[细胞生物学]细胞膜

1、第三章第三章 细胞膜与细胞表面细胞膜与细胞表面一、生物膜的化学组成和分子结构一、生物膜的化学组成和分子结构二、小分子物质的跨膜运输二、小分子物质的跨膜运输三、大分子和颗粒物质的跨膜运输三、大分子和颗粒物质的跨膜运输四、质膜的特化结构和功能四、质膜的特化结构和功能细胞膜的分子组成与分子结构细胞膜的分子组成与分子结构一、细胞膜的化学组成一、细胞膜的化学组成二、细胞膜的特性二、细胞膜的特性三、细胞膜的结构模型三、细胞膜的结构模型细胞细胞膜的化学组成膜的化学组成组成组成膜膜脂脂膜蛋白膜蛋白膜糖类膜糖类磷脂磷脂（phospholipid） 胆固醇胆固醇（cholesterol）构成膜主体构成膜主体糖脂糖

2、脂（glycolipid） 膜的流动性膜的流动性(fluidity)两个特性两个特性 膜的不对称性膜的不对称性(asymmetry) 生物膜的特性生物膜的特性细胞膜的结构模型细胞膜的结构模型第二节第二节 细胞膜与细胞内外物质转运细胞膜与细胞内外物质转运本节重点本节重点1. 物质跨膜运输的各个相关概念物质跨膜运输的各个相关概念 2. 掌握物质跨膜运输的类型，特点掌握物质跨膜运输的类型，特点代谢废物代谢废物 细胞内容物细胞内容物有害分子、有害分子、微生物微生物 等等 营养成分营养成分营养物质分子营养物质分子选选择择通通透透膜内外物质的运输膜内外物质的运输膜内外物质的运输膜内外物质的运输小分子运输小

3、分子运输大分子运输大分子运输被被 动动 运运 输输主动主动 运运 输输胞吐作用胞吐作用胞吞作用胞吞作用穿膜运输穿膜运输膜泡运输膜泡运输小分子物质的跨膜运输帮助扩散帮助扩散被动运输被动运输主动运输主动运输被动运输被动运输单纯扩散单纯扩散通道扩散通道扩散载体扩散载体扩散转运蛋白不同转运蛋白不同帮助扩散帮助扩散被动运输被动运输主动运输主动运输双层膜对不同分子的相对透性双层膜对不同分子的相对透性气体气体疏水分子疏水分子小极性分子小极性分子大极性分子大极性分子带电分子或离带电分子或离子子p疏水疏水(脂溶性脂溶性)的小分子的小分子p不带电的极性小分子不带电的极性小分子自由通透：强n不需要膜蛋白的帮助不需要

4、膜蛋白的帮助n不消耗不消耗ATPATPn细胞膜两侧有一定的浓度差细胞膜两侧有一定的浓度差被动运输被动运输单纯扩散单纯扩散通道扩散通道扩散载体扩散载体扩散（二）通道扩散（二）通道扩散（channel diffusion）帮助扩散帮助扩散被动运输被动运输主动运输主动运输通道扩散通道扩散通道蛋白介导通道蛋白介导适当大小适当大小及带电荷的物质穿越细及带电荷的物质穿越细胞膜。胞膜。p水通道水通道(water channel)(water channel)p闸门通道闸门通道(gated channel)(gated channel)电压闸门通道（电压闸门通道（voltage-gated channelvo

5、ltage-gated channel）配体闸门通道（配体闸门通道（ligand-gated channelligand-gated channel）channel水通道(water channels) p1991年年Peter Agre发现第一个水通道蛋发现第一个水通道蛋白白CHIP28,他将他将CHIP28的的mRNA注入非注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，母细胞迅速膨胀，5 分钟内破裂。分钟内破裂。p目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有有11种，被命名为水通道蛋白种，被命名为水通道蛋白(Aq

6、uaporin，AQP)。n水的跨膜运输水的跨膜运输n1. 穿越膜质双分子层简单扩散穿越膜质双分子层简单扩散 n2. 水通道介导转运水通道介导转运 2003年，美国科学家彼得年，美国科学家彼得阿格雷和罗德里阿格雷和罗德里克克麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。 Peter AgreRoderick MacKinnon n闸门通道闸门通道(gated channel):绝大多数跨膜通道蛋绝大多数跨膜通道蛋白具有闸门作用，仅在特定刺激发生反应的白具有闸门作用，仅在特定刺激发生反应的瞬间打开称闸门

