细胞膜及其表面

1、第五章 细胞膜及其表面细胞膜也称质膜。质膜和各种细胞器的膜结构统称生物膜。第一节 细胞膜的分子结构和特性教学要求：1.掌握：膜脂的类型：膜蛋白的类型及其功能：膜结构模型；膜的特性。2.熟悉：膜脂的结构。3.了解：膜结构模型、膜特性的研究背景；一、膜的化学组成o 细胞膜的化学组成细胞膜的化学组成：脂质分子、蛋白质分子、脂质分子、蛋白质分子、糖类分子、还有少量的水、糖类分子、还有少量的水、无机盐和金属离子。无机盐和金属离子。 o 蛋白质和脂质分子的蛋白质和脂质分子的比例：比例：常因细胞种类的常因细胞种类的不同而异，变化范围在不同而异，变化范围在1 44 1之间。之间。o多数细胞：多数细胞：膜脂约占

2、膜脂约占50%，膜蛋白质约占，膜蛋白质约占40%50%，膜糖类，膜糖类约占约占1%10%。o功能复杂的膜中蛋白质的功能复杂的膜中蛋白质的比例大比例大（一）、（一）、 膜膜 脂脂o磷脂（磷脂（phospholipidphospholipid）o胆固醇（胆固醇（cholesterolcholesterol）o糖脂（糖脂（glocolipidglocolipid）亲水脂分子亲水脂分子（amphipahicamphipahic molecules molecules） 1.1.磷脂磷脂磷脂酰胆碱分子结构磷脂酰胆碱分子结构鞘磷脂磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰胆碱2.2.胆固醇胆固醇3.3.糖脂糖脂Fig

3、ure 10-5. A cross-sectional view of a synthetic lipid bilayer, called a black membrane. This planar bilayer is formed across a small hole in a partition separating two aqueous compartments. Black membranes are used to measure the permeability properties of synthetic membranes.膜脂分子的排列特性膜脂分子的排列特性 脂质体脂

4、质体（二）膜蛋白（二）膜蛋白 o 是细胞膜的重要组成成分，同时也是细胞膜是细胞膜的重要组成成分，同时也是细胞膜功能的主要承担者功能的主要承担者o 膜蛋白种类繁多，功能各异，有：运输蛋白、膜蛋白种类繁多，功能各异，有：运输蛋白、酶蛋白、信号转导、免疫反应、受体、连接酶蛋白、信号转导、免疫反应、受体、连接蛋白参与细胞的运动蛋白参与细胞的运动o 冰冻裂解法冰冻裂解法证明许多细胞膜中均存在蛋白颗证明许多细胞膜中均存在蛋白颗粒。粒。1.1.内在蛋白内在蛋白o 又称又称镶嵌蛋白镶嵌蛋白（mosaic protienmosaic protien）或）或整合蛋白整合蛋白（integral protienint

5、egral protien） o 是是兼性分子兼性分子，亲水区域暴露于膜两侧的水溶液中，亲水区域暴露于膜两侧的水溶液中，疏水区则位于脂质双层内部，并与脂质分子的疏疏水区则位于脂质双层内部，并与脂质分子的疏水尾相互作用水尾相互作用o 不易分离，只有用去垢剂溶解和纯化才能得到不易分离，只有用去垢剂溶解和纯化才能得到 o 生物学功能极为复杂生物学功能极为复杂, ,与细胞的支持、物质运输、与细胞的支持、物质运输、能量转化、信息传递、神经传导以及免疫反应等能量转化、信息传递、神经传导以及免疫反应等功能有着密切关系。功能有着密切关系。 , , integral protein integral prote

