中国医科大学生理学细胞的基本功能

1、一、一、细胞膜的结构概述细胞膜的结构概述 液态镶嵌模型液态镶嵌模型( (fluid mosaic model) ) 以液态脂质双分子层为基架以液态脂质双分子层为基架, ,其间镶嵌有其间镶嵌有 不同结构和功能的蛋白质不同结构和功能的蛋白质 1.1.脂质双分子层脂质双分子层: :磷脂磷脂、胆固醇胆固醇双嗜分子构双嗜分子构 成基架成基架, ,体温条件下具有流动性体温条件下具有流动性 2.2.蛋白质蛋白质: :分分表面蛋白表面蛋白( (如如:RBC:RBC骨架蛋白骨架蛋白) )和和 整合蛋白整合蛋白( (载体、通道、离子泵、转运体载体、通道、离子泵、转运体) ) 3. 3.糖类糖类: :与脂质或蛋白与

2、脂质或蛋白结合生成结合生成糖蛋白糖蛋白或或糖糖 脂脂成为抗原决定簇、受体可识别部分成为抗原决定簇、受体可识别部分第1页/共28页第2页/共28页二、膜的跨膜物质转运功能二、膜的跨膜物质转运功能 跨膜转运跨膜转运 transmembrane transport: 体内各种物质经过细胞膜进出细胞的过程。体内各种物质经过细胞膜进出细胞的过程。 转运方式转运方式: 单纯扩散单纯扩散 被动转运被动转运 passive transport 易化扩散易化扩散 原发性主动转运原发性主动转运 主动转运主动转运 active transport 继发性主动转运继发性主动转运 出胞和入胞作用出胞和入胞作用膜膜蛋蛋白

3、白介介导导第3页/共28页( (一一) )单纯扩散单纯扩散 Simple diffusion 脂溶性脂溶性物质由高物质由高低浓度侧的净移动。低浓度侧的净移动。 通量通量( (flux) ):摩尔摩尔/cm2.秒秒 扩散扩散 浓度差浓度差 膜通透性膜通透性( (脂溶性脂溶性,分子量分子量,带带 电状况电状况) ) 单纯扩散物质：单纯扩散物质： O2、CO2、乙醇、乙醇、 尿素、少量激素、尿素、少量激素、 水水( (还可通过水通道还可通过水通道water channel 即水孔蛋白即水孔蛋白aquaprin来跨膜转运来跨膜转运) )第4页/共28页( (二二) ) 易化扩散易化扩散 Facilit

4、ated diffusion 非脂溶性非脂溶性物质借助细胞膜蛋白质物质借助细胞膜蛋白质( (通通 道、载体道、载体) )帮助顺电化学梯度的跨膜转运。帮助顺电化学梯度的跨膜转运。 特点特点: 由高到低由高到低顺浓度差顺浓度差扩散扩散( (离子扩散还离子扩散还 与电位差有关与电位差有关) ) 转运蛋白与转运物质间有转运蛋白与转运物质间有选择性选择性 转运蛋白的功能转运蛋白的功能受环境因素受环境因素的影响的影响第5页/共28页1.1.经载体的易化扩散经载体的易化扩散 Facilitated diffusion via carrier小分子物质小分子物质, ,如如GS、AA、核苷酸、核苷酸载体：载体：

5、是是贯穿脂质贯穿脂质双层的整双层的整合蛋白。合蛋白。 第6页/共28页经载体的易化扩散的经载体的易化扩散的特点：特点： 顺顺浓度差浓度差转运转运, ,速度速度比比依溶质物理依溶质物理特特 性预期的性预期的快快; ; 饱和现象饱和现象saturation; 结构特异性结构特异性:如对如对GS转运转运,只转运右只转运右 旋旋GS,因为载体是因为载体是D-GS carrier或或称称 glucose transporter; 竞争抑制竞争抑制competitive inhibition;第7页/共28页 2.2.经通道的易化扩散经通道的易化扩散 Facilitated diffusion via c

6、hannel：转运物质转运物质: :带电离子带电离子 第8页/共28页离子通道离子通道： 是一类贯穿脂质双层的、中央带有是一类贯穿脂质双层的、中央带有亲水性孔道的膜蛋白。亲水性孔道的膜蛋白。通道的分类通道的分类： 化学门控通道化学门控通道 Chemically-gated channel 电压门控通道电压门控通道 Voltage-gated channel机械门控通道机械门控通道 Mechanical-gated channel第9页/共28页电压门控通道电压门控通道化学门控通道化学门控通道化学化学化学化学第10页/共28页通道的特征通道的特征： 离子选择性离子选择性 门控性门控性通道转运的功

7、能特点通道转运的功能特点： 转运速率比载体快转运速率比载体快 无饱和现象，无竞争性抑制无饱和现象，无竞争性抑制 通道有不同的功能状态通道有不同的功能状态第11页/共28页通道蛋白状态通道蛋白状态：静息、激活、失活：静息、激活、失活第12页/共28页( (三三) ) 主动转运主动转运 active transport 细胞膜通过本身某种细胞膜通过本身某种耗能耗能过程，借过程，借助细胞膜某些助细胞膜某些蛋白质蛋白质的帮助，将的帮助，将非脂非脂溶性溶性物质分子或离子物质分子或离子逆电化学梯度差逆电化学梯度差进行的转运。进行的转运。 根据转运能量根据转运能量是否直接来源于是否直接来源于ATPATP的不

