生理学第二章第一节

1、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 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能 液态镶嵌模型液态镶嵌模型(fluid mosaic model) 膜是以液态的脂质双分子层为基架，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其间镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋 白质。白质。 一、细胞膜的结构概述一、细胞膜的结构概述 脂脂 质（质（lipid） 52 蛋白质（蛋白质（protein）40 糖糖 类类 8 化学组成 脂质双分子层脂质双分子层 是膜的基本结构。是膜的基本结构。 双嗜性脂质分子两两相对排列成双分子层。双嗜性脂质分子两两相对排列成双

2、分子层。 亲水性极性基团亲水性极性基团 （磷酸和碱基）（磷酸和碱基） 疏水性非极性基疏水性非极性基 团（长烃链）团（长烃链） 构成：磷脂构成：磷脂70% 胆固醇胆固醇30% 糖脂糖脂10% 特点：特点： 液态，有流动性，能同层侧向运动。液态，有流动性，能同层侧向运动。 稳定性，细胞可以承受相当大的张力和稳定性，细胞可以承受相当大的张力和 外形改变而不破裂；而且即使膜结构有时发外形改变而不破裂；而且即使膜结构有时发 生一些较小的断裂，也可以自动融合而修复，生一些较小的断裂，也可以自动融合而修复， 仍保持膜的完整性。仍保持膜的完整性。 功能：功能： 屏障作用屏障作用 传递信息传递信息 1.根据存在

3、形式分：根据存在形式分： 表面蛋白表面蛋白 2030% 整合蛋白整合蛋白 7080% 2.功能：功能： 转运物质转运物质 载体、通道、离子泵载体、通道、离子泵 传递信息传递信息 受体、酶受体、酶 细胞膜的蛋白细胞膜的蛋白 细胞膜的糖类细胞膜的糖类 形式：形式：糖蛋白糖蛋白 糖脂糖脂 存在于细胞膜外侧存在于细胞膜外侧 功能功能：受体：受体 抗原抗原 二、物质的跨膜转运物质的跨膜转运 Transport of Substances Through the Cell Membrane 单纯扩散单纯扩散（simple diffusion） 膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白介导的跨膜转运 被动转运被动转运（p

4、assive transport） 主动转运主动转运（active transport） 出胞和入胞出胞和入胞（exocytosis and endocytosis） 单纯扩散单纯扩散（simple diffusion） 指脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。指脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。 转运物质：气体、水、氨、乙醇、尿素、甘油等。转运物质：气体、水、氨、乙醇、尿素、甘油等。 扩散方向：高扩散方向：高低低 扩散速度取决于：扩散速度取决于： 膜两侧分子的膜两侧分子的浓度差浓度差 膜对物质的膜对物质的通透性通透性 脂溶性脂溶性 分子大小分子大小 扩散通量扩散通量(flux):物质每物质每

5、 秒钟通过每平方厘米面秒钟通过每平方厘米面 积的积的(毫毫)克分子数克分子数。 (mol or mmol/min.cm2) 膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白介导的跨膜转运 被动转运被动转运（passive transport）：）：被转运被转运 物在膜蛋白帮助下顺电物在膜蛋白帮助下顺电-化学梯度跨膜转化学梯度跨膜转 运，不需消耗能量。运，不需消耗能量。 主动转运主动转运（active transport）：）：被转运物被转运物 在膜蛋白帮助下逆电在膜蛋白帮助下逆电-化学梯度跨膜转运，化学梯度跨膜转运， 需要消耗能量。分为原发性和继发性。需要消耗能量。分为原发性和继发性。 1.通道介导的跨膜转运通道介

6、导的跨膜转运 离子通道离子通道(ion channel)：一类贯穿脂质双：一类贯穿脂质双 层，中央带有亲水性孔道的膜蛋白。层，中央带有亲水性孔道的膜蛋白。 指溶液中的指溶液中的Na+、K+、Cl-、Ca2+等带电离子，等带电离子， 借助通道蛋白的帮助，顺电借助通道蛋白的帮助，顺电-化学梯度跨膜化学梯度跨膜 转运。也称转运。也称经通道易化扩散经通道易化扩散(facilitated diffusion via ion channel)。 钠通道（钠通道（sodium channel） 钙通道（钙通道（calcium channel） 钾通道钾通道 (potassium channel) 氯通道（氯