6、in；, , peripheral protein peripheral protein；, , lipid-anchored protein lipid-anchored protein2.2.膜周边蛋白（膜周边蛋白（peripheral proteinperipheral protein） o分布于细胞膜的内外表面，主要分布分布于细胞膜的内外表面，主要分布于细胞膜的内表面于细胞膜的内表面 o一般用高浓度的盐溶液可将许多膜外一般用高浓度的盐溶液可将许多膜外周蛋白从膜上洗脱周蛋白从膜上洗脱 o与细胞的胞吞作用、细胞变形运动以与细胞的胞吞作用、细胞变形运动以及细胞分裂时细胞膜的缢缩有关及细胞分裂

7、时细胞膜的缢缩有关 （三）膜（三）膜 糖糖 o 1.1.糖脂：糖脂：glycolipidglycolipido 2.2.糖蛋白：（糖蛋白：（glycoprotienglycoprotien）o 在细胞膜上，寡聚糖链只伸向细胞的外表面；在细胞膜上，寡聚糖链只伸向细胞的外表面；在细胞内膜系统中，糖残基都存在于膜腔面。在细胞内膜系统中，糖残基都存在于膜腔面。o 组成寡糖链的单糖数量、种类、结合方式、组成寡糖链的单糖数量、种类、结合方式、排列顺序以及有无分支等不同，出现了无数排列顺序以及有无分支等不同，出现了无数种组合方式。种组合方式。o 几乎涉及细胞所有的生物学现象。几乎涉及细胞所有的生物学现象。二

8、、二、 膜的分子结构膜的分子结构o片层结构模型片层结构模型o单位膜模型单位膜模型o液态镶嵌模型液态镶嵌模型o晶格镶嵌模型晶格镶嵌模型 （一）片层结构模型片层结构模型脂质分子构成细胞膜的脂质双层；球形蛋白分子结合于脂质双层的内外两侧。（二）单位膜模型（二）单位膜模型19591959年年J.D. RobertsonJ.D. Robertson 单位膜（7.5nm）o 该模型认为：所有生物膜都是蛋白质该模型认为：所有生物膜都是蛋白质脂质脂质双层双层蛋白质式的三层结构，厚度约为蛋白质式的三层结构，厚度约为7.5 7.5 nmnm。电镜下观察到的亮带为脂质双分子层，。电镜下观察到的亮带为脂质双分子层，厚

9、约厚约3.5 nm3.5 nm；脂双层两侧的两条致密暗带为；脂双层两侧的两条致密暗带为蛋白质层，各厚蛋白质层，各厚2 nm2 nm。 o优点：优点：单位膜模型指出了所有生物膜形态结构上的共性，并对膜的属性作出了一定解释。o不足之处：不足之处：把所有的生物膜看成静态的单一结构，忽视了膜的流动性。（三）液态镶嵌模型（三）液态镶嵌模型S.J. Singer 和G. Nicolson1972年膜的冰冻蚀刻示意图膜的液态镶嵌模型o （1 1）认为）认为生物膜是生物膜是流动流动的。膜中的脂质分子的。膜中的脂质分子和蛋白质分子均可在膜平面上进行侧向移动。和蛋白质分子均可在膜平面上进行侧向移动。o （2 2）

10、认为）认为膜蛋白的分布是膜蛋白的分布是不对称性不对称性的。在膜的。在膜的内部或膜的内外表面以各种形式结合着功的内部或膜的内外表面以各种形式结合着功能各异的蛋白质。能各异的蛋白质。 o缺点缺点：忽视了蛋白质分子对脂质分子流忽视了蛋白质分子对脂质分子流动性的控制作用，忽视了膜的各部分流动性的控制作用，忽视了膜的各部分流动性的不均匀性等问题。动性的不均匀性等问题。液态镶嵌模型的主要特点是：液态镶嵌模型的主要特点是：o 19751975年，年，WallachWallach提出了提出了晶格镶嵌模型：晶格镶嵌模型：o 脂质双层可逆地进行着有序（晶态）和无序（液态）脂质双层可逆地进行着有序（晶态）和无序（液