8、同分为的不同分为: :原发原发和和继发继发两种主动两种主动转运形式。转运形式。第13页/共28页1.1.原发性主动转运原发性主动转运 Primary active transport指细胞指细胞直接利用直接利用代谢产生的能量代谢产生的能量(ATP)(ATP)将物质将物质( (通常是带电离子通常是带电离子) ) 逆浓度梯度逆浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运过程。介或电位梯度进行的跨膜转运过程。介导这一过程的膜蛋白称为导这一过程的膜蛋白称为离子泵离子泵( (ion pump),),如：如：钠钠- -钾泵钾泵 sodium-potassium pump简称钠泵简称钠泵sodium pump, ,又称

9、又称Na+-K+-ATP酶酶( (Na+-K+-ATPase) )第14页/共28页Primary active transportNa+-K+ 依赖式ATP酶（钠泵）3Na+( (由胞内向胞外) ): 2K+ ( (由胞外向胞内) )第15页/共28页 NaNa+ +-K-K+ +依赖式依赖式ATPATP酶酶由一对由一对和和一对一对亚亚 单位构成的四联体单位构成的四联体, ,水解水解ATPATP及与阳离子结合及与阳离子结合 部位均在部位均在亚单位亚单位( (功能亚单位功能亚单位) )。当：当： 细胞内细胞内NaNa+ + ATP ATP 钠泵钠泵激活激活 细胞外细胞外KK+ + ADP+Pi

10、+ ADP+Pi+E E 3Na 3Na+ +( (移出胞外移出胞外):2K):2K+ +（移入胞内）（移入胞内） 同时逆向转运。同时逆向转运。 钠泵抑制剂钠泵抑制剂: :哇巴因哇巴因ouabain 第16页/共28页Primary active transport钠泵活动的生理意义钠泵活动的生理意义： 细胞内高细胞内高K K+ +胞内代谢反应所必需；胞内代谢反应所必需； 膜内外膜内外K K+ +、NaNa+ +浓度差浓度差RPRP、APAP产生前提；产生前提； 维持胞质渗透压维持胞质渗透压和和细胞容积的相对稳定；细胞容积的相对稳定； 生电性活动生电性活动影响影响RPRP数值；数值； 胞外高胞

11、外高NaNa+ +势能储备：势能储备： GSGS、AAAA继发性主动转运；继发性主动转运； NaNa+ +-H-H+ +交换交换, 维持胞内维持胞内pHpH稳定；稳定； NaNa+ +-Ca-Ca2+2+交换交换, 维持胞内维持胞内CaCa2+2+浓度稳定；浓度稳定；第17页/共28页 H H+ +泵泵( (H+-ATP酶酶；H+-K+-ATP酶酶) ): : 分布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分分布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分泌有关泌有关 CaCa2+2+泵泵( (Ca2+-ATP酶酶) )：主要分布主要分布于骨骼肌与心肌细胞内部的肌质网上于骨骼肌与心肌细胞内部的肌质网上,与肌肉收缩有关与肌肉收

12、缩有关 其它泵其它泵：Primary active transport第18页/共28页第19页/共28页2.2.继发主动转运继发主动转运 ( (又简称联合转运又简称联合转运) ) secondary active transport 细胞膜细胞膜间接利用间接利用钠泵分解钠泵分解ATP ATP 释放的能量释放的能量 完成的完成的主动主动转运。转运。即即细胞膜利用钠泵分解细胞膜利用钠泵分解 ATPATP 释放的能量所建立起的释放的能量所建立起的细胞膜内外细胞膜内外NaNa+ +浓度差浓度差的的 势能储备，再由势能储备，再由转运体转运体蛋白完成的逆电化学梯蛋白完成的逆电化学梯 差的跨膜转运。差的跨

13、膜转运。 如：小肠粘膜上皮细胞和肾小管上皮细胞吸如：小肠粘膜上皮细胞和肾小管上皮细胞吸 收收GSGS、AAAA为继发主动转运。介导继发主动转运为继发主动转运。介导继发主动转运 的是特殊的转运蛋白的是特殊的转运蛋白转运体转运体 transporter 。第20页/共28页 肾小管上皮细胞对肾小管上皮细胞对GS的转运的转运基侧膜钠泵活动Na+浓度势能差管腔膜Na+、GS同向转运体GS再易化扩散入血第21页/共28页转运体转运体 transporter： 转运体和载体具有相似的转运机制，也会出现饱和现象同向转运体反向转运体 （交换体）第22页/共28页典型的继发性主动转运典型的继发性主动转运： GS

14、和和AA在小肠粘膜上皮的吸收；在小肠粘膜上皮的吸收； GS和和AA在肾小管上皮的重吸收；在肾小管上皮的重吸收； 神经递质在突触间隙被神经末梢神经递质在突触间隙被神经末梢 所重摄取；所重摄取； 甲状腺上皮细胞的聚碘过程；甲状腺上皮细胞的聚碘过程； NaNa+ +-H-H+ +交换交换,Na,Na+ +-Ca-Ca2+2+交换；交换；第23页/共28页( (一一) )出胞和入胞出胞和入胞 exocytosis and endocytosis Exocytosis: 指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。 第24页/共28页分泌物的出胞过程分泌物的出胞过程粗面内质网上合成转移到高尔基体修饰，由质膜包裹分泌囊泡移向细胞膜内侧融合、破裂，分泌信号第25页/