7、通道。瞬间打开称闸门通道。n电压闸门通道电压闸门通道（voltage-gated channel）:膜电位膜电位发生变化发生变化可刺激闸门开放的闸门通道。可刺激闸门开放的闸门通道。n配体闸门通道配体闸门通道（ligand-gated channel）:细胞内细胞内外的外的配体与细胞表面的受体结合配体与细胞表面的受体结合，引起通道，引起通道蛋白构象改变使闸门开放称为配体闸门通道。蛋白构象改变使闸门开放称为配体闸门通道。通道蛋白通道蛋白配体配体高浓度低浓度n通道在神经元与肌细胞的冲动传递过程中起通道在神经元与肌细胞的冲动传递过程中起重要作用。重要作用。 Eg:Eg:含羞草的闭叶反应，含羞草的闭叶反

8、应， 草履虫的快速转向运动，草履虫的快速转向运动， 内耳听觉的感应。内耳听觉的感应。通道蛋白转运的主要特性通道蛋白转运的主要特性n运输的速度快运输的速度快 是载体是载体蛋白效率的蛋白效率的10001000倍。倍。n不耗能不耗能 即通道均属被即通道均属被动运输。动运输。n不是持续开放的不是持续开放的 有有“闸门闸门”控制控制, , 在受在受到膜电位或化学信号刺激到膜电位或化学信号刺激后短暂开放。后短暂开放。p单纯扩散单纯扩散n不需要膜蛋白的帮助不需要膜蛋白的帮助n不消耗不消耗ATPATPn靠膜两侧保持一定的浓度差运输物质。靠膜两侧保持一定的浓度差运输物质。通道扩散通道扩散需要通道蛋白的帮助需要通

9、道蛋白的帮助（三）载体扩散（三）载体扩散p载体扩散载体扩散借助于细胞膜上载体蛋白的构象变化而借助于细胞膜上载体蛋白的构象变化而顺浓度梯度的物质运输方式。顺浓度梯度的物质运输方式。p载体蛋白载体蛋白(carrier protein)：一类跨膜蛋白，与特定物质结合，可通一类跨膜蛋白，与特定物质结合，可通过自身构象的改变使物质穿越细胞膜。过自身构象的改变使物质穿越细胞膜。载体蛋白介导的被动运输载体蛋白介导的被动运输v载体蛋白在胞外结合葡萄糖分子载体蛋白在胞外结合葡萄糖分子构象变化构象变化结合位点结合位点转至胞内侧转至胞内侧释放葡萄糖分子释放葡萄糖分子构象恢复。构象恢复。载体蛋白介导运输的特点载体蛋白

10、介导运输的特点（1 1）载体蛋白具有高度的特异性。）载体蛋白具有高度的特异性。（2 2）通过载体易位机制转运）通过载体易位机制转运, ,不耗能。不耗能。（3 3）载体蛋白的饱和性。）载体蛋白的饱和性。p单纯扩散单纯扩散n不需要膜蛋白的帮助不需要膜蛋白的帮助n不消耗不消耗ATPATPn靠膜两侧保持一定的浓度差运输物质。靠膜两侧保持一定的浓度差运输物质。载体扩散载体扩散需要载体蛋白的帮助需要载体蛋白的帮助小分子物质的跨膜运输小分子物质的跨膜运输帮助扩散帮助扩散被动运输被动运输主动运输主动运输主动运输主动运输（active transport）p在在载体蛋白载体蛋白的帮助下，的帮助下，离子泵（离子泵

11、（ion pump）伴随运输（伴随运输（co-transport）Na+-K+泵：泵： （ Na+-K+ -ATP酶）酶） Na+-K+ pump, Na+-K+ ATPase细胞质细胞质Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基ATPADP+Pi钾浓度梯度30倍钠浓度梯度13倍小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基Pi钠结合部位钠结合部位钾结合部位钾结合部位Na+Na+Na+Na+K+Mg+PiPiK+K+K+大亚基大

12、亚基小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基每消耗1分子ATP，泵出3个Na+，泵入2个K+ 一般动物细胞要消耗一般动物细胞要消耗1/3总总ATP来维持细胞内来维持细胞内低低Na+，高高K+的离子环境，以维持细胞正常的离子环境，以维持细胞正常的生命活动的生命活动n结构结构: :由大、小两个亚基组成由大、小两个亚基组成n大亚基为一多次穿膜跨膜蛋白大亚基为一多次穿膜跨膜蛋白n大亚基的胞质胞质侧有一个大亚基的胞质胞质侧有一个ATPATP结合位点结合位点和三个和三个NaNa+ +结合位点结合位点n在膜的外侧面大亚基上有在膜的外侧面大亚基上有2 2个个K K+ +结合位点