11、态）的相变；膜蛋白分子对磷脂分子的流动性具有限制的相变；膜蛋白分子对磷脂分子的流动性具有限制作用（作用（界面脂界面脂、晶格晶格）；脂质的流动性是局部的。）；脂质的流动性是局部的。o 优点：优点：比较合理地解释了生物膜既有流动性，又有比较合理地解释了生物膜既有流动性，又有相对完整性和稳定性的原因。相对完整性和稳定性的原因。 对液态镶嵌模型的补充对液态镶嵌模型的补充:(四）脂伐o 是质膜上富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域，结构致密，是蛋白质的停泊平台，与膜的信号转导、蛋白质的分选有关。o1977年年Jain和和White又提出了又提出了板块模型板块模型（blocky model） 三、膜的理化特性三、

12、膜的理化特性o细胞膜的不对称性细胞膜的不对称性o细胞膜的流动性细胞膜的流动性（一）细胞膜的不对称性（一）细胞膜的不对称性1.1.膜蛋白的不对称性分布（绝对性）膜蛋白的不对称性分布（绝对性）o外周蛋白的不对称分布外周蛋白的不对称分布o内在蛋白的不对称分布内在蛋白的不对称分布o糖蛋白糖蛋白 EFPF小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻小鼠肝细胞膜冰冻蚀刻 糖脂全部分布在细胞膜的外侧单层糖脂全部分布在细胞膜的外侧单层 组成膜两个单层的膜脂种类不同组成膜两个单层的膜脂种类不同2.脂质双层的不对称性脂质双层的不对称性o 膜脂、膜蛋白以及膜表面的糖脂和糖蛋白在膜脂、膜蛋白以及膜表面的糖脂和糖蛋白在细胞膜上的不对称分布，导

13、致膜功能的不对细胞膜上的不对称分布，导致膜功能的不对称以及物质运输和信号传递的方向性，从而称以及物质运输和信号传递的方向性，从而保证了细胞代谢功能的正常进行。保证了细胞代谢功能的正常进行。（二）膜的流动性（二）膜的流动性o细胞膜的流动性（细胞膜的流动性（fluidityfluidity）是指膜）是指膜蛋白和膜脂分子的运动性蛋白和膜脂分子的运动性 1.1.膜脂分子的运动膜脂分子的运动o侧向扩散侧向扩散o旋转运动旋转运动o自身摆动自身摆动o翻转运动翻转运动2. 2. 膜蛋白分子的运动膜蛋白分子的运动o 侧向扩散侧向扩散o 旋转扩散旋转扩散o 19701970年，年，EdidinEdidin等人用等

14、人用细胞融合间接荧光抗细胞融合间接荧光抗体免疫标记体免疫标记实验证明了膜蛋白的侧向扩散。实验证明了膜蛋白的侧向扩散。 o 光脱色恢复技术光脱色恢复技术（fluorescence recovery fluorescence recovery after photobleachingafter photobleaching, FRAP, FRAP） 细胞融合间接免疫荧光细胞融合间接免疫荧光法法光致漂白荧光恢复法光致漂白荧光恢复法3.3.影响细胞膜流动性的因素影响细胞膜流动性的因素 o脂肪酸链的长度与不饱和度的影响脂肪酸链的长度与不饱和度的影响o胆固醇的影响胆固醇的影响o卵磷脂和鞘磷脂比值的影响卵磷

15、脂和鞘磷脂比值的影响o蛋白质的影响蛋白质的影响 o温度的影响温度的影响第二节第二节 细胞表面及其特化结构细胞表面及其特化结构教学要求：1.掌握：细胞外被的概念；桥粒、封闭、间隙连接的结构分布和功能；细胞外基质的主要物质类型和功能。2.了解：细胞表面的特式结构o 概念：包围在细胞质外层的一个复合结构体系和多功能体系，是细胞与外环境物质相互作用，并产生各种复杂功能的部位。包括细胞的质膜、质膜外的细胞外被以及质膜内的胞质溶胶层。o 功能复杂：对细胞起支持和保护，与整个细胞的行为、生理活动、相互识别、黏着、物质运输、信息转导、细胞运动、生长分化、衰老以及病理过程都有密切关系。细胞表面细胞表面一、细胞外