7、通道（chloride channel） 非选择性阳离子通道非选择性阳离子通道 通道的二个基本特征：通道的二个基本特征： 1.离子选择性离子选择性 电压门控通道电压门控通道(voltage-gated ion channel) 通道开放或关闭受膜电位调控。通道开放或关闭受膜电位调控。 2.门控特性门控特性 化学门控通道化学门控通道(chemically-gated ion channel) 或或配体门控通道配体门控通道(ligand-gated ion channel) 通道的启闭受膜外或膜内化学物质调控。通道的启闭受膜外或膜内化学物质调控。 机械门控通道机械门控通道(mechanically

8、-gated ion channel) 通道的启闭受机械刺激调控。通道的启闭受机械刺激调控。 2.载体介导的跨膜转运载体介导的跨膜转运 载体载体(carrier)也称转运体也称转运体(transporter) 转运转运过程：过程：结合结合构象变化构象变化解离。解离。 Vmax：最大扩散速率，反映某种载体蛋白最大扩散速率，反映某种载体蛋白 构象转换的最大速率。构象转换的最大速率。 Km：达到最大扩散速率一半时所需的底物达到最大扩散速率一半时所需的底物 浓度，反映载体与被转运物分子的亲和力和浓度，反映载体与被转运物分子的亲和力和 转运效率。转运效率。 Km值越值越小小，表示亲和力和转运效率越，表示

9、亲和力和转运效率越高高。 经载体易经载体易 化扩散模化扩散模 式图式图 经载体易化经载体易化 扩散的饱和扩散的饱和 现象现象 最大扩散速度最大扩散速度 米氏常数，指达米氏常数，指达 1/21/2最大扩散速率最大扩散速率 所需的底物浓度。所需的底物浓度。 特点：特点： 较高的结构特异性较高的结构特异性 转运速度较通道慢转运速度较通道慢 饱和现象饱和现象 竞争性抑制竞争性抑制 经载体易化扩散经载体易化扩散 （facilitated diffusion via carrier） 指不溶于或难溶于脂质的物质在膜蛋白帮指不溶于或难溶于脂质的物质在膜蛋白帮 助下顺浓度差通过细胞膜的过程助下顺浓度差通过细胞

10、膜的过程。 如转运如转运Glu、AA等等。 单（物质）转运，单（物质）转运体；单（物质）转运，单（物质）转运体； 同向转运，同向转运体；同向转运，同向转运体； 反向转运，反向转运体。反向转运，反向转运体。 转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质 易化扩散的特点易化扩散的特点: : 顺电顺电- -化学梯度扩散化学梯度扩散 不直接耗能不直接耗能 影响易化扩散的因素影响易化扩散的因素: : 膜两侧物质浓度差和电位差膜两侧物质浓度差和电位差 膜上载体的数量膜上载体的数量 离子泵离子泵（ion pump）利用分解利用分解ATP产生的能产生的能 量将离子逆电量

11、将离子逆电-化学梯度进行跨膜转运的过化学梯度进行跨膜转运的过 程。程。 原发性主动转运原发性主动转运 (primary active transport) 钠钠-钾泵钾泵(sodium-potassium pump)，简称钠，简称钠 泵泵(sodium pump)，也称，也称Na+-K+依赖式依赖式ATP 酶酶(Na+-K+-ATPase)。 当细胞内当细胞内Na+浓度升高或细胞外浓度升高或细胞外K+浓度升高浓度升高 时，都可时，都可激活激活钠泵，钠泵， 钠泵活动时，每分解钠泵活动时，每分解1分子分子ATP，移出，移出3个个 Na+、移入、移入2个个K+，造成胞内高，造成胞内高K+、胞外高、胞