13、和结合位点和1 1个个ouabain(ouabain(乌本苷，能抑制乌本苷，能抑制ATPATP酶酶) )结合结合位点；位点；小亚基为一糖蛋白，其作用仍不甚清楚小亚基为一糖蛋白，其作用仍不甚清楚Na+-K+泵：泵： （ Na+-K+ -ATP酶）酶） Na+-K+ pump, Na+-K+ ATPaseNaNaK K泵运输泵运输NaNa、K K的意义的意义: :p直接效应直接效应维持胞内低钠高钾的离子梯度。维持胞内低钠高钾的离子梯度。p间接效应间接效应n调节细胞容积，维持胞内外渗透压平衡。调节细胞容积，维持胞内外渗透压平衡。用乌本苷处理细胞，细胞很快涨破。用乌本苷处理细胞，细胞很快涨破。n产生的

14、产生的NaNa浓度差是某些物质如葡萄糖和浓度差是某些物质如葡萄糖和一些氨基酸运输的电化学势能保障。一些氨基酸运输的电化学势能保障。n胞内高浓度胞内高浓度K K为蛋白质合成及糖酵解所需为蛋白质合成及糖酵解所需的重要酶活动提供了重要条件。的重要酶活动提供了重要条件。n参与形成膜电位。参与形成膜电位。Ca2+泵：泵： （ Ca2+ -ATP酶）酶） Ca2+ pump, Ca2+ ATPase肌浆网肌浆网Ca 2+ 细胞质细胞质Ca 2+ （肌细胞收缩）（肌细胞收缩） Ca 2+ 从细从细胞质泵入肌浆网（肌细胞舒张）胞质泵入肌浆网（肌细胞舒张）激活激活Ca 2+-ATP酶酶顺浓度差释放顺浓度差释放到

15、肌细胞质到肌细胞质v结构：结构：v分子量为分子量为10万的跨膜蛋白万的跨膜蛋白v工作过程：工作过程：v水解一分子水解一分子ATP运转两个运转两个Ca 2+ ，反向运转，反向运转一个一个Mg2+ v意义：意义：v1、维持细胞内低、维持细胞内低Ca状态状态v2、调节肌细胞的收缩与舒张、调节肌细胞的收缩与舒张v位置：位置：v细胞膜（植物细胞、真菌及细菌）和细胞器的细胞膜（植物细胞、真菌及细菌）和细胞器的膜膜v意义：意义：v1、参与、参与ADP合成合成ATP（线粒体，叶绿体）（线粒体，叶绿体）v2、维持高酸性环境（溶酶体、胃内及植物液泡）、维持高酸性环境（溶酶体、胃内及植物液泡）v3、维持细胞质内恒定

16、的、维持细胞质内恒定的PH7.0值值H H+ +-ATP-ATP酶（质子泵）酶（质子泵）主动运输主动运输（active transport）载体蛋白介导的协同运输载体蛋白介导的协同运输v协同运输：协同运输：一种物质的运输依赖于第二种物质一种物质的运输依赖于第二种物质的同时运输。的同时运输。v分类：分类：协同运输根据物质运输的方向又分为协同运输根据物质运输的方向又分为： 同向协同运输：同向协同运输：两种伴物质运输方向相同两种伴物质运输方向相同。 逆向协同运输：逆向协同运输：两种伴随物质运输方向相反。两种伴随物质运输方向相反。v单运输：单运输：与协同运输相对，单一运输一种物质与协同运输相对，单一运

17、输一种物质。单向运转单向运转同向运转同向运转逆向运转逆向运转协同运输协同运输单运输单运输同向协同运输同向协同运输逆向协同运输逆向协同运输 协同运输举例协同运输举例v例例1.Na+驱动葡萄糖的驱动葡萄糖的同向协同同向协同运输运输（离（离子梯度驱动的主动运输）子梯度驱动的主动运输） v细胞外细胞外Na+浓度浓度-膜内外膜内外电化学梯度电化学梯度Na+载体扩散载体扩散细胞内细胞内 - 葡萄糖葡萄糖同时入胞同时入胞Na+、葡萄糖与载体蛋白脱离葡萄糖与载体蛋白脱离Na+被泵出细胞外被泵出细胞外葡萄糖在细胞底部葡萄糖在细胞底部载体扩散到细胞外液中。载体扩散到细胞外液中。Na+势能小肠上皮细胞转运葡萄糖入血