16、被和胞质溶胶层（一）细胞外被o概念：概念：细胞外被（cell coat）或糖萼，是动物细胞膜外的一层绒毛状的多糖物质，厚520nm，由细胞膜糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂的糖链向外伸展、交织而成。糖链通常不超过15个单糖残基，称低聚糖链。o特点：特点：寡聚糖链末端常连接带负电荷的唾液酸，使寡糖链彼此排斥，僵直分布；糖链交织成网状结构，细胞得到支持和保护；糖链上的亲水集团和负电荷能吸引大量的水分子和Na+、Ca2+等阳离子，为细胞生命活动提供稳定的微环境。o功能：功能：寡糖链蕴藏着巨大的信息，是细胞识别、信号传递、免疫应答和粘着的分子基础。（二）胞质溶胶概念：质膜下面一层厚0.1-0.2m的较粘滞无结构

17、的液体物质。特点：含较高浓度的蛋白质，分布着较多的微丝和微管。功能：赋予细胞强的抗张强度，维持细胞的极性、形态和调节膜蛋白的分布，与细胞运动密切相关。二、细胞表面的特殊结构o 微绒毛o 褶皱o 圆泡o 细胞内褶o 纤毛和鞭毛微绒毛皱褶（ruffle）细胞表面的扁形突起，也称为片足（lamellipodia ）。在巨噬细胞的表面上，普遍存在着皱褶结构，与吞噬颗粒物质有关。内褶内褶（infolding）是质膜由细胞表面内陷形成的结构，以相反的方式扩大了细胞的表面积。这种结构常见于液体和离子交换活动比较旺盛的细胞。 纤毛和鞭毛o纤 毛 （ c i l i a ） 和 鞭 毛（flagella）是细胞

18、表面伸出的条状运动装置。二者在发生和结构上并没有什么差别。o纤毛和鞭毛都来源于中心粒。三、细胞的连接o 细胞连接细胞连接（cell junction）：是多细胞生物各种组织的相邻细胞，通过细胞膜局部的特化区域形成的细胞装配结构。o 功能：功能：加强细胞间的机械联系和组织牢固性；沟通细胞间信息传递和物质交流；将相关细胞连接成协调活动的有机整体。o 类型：类型：紧密连接、锚定连接、通讯连接紧密连接、锚定连接、通讯连接。（一）（一） 紧密连接紧密连接（tight junction）o 概述：概述：亦称封闭连接（occluding junction），广泛存在于各种有腔脏器管腔面上皮细胞游离缘的侧表面

19、，如小肠上皮细胞。o 结构：结构：封闭索封闭索（sealing strand）是紧密连接的基本结构紧密结合的膜蛋白颗粒组成嵴，相邻细胞膜上的嵴对应排列，就像拉链头对头地连接成封闭索。封闭索交织成网状，将相邻细胞紧密连接在一起。o 功能：功能：连接相邻细胞外；封闭上皮细胞间隙，保证组织内环境的相对稳定；将上皮细胞游离面和基底面不同功能的转运蛋白限制在各自的范围，保证物质转运的方向性。Tight Junction in Epithelia of Tight Junction in Epithelia of RabbitRabbitTight Junctions Seal off body cavi

20、tiesRestrict diffusion of membrane componentsTight Junction（二）（二） 锚定连接锚定连接anchoring junction锚定连接由骨架纤维介导，可分为粘着连接和桥粒连接。1.1.粘着连接（粘着连接（adhering junction） （1） 粘着带粘着带（adhesion belt）：位于上皮细胞顶端的外侧面、紧密连接的下方。通过一种依赖Ca2+的粘合机制使相邻细胞的跨膜糖蛋白相互粘着；微丝束平行环绕细胞膜并与跨膜糖蛋白相连；相邻细胞膜在粘着带处有1520nm的间隙。功能：功能：增强组织的机械性能；在脊椎动物形态发生过程中起重要

