过水通道（水孔蛋白 aquaporin,AQP）跨膜转运。,渗透（Osmosis）,2.易化扩散(facilitated diffusion) (1)概念: 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,(2)分类: 经通道的易化扩散 经载体的易化扩散,（1）经通道的

6、易化扩散,转运的物质:各种带电离子,K+i K+o,Na+o Na+i,通道扩散(Channel diffusion),特点：选择性高 速度快 动力电化学梯度 受多因素调控 1、电压门控性通道 (电压传感器） 2、化学门控性通道 （配体门控性通道） 3、机械门控性通道,通道的结构受遗传决定 如： 电压门控性Na+通道由三个亚单位组成 N2型ACH受体通道 五个亚单位组成,（2）经载体的易化扩散,转运的物质：葡萄糖(GL)、氨基酸(AA)等小分子亲水物质,(3)特点: 需依靠特殊膜蛋白质 不需另外消耗能量 选择性 饱和性 竟争性 浓度和电压依从性,(二)主动转运(active transport

7、) 1.概念：物质逆浓度或电位梯度的转运过程 2.特点：逆电-化学梯度进行 依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助” 消耗能量,能量由分解ATP来提供 3.分类：原发性(primary)主动转运 如:Na+-K+泵(sodium-potassiun pump)、H+-K+泵等 继发性(secondary)主动转运,泵转运Na+-K+泵（Na+-K+-ATPase）,通道转运与钠-钾泵转运模式图,当Na+i/K+o时激活钠泵,钠-钾泵的这种活动还为其它一些物质转运的提供了动力（如葡萄糖、氨基酸的吸收：Na+-载体-葡萄糖、Na+-载体-氨基酸的复合体形式进行的联合转运）。,维持Na+o高、K+i高 原先

8、的不均匀分布状态,2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外,分解ATP产生能量,当Na+i/K+o激活,钠-钾泵:,2.继发性主动转运 概念：逆浓度梯度或逆电位梯度转运的能量来自膜两侧Na+差，即Na+-K+泵分解ATP释放的能量,同向转运,反向转运,转运体,（三）入胞和出胞式转运 出胞(exocytosis):细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程,入胞(endocytosis):细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程，包括吞噬(phagocytosis)和吞饮(pinocytosis),分泌物排出,融合处出现裂口,囊泡向质膜内侧移动,高尔基复合体,粗面内质网合成蛋白性分泌物,出胞：,囊泡膜成为细

9、胞膜的部分,囊泡膜与质膜接触并融合,膜性结构包被=分泌囊泡,受体对物质的“辨认”,受体底物特异性结合=复合物,“有被小窝”处的膜凹陷,凹陷膜与细胞膜断离=吞食泡,入胞:,复合物向 “有被小窝”移动,吞食泡与胞内体的 膜性结构相融合,三、跨细胞膜的信号转导,生物信号,环境变化信息 遗传信息,机体外信号,机体内信号,物理的 化学的 生物的,电信号 化学信号,神经递质和调质 内分泌激素 细胞和生长因子 特殊物质（NO）,（一）信号转导概述,细胞膜或单位膜上的信号传导 （物理电信号的传导）,1、生物信号跨膜传递的分类,1）跨膜（化学）信号传导细胞的信号转导,间直接物质转导,部分水（脂）溶性物质 细胞间

10、直接联接,直接物质传递,2）直接式物理性传导,配体受体启动的,1）、受体的概念与分类 受体是位于质膜或细胞内能与细胞外信号物质结合并引起特定生物效应的大分子物质。 G蛋白耦联受体 具有酶活性的受体 离子通道型受体 核受体 2）配体及受体与配体结合的主要特征 配体是指能与受体结合的特异性物质，通常是体内的各种化学信号 特异性信息传递的准确性 高亲合力信号传递的可靠性 饱合性信息传递的范围性（保护性）,2、受体及其特征,1）膜的信号转换：形成第二信使 2）胞内信号传递：第二信使促发的级联反应 3）生物学效应：膜电位改变或膜兴奋性改变 效应蛋白功能改变 基因转录和表达改变,3、信号转导的基本过程,1

11、、G蛋白耦联受体介导的信号转导 1）G蛋白耦联受体信号通路中的信号分子 （1）G蛋白耦联受体 （2）G蛋白 （3）G蛋白效应器：腺（鸟）苷酸环化酶 磷脂酶C、磷脂酶A2，磷酸二酯酶 （4）第二信使：cAMP，cGMP，IP3，DG，Ca2+ （5）蛋白激酶：丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 酪氨酸蛋白激酶 （6）靶蛋白：受体，收缩蛋白，离子通道 酶，转录调节因子,（二）跨膜信号转导的途径,细胞膜上,细胞膜内,2）G蛋白耦联受体信号转导途径,ATP,cAMP,PKA,PKA-P,CREB,CREB-P,受体Gs，GiAC,受体-G蛋白-AC 受体-G蛋白-PLC 受体-G蛋白-离子通道,PLCGi，Gq受

12、体,PKC,PKC-P,CREB,CREB-P,PIP2,IP3 DG,配体主要是各类生长因子 一个-螺旋的单肽链 Ras-MAPK（丝裂原激活的蛋白激酶，mitogen-activated protein kinase） 活化的MAPK进核内作为转录因子基因表达 （2）酪氨酸激酶耦联受体 配体主要是各类细胞因子 激活的酪氨酸激酶靶蛋白（转录因子）-基因表达 特点：配体为生长因子和细胞因子，简单快捷， 效应蛋白多为转录因子,2、具有酶活性的受体介导的信号转导,（1）酪氨酸激酶受体：,1）酪氨酸蛋白激酶受体,3、丝氨酸/苏氨酸激酶受体 4、酪氨酸磷酸脂酶受体,2）鸟苷酸环化酶受体,外,内,C，GC,N,GTP,cGMP,PKG,PKG-P,底物蛋白,底物蛋白-P,烟碱型乙酰胆碱受体（nAChR） 谷氨酸的离子型受体 谷氨酸的离子型受体 -氨基丁酸的离子型受体 配体通常是神经递质离子跨膜运动改变膜电位 没有细胞内信号分子的参与 快反应途径 慢反应途径（有细胞内信号分子参与）,3、通道耦联的受体介导的信号转导,配体门