18、小肠上皮细胞转运葡萄糖入血2 个钠离子，运输一分子葡萄糖个钠离子，运输一分子葡萄糖v例例2：逆向协同运输：逆向协同运输(离子梯度驱动离子梯度驱动的对向运输的对向运输)v如动物细胞的如动物细胞的Na+-H+对向运输。质对向运输。质膜上有膜上有Na+-H+交换载体，交换载体， Na+进入进入驱动驱动H+流出，清除代谢产生的过多流出，清除代谢产生的过多的的H+，调节细胞内的，调节细胞内的pH值。值。Na+-H+对向运输对向运输小分子物质的跨膜运输帮助扩散帮助扩散被动运输被动运输主动运输主动运输膜内外物质的运输膜内外物质的运输膜内外物质的运输膜内外物质的运输小分子运输小分子运输大分子运输大分子运输被被

19、 动动 运运 输输主动主动 运运 输输胞吐作用胞吐作用胞吞作用胞吞作用穿膜运输穿膜运输膜泡运输膜泡运输n总结总结 小分子物质的运输形式：小分子物质的运输形式：单纯扩散单纯扩散-被动运输被动运输膜蛋白介导的运输：膜蛋白介导的运输：n载体蛋白载体蛋白 主动运输主动运输 被动运输被动运输( (载体扩散载体扩散):):葡萄糖载体蛋白葡萄糖载体蛋白n通道蛋白：通道蛋白：全部被动。闸门通道：配体闸全部被动。闸门通道：配体闸门通道，电压闸门通道门通道，电压闸门通道离子泵：离子泵：ATP供能供能协同运输协同运输(离子梯度驱动的主动离子梯度驱动的主动 运输运输)：电位势能：电位势能Na+-K+-ATP酶酶Ca2

20、+-ATP酶酶H+- ATP酶酶葡萄糖葡萄糖- -NaNa+ +NaNa+ +- Ca- Ca2+2+NaNa+ +- H- H+ +名词名词n被动运输被动运输n单纯扩散单纯扩散n配体配体/电压闸门通道电压闸门通道n载体扩散载体扩散n主动运输主动运输n伴随运输伴随运输复习题复习题v1.小肠上皮细胞转运葡萄糖入血的方式？小肠上皮细胞转运葡萄糖入血的方式？v2.简述简述Na+-K+-ATP酶的工作原理。酶的工作原理。一、生物膜的化学组成和分子结构一、生物膜的化学组成和分子结构二、小分子物质的跨膜运输二、小分子物质的跨膜运输三、大分子和颗粒物质的跨膜运输三、大分子和颗粒物质的跨膜运输四、质膜的特化结

21、构合功能四、质膜的特化结构合功能大分子和颗粒物质的跨膜运输大分子和颗粒物质的跨膜运输 胞吞作用胞吞作用 (endocytosis)胞吐作用胞吐作用 (exocytosis)外吐作用外吐作用吞噬作用吞噬作用吞噬体吞噬体phagosome胞饮作用胞饮作用吞饮体吞饮体pinosome膜泡运输膜泡运输外吐作用外吐作用吞噬作用吞噬作用胞饮作用胞饮作用内吞和外吐的过程内吞和外吐的过程(1)膜泡形成：膜泡形成：大分子物质包裹在膜泡内，大分子物质包裹在膜泡内，不与其它大分子或细胞器相混杂。不与其它大分子或细胞器相混杂。(2)膜融合：膜融合：膜泡与特定部位的膜膜泡与特定部位的膜(靶膜靶膜)相接触并融合。相接触并融合。(3)膜循环：膜循环：内吞：质膜面积减小；内吞：质膜面积减小；外吐：质膜面积增大。外吐：质膜面积增大。一、内吞作用一、内吞作用 (endocytosis)1概念：概念：细胞通过质膜的变形运动将细细胞通过质膜的变形运动将细胞外物质转运入细胞内的过程。胞外物质转运入细胞内的过程。2类型：类型：根据内吞泡大小和内容不同，根据内吞泡大小和内容不同，吞噬作用吞噬作用( (phagocytosi