21、作用。Adhesion Belto 是细胞与胞外基质的一种连接方式。粘着斑是细胞与胞外基质的一种连接方式。粘着斑是膜下微丝束的终末，通过粘着斑连接蛋白是膜下微丝束的终末，通过粘着斑连接蛋白与跨膜糖蛋白连接。跨膜糖蛋白是细胞外基与跨膜糖蛋白连接。跨膜糖蛋白是细胞外基质中纤粘连蛋白的受体，介导细胞与细胞外质中纤粘连蛋白的受体，介导细胞与细胞外基质粘着。基质粘着。o 粘着斑的形成与解离对细胞的铺展和迁移有粘着斑的形成与解离对细胞的铺展和迁移有重要意义，如成纤维细胞在培养过程中的贴重要意义，如成纤维细胞在培养过程中的贴壁、铺展等。壁、铺展等。 （2 ）粘着斑（）粘着斑（adhesion plaque）

22、2.桥粒连接桥粒连接desmosome junction（1 1）点状桥粒）点状桥粒（spot desmosome）： 似铆钉，相邻细胞膜相互平行，有宽约30nm的间隙。o 结构：盘状胞质斑（cytoplasmic plaque），厚约1520nm；中间纤维被更细的纤维系牢在胞质斑上；跨膜连接糖蛋白附着于胞质斑上，将两个细胞连接在一起。o 功能：抵抗外来的张力、压力及撕裂力。o 与疾病：天疱疮是一种桥粒结构缺陷疾病，上皮层细胞松开，组织液漏入表皮，导致水疱形成。（2）半桥粒）半桥粒（hemidesmosome）：只有点状桥粒的一半，通过与胞质斑相连的跨膜连接糖蛋白将上皮组织与基底膜连接在一起。

23、（三）通讯连接（三）通讯连接o 包括间隙连接、化学突触、胞间连丝。1.1.间隙连接间隙连接o 相邻细胞膜间深处，存在着23nm的间隙。o 连接子连接子o 间隙连接单位间隙连接单位Gap junction间隙连接介导的细胞通讯间隙连接介导的细胞通讯o 代谢偶联代谢偶联：间隙连接允许离子、葡萄糖、氨基酸、核苷酸和维生素等代谢物从一个细胞迅速到达另一个细胞，使细胞产生代谢偶联，借以实现细胞间通讯，进而协调细胞群的各种代谢活动。如在胚胎早期发育和细胞的分化。o 电偶联：电偶联：连接子有离子通道作用，间隙连接区的电阻远低于膜的其它部位，便于离子通过迅速进入相邻细胞，使相邻细胞膜去极化，产生兴奋。如心肌细

24、胞的同步收缩和舒张。 o 间隙连接的通透性调节间隙连接的通透性调节：实验证明，间隙连接的通透性受细胞内Ca2+水平、pH 值、电压梯度和细胞外信号的调节。 2.化学突触化学突触o 化学突触（化学突触（chemical synapsechemical synapse）是存在于神）是存在于神经元和神经元之间、神经元和效应器细胞之经元和神经元之间、神经元和效应器细胞之间的细胞连接方式。由突触前膜、突触间隙间的细胞连接方式。由突触前膜、突触间隙和突触后膜构成，通过释放神经递质传导神和突触后膜构成，通过释放神经递质传导神经冲动。经冲动。 四、细胞外基质oECMECM(extracellular matr