12、外高 Na+。 钠泵的主要功能钠泵的主要功能 细胞内高钾是许多代谢反应的必要条件。细胞内高钾是许多代谢反应的必要条件。 维持细胞内渗透压和细胞容积。维持细胞内渗透压和细胞容积。 建立建立NaNa+ +的跨膜浓度梯度，为继发性主动的跨膜浓度梯度，为继发性主动 转运的物质提供势能储备。转运的物质提供势能储备。 形成跨膜离子浓度梯度，是细胞发生电活形成跨膜离子浓度梯度，是细胞发生电活 动的前提条件。动的前提条件。 直接影响膜电位，使膜内电位负值增大。直接影响膜电位，使膜内电位负值增大。 临床应用临床应用 哇巴因哇巴因钠泵特异抑制剂钠泵特异抑制剂 强心强心 钙泵钙泵(calcium pump)，也称，

13、也称Ca2+ATP酶酶 质膜钙泵每分解质膜钙泵每分解1分子分子ATP，移出，移出1个个 Ca2+。 肌质网或内质网钙泵每分解肌质网或内质网钙泵每分解1分子分子ATP， 将将2个个Ca2+从胞质转运至肌质网或内质网，从胞质转运至肌质网或内质网， 维持胞质钙低浓度。维持胞质钙低浓度。 继发性主动转运继发性主动转运(secondary active transport) 原发性主动转运建立起膜两侧离子的浓度原发性主动转运建立起膜两侧离子的浓度 梯度，实现其他物质逆电梯度，实现其他物质逆电- -化学梯度跨膜化学梯度跨膜 转运的方式。是经载体易化扩散与原发性转运的方式。是经载体易化扩散与原发性 主动转运

14、相耦联的主动转运系统。主动转运相耦联的主动转运系统。 同向转运同向转运（symport）: 被转运的离子或分子都向同一方向移动。被转运的离子或分子都向同一方向移动。 反向转运反向转运(antiport)或或交换交换(exchange): 被转运的离子或分子彼此向相反的方向移动。被转运的离子或分子彼此向相反的方向移动。 转运体（转运体（transporter） 同向转运体（同向转运体（symporter） 反向转运体（反向转运体（antiporter） 交换体（交换体（exchanger） 主动转运与被动转运的区别主动转运与被动转运的区别 主动转运主动转运被动转运被动转运 需由细胞提供能量需由细

15、胞提供能量不需外部能量不需外部能量 逆电逆电- -化学势差化学势差顺电顺电- -化学势差化学势差 使膜两侧被转运物使膜两侧被转运物 浓度差加大浓度差加大 使膜两侧被转运物使膜两侧被转运物 浓度差减小浓度差减小 出胞和入胞出胞和入胞(exocytosis and endocytosis） 大分子物质或物质团块进出细胞的过程。大分子物质或物质团块进出细胞的过程。 受体介导式入胞受体介导式入胞 吞噬吞噬 吞饮吞饮 液相入胞液相入胞入胞入胞 出胞出胞 出胞形式出胞形式 递质释放递质释放 不间断不间断 受调节受调节 分泌分泌 内（激素）内（激素） 外（酶原颗粒、黏液）外（酶原颗粒、黏液） 图图2-4 受

16、体介导的入胞示意图受体介导的入胞示意图 第二节第二节 细胞的信号转导细胞的信号转导 Section 2. Signal Transduction of Cell 跨膜信号转导：跨膜信号转导：外界信号外界信号细胞膜细胞膜 新的信号形式新的信号形式细胞内。细胞内。 跨膜跨膜信号转导途径大致可分三类：信号转导途径大致可分三类： 1. 离子通道型受体介导的信号转导离子通道型受体介导的信号转导 2. G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导 3. 酶联型受体介导的信号转导酶联型受体介导的信号转导 外界信号外界信号离子通道型受体离子通道型受体离子通道的离子通道的 通透性改变通透性改变膜两侧离

17、子移动膜两侧离子移动膜电位改膜电位改 变变该细胞的功能改变。该细胞的功能改变。 一、离子通道型受体介导的信号转导一、离子通道型受体介导的信号转导 化学门控通道化学门控通道 电压门控通道电压门控通道 机械门控通道机械门控通道 二、二、GG蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导 1.G蛋白耦联受体蛋白耦联受体 (G protein-linked receptor) 2.G蛋白蛋白(G protein) 3.G蛋白效应器蛋白效应器(G protein effector) 4.第二信使第二信使(second messenger) 主要的信号蛋白主要的信号蛋白 鸟苷酸结合蛋白（鸟苷酸结合蛋