25、ix)是细胞外大分子构成的网络。o包括：胶原胶原、非胶原糖蛋白非胶原糖蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖氨基聚糖与蛋白聚糖、弹性蛋白等弹性蛋白等。oECM在结缔组织中含量较高。oECM的成分及组装形式由所产生的细胞决定，并与组织的功能相适应。如：角膜、肌腱。oECM影响细胞的存活、死亡、增殖和分化。MACROMOLECULAR ORGANIZATION OF ECM（一）氨基聚糖及蛋白聚糖o1 1氨基聚糖（氨基聚糖（glycosaminoglycanglycosaminoglycan，GAGGAG）oGAG是重复二糖单位构成的无分枝长链多糖。o二糖单位通常由氨基已糖和糖醛酸组成。o可分为六种：透明质酸、

26、硫酸软骨素、硫酸皮肤素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角质素。o透明质酸(HA)是唯一不硫酸化的GAG，含多达10万个糖基。可结合大量水分子，赋予组织一定的抗压性。氨基聚糖的分子特性及分布氨基聚糖的分子特性及分布2蛋白聚糖 proteoglycano 是氨基聚糖（除HA）与核心蛋白质的共价结合物。o 核心蛋白质的Ser残基在高尔基体中装配上GAG链。o 首先合成由四糖组成的连接桥（Xyl-Gal-Gal-GlcUA）连接到Ser残基上，然后再延长糖链。o 除HA及肝素外，其他GAG均不游离存在。o HA以非共价键连接许多蛋白聚糖单体巨分子。A Proteoglycan Complex.Galacto

27、se N-Acetyl-D-glucosamineD-glucuronic acid N-Acetyl-D-galactosamine（二）胶原和弹性蛋白（二）胶原和弹性蛋白1.胶原Collagen的组成：o 由原胶原交联而成，原胶原由原胶原交联而成，原胶原是三条肽链形成的三股螺旋，含有三种结构：螺旋区，非螺旋区及球形结构域。collagencollagenstructure structure Structures of the collageno原胶原间共价交联，呈阶梯状排列，形成胶原纤维，在电镜下可见间隔67nm的横纹。o合成：由成纤维细胞、软骨细胞、成骨细胞、上皮细胞分泌。o原胶原共价

28、交联后成为具有抗张强度的不溶性胶原。n胚胎及新生儿的胶原因缺乏分子间的交联而易于抽提。n随年龄增长，交联日益增多，组织僵硬老化。 o类型：n已知至少19种胶原，由不同的结构基因编码。nI、II、III、V、XI型胶原为有横纹的纤维形结构。n是人体最丰富的蛋白，占蛋白总量的30以上。功能：参与形成结缔组织，如骨、韧带、基膜、皮肤。Collagen fibrils around a fibroblast2.弹性蛋白（elastin)形态：是弹性纤维的主要成分，高度疏水，呈无规则卷曲状。分布：皮肤的结缔组织中。Figure 19-50 Stretching a network of elastin

29、molecules. The molecules are joined together by covalent bonds (indicated in red) to generate a cross-linked network. In the model shown each elastin molecule in the network can expand and contract as a random coil, so that the entire assembly can stretch and recoil like a rubber band. 3.非胶原糖蛋白已鉴定的已

30、鉴定的FNFN亚单位亚单位2020种以上。由同一基因编码，转种以上。由同一基因编码，转录后拼接不同，形成多种异型分子。录后拼接不同，形成多种异型分子。纤连蛋白（纤连蛋白（fibronectin,FNfibronectin,FN) )纤粘连蛋白纤粘连蛋白 Fibronectin（FN）o 类型：类型：n血浆血浆FNFN： V V字形二聚体，字形二聚体，可溶，存在于血浆、体液。n细胞细胞FNFN：多聚体，：多聚体，不溶，存在于ECM及细胞表面。o 结构：n含糖4.59.5。n每条FN有57个有特定功能的结构域。fibronectin dimer 组装：组装：nFNFN不自发组装成纤维，通过细胞表面

31、受体指导下进行。肿不自发组装成纤维，通过细胞表面受体指导下进行。肿瘤细胞表面的瘤细胞表面的FNFN纤维减少，因细胞表面的纤维减少，因细胞表面的FNFN受体异常所致。受体异常所致。功能：功能：nFNFN可将细胞连接到可将细胞连接到ECMECM上；上；FNFN上的上的RGDRGD（Arg-Gly-AspArg-Gly-Asp）序）序列可与细胞表面的整合素结合。列可与细胞表面的整合素结合。n人工合成的人工合成的RGDRGD三肽可抑制细胞在三肽可抑制细胞在FNFN基质上粘附。基质上粘附。Fibronectin helps connect the inside of the cell to the ou

32、tside第三节第三节 细胞膜与物质的跨膜运输细胞膜与物质的跨膜运输o穿膜运输穿膜运输（transmembranetransmembrane) )小分子物质和离子小分子物质和离子o膜泡运输膜泡运输(transport by vesicle (transport by vesicle formation)formation)大分子和颗粒物质大分子和颗粒物质o教学要求： 1.掌握：膜转运蛋白的类型和特点；简单扩散、协助扩散和主动运输；胞吞作用、胞吐作用和受体介导的内吞作用； 2.熟悉：膜转运系统异常与疾病一、穿膜运输一、穿膜运输（一）小分子和离子的穿膜机制（一）小分子和离子的穿膜机制o 介导运输的

33、膜运输蛋白可将它们分为两类：介导运输的膜运输蛋白可将它们分为两类：o 通道蛋白（通道蛋白（channel proteinchannel protein）o 载体蛋白（载体蛋白（carrier proteincarrier protein）o 所有结构已知的膜运输蛋白都是多次穿膜的膜蛋所有结构已知的膜运输蛋白都是多次穿膜的膜蛋白。一种膜运输蛋白往往只能运输一种特定的离白。一种膜运输蛋白往往只能运输一种特定的离子或分子，基因突变会引起细胞膜上某些相关运子或分子，基因突变会引起细胞膜上某些相关运输蛋白的减少或缺失，导致先天性的对某种特异输蛋白的减少或缺失，导致先天性的对某种特异性物质的吸收障碍。性物

34、质的吸收障碍。通道蛋白（通道蛋白（channel proteinchannel protein）4th subunit not shown载体蛋白载体蛋白o 小分子物质和离子的穿膜运输小分子物质和离子的穿膜运输o 被动转运（被动转运（passive transport)o 主动转运（主动转运（active transport)代谢相关代谢相关转运转运（二）小分子和离子的穿膜运输方式（二）小分子和离子的穿膜运输方式o 1.1.简单扩散简单扩散2.2.离子通道扩散离子通道扩散o 电压门控通道电压门控通道o 配体门控通道配体门控通道o 机械门控通道机械门控通道神经肌肉连接神经肌肉连接3.3.易化扩散

35、易化扩散( (帮助扩散帮助扩散) )概念：概念：是物质由低浓度一侧通过膜到高浓度一侧，同时消耗代谢能的一种物质运输方式。在运输过程中，需要载体蛋白的参与。（1）钠泵（2）钙泵4.离子泵离子泵（1）钠泵）钠泵o构成构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实际上就是NaNa+ +-K-K+ +ATPATP酶酶，分布于动物细胞的质膜。oNa+-K+-ATPNa+-K+-ATP酶有两种互变的构象，每秒酶有两种互变的构象，每秒可水解可水解100100个个ATPATP分子，水解一个分子，水解一个ATPATP分子分子能同时转运能同时转运 3 3个个Na+ Na+ 出胞和出胞和2 2个个K+K+入胞入胞细

36、胞质细胞质钾浓度梯度30倍钠浓度梯度13倍大亚基大亚基小亚基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亚基大亚基大亚基K+ATPADP+Pi钠结合部位K+Pi大亚基大亚基大亚基大亚基小亚基小亚基钾结合部位Mg+小结o钠钾泵的作用：钠钾泵的作用：o维持细胞膜两侧正常的离子梯度维持细胞膜两侧正常的离子梯度o膜的正常兴奋性膜的正常兴奋性o细胞渗透压的平衡以细胞渗透压的平衡以o细胞容积的恒定细胞容积的恒定 2.