18、白（guanine nucleotide binding protein）简称）简称G蛋白蛋白 G蛋白耦联受体蛋白耦联受体 (G protein-linked receptor) GG蛋白的周期性活动蛋白的周期性活动 3.G蛋白效应器：蛋白效应器： 酶酶 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase, AC) 磷脂酶磷脂酶C(phospholipase C, PLC) 磷酸酶磷酸酶A2(phospholipase A2, PLA2) 磷酸二酯酶（磷酸二酯酶（phosphodiesterase, PDE） 催化生成第二信使物质，实现细胞外的催化生成第二信使物质，实现细胞外的 信号向

19、细胞内的传导。信号向细胞内的传导。 离子通道离子通道 4.第二信使第二信使 (second messenger) 指激素、递质、细胞因子等信号分子（第指激素、递质、细胞因子等信号分子（第 一信使）作用于细胞膜后产生的细胞内信一信使）作用于细胞膜后产生的细胞内信 号分子。号分子。 调节各种蛋白激酶和离子通道调节各种蛋白激酶和离子通道级联反应级联反应 细胞功能改变。细胞功能改变。 比较重要的有比较重要的有：cAMP、cGMP、IP3 、 DG 、Ca2+等。等。 1.受体受体G蛋白蛋白AC（腺苷酸环化酶）途径（腺苷酸环化酶）途径 主要的主要的G蛋白耦联受体信号转导途径蛋白耦联受体信号转导途径 Gs

20、cAMP配体配体 + PKA 配体配体 cAMP Gi - PKA 2.受体受体G蛋白蛋白PLC（磷脂酶（磷脂酶C）途径）途径 配体配体 PLC Gi或或Gq PIP2 DG IP3 Ca2+ PKC激活激活 信号蛋白信号蛋白 功能蛋白功能蛋白 AC AC 酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合型受体酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合型受体 生长因子生长因子酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体胞质侧酪氨酸胞质侧酪氨酸 激酶活化激酶活化各种信号蛋白沿不同路径传导。各种信号蛋白沿不同路径传导。 细胞因子、肽类激素细胞因子、肽类激素酪氨酸激酶结合型受酪氨酸激酶结合型受 体体结合并激活某种胞质内酪氨酸激酶结合并激活某种胞

21、质内酪氨酸激酶磷酸磷酸 化下游信号蛋白化下游信号蛋白信号转导或生物学效应。信号转导或生物学效应。 三、酶联型受体介导的信号转导三、酶联型受体介导的信号转导 鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体 肽类激素肽类激素鸟苷酸环化酶（鸟苷酸环化酶（GC）激活激活 GC胞质内的胞质内的GTP生成生成cGMP激活激活 PKG底物蛋白磷酸化底物蛋白磷酸化细胞内效应。细胞内效应。 心房钠尿肽心房钠尿肽 一氧化氮一氧化氮 订资料以班为单位收钱，然后 把钱交到教材科李小微。 电话：2388624，2388532。 1.根据存在形式分：根据存在形式分： 表面蛋白表面蛋白 2030% 整合蛋白整合蛋白 7080% 2.功能

22、：功能： 转运物质转运物质 载体、通道、离子泵载体、通道、离子泵 传递信息传递信息 受体、酶受体、酶 细胞膜的蛋白细胞膜的蛋白 单纯扩散单纯扩散（simple diffusion） 指脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。指脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。 转运物质：气体、水、氨、乙醇、尿素、甘油等。转运物质：气体、水、氨、乙醇、尿素、甘油等。 膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白介导的跨膜转运 被动转运被动转运（passive transport）：）：被转运被转运 物在膜蛋白帮助下顺电物在膜蛋白帮助下顺电-化学梯度跨膜转化学梯度跨膜转 运，不需消耗能量。运，不需消耗能量。 主动转运主动转运（active transport）：）：被转运物被转运物 在膜蛋白帮助下逆电在膜蛋白帮助下逆电-化学梯度跨膜转运，化学梯度跨