37、 Ca2+-ATP酶酶o 位置：肌质网膜上。o 结构：Ca2+-泵是由约1000个氨基酸组成的跨膜蛋白，钙调蛋白通过与Ca2+-泵的结合调节其活性，催化ATP水解产生的能量。 o 通过变构、反复的磷酸化和去磷酸化，将Ca2+-逆向转运至细胞外或进入肌质网。o Ca2+-泵每秒钟能水解10个ATP分子，每水解一个 ATP分子，能转运两个Ca2+出胞或进入肌质网。 5.伴随运输o 是一种间接消耗代谢能的运输方式，溶质分是一种间接消耗代谢能的运输方式，溶质分子逆浓度梯度跨膜运输所需的能量来自离子子逆浓度梯度跨膜运输所需的能量来自离子的电化学梯度，同时也需要膜上的特异性载的电化学梯度，同时也需要膜上的

38、特异性载体。体。o 在动物细胞中，驱动主动运输的离子通常是在动物细胞中，驱动主动运输的离子通常是Na+Na+。o 在植物和细菌，驱动溶质分子逆浓度梯度运在植物和细菌，驱动溶质分子逆浓度梯度运输的不是输的不是Na+Na+而是而是H+H+。钠钾泵驱动的葡萄糖主动运输钠钾泵驱动的葡萄糖主动运输二、膜泡运输o 细胞在转运某些大分子和颗粒物质的过程中，物质被细胞在转运某些大分子和颗粒物质的过程中，物质被包裹在膜脂双分子层围成的囊泡中，通过囊泡与细胞包裹在膜脂双分子层围成的囊泡中，通过囊泡与细胞膜的融合进行转运，故称为膜的融合进行转运，故称为膜泡运输膜泡运输。o 膜泡运输的特点膜泡运输的特点是：是：o 被

39、转运的大分子物质不与细胞质内其它大分子或细胞被转运的大分子物质不与细胞质内其它大分子或细胞器直接接触和混合器直接接触和混合o 囊泡只与特定的膜融合，导致细胞内外大分子的直接囊泡只与特定的膜融合，导致细胞内外大分子的直接转运转运o 在转运过程中需要在转运过程中需要消耗代谢能消耗代谢能。o 膜泡转运可分为胞吞作用和胞吐作用。膜泡转运可分为胞吞作用和胞吐作用。 （一）胞吞作用（一）胞吞作用o 胞吞作用（胞吞作用（endocytosisendocytosis）是指颗粒或液体是指颗粒或液体物质通过细胞膜内陷形成内吞泡，将外界物物质通过细胞膜内陷形成内吞泡，将外界物质摄入细胞的过程。质摄入细胞的过程。o

40、根据内吞物质的形态、大小和特异程度不同，根据内吞物质的形态、大小和特异程度不同，胞吞作用可分为：胞吞作用可分为：o 吞噬作用（吞噬作用（phagocytosisphagocytosis）o 胞饮作用（胞饮作用（pinocytosispinocytosis）o 受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用吞噬体吞饮体1.1.吞噬作用吞噬作用 o 细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用。胞碎片等，称为吞噬作用。2.2.胞饮作用胞饮作用 o 细胞摄取液体和细胞摄取液体和溶质分子，形成溶质分子，形成胞饮泡胞饮泡（pinocyticpinocytic

41、vesiclevesicle）的过）的过程。胞饮泡或称程。胞饮泡或称胞饮体胞饮体（pinosomepinosome）。）。3.受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用 o 指被转运的物质与细胞膜上专一性的受体结指被转运的物质与细胞膜上专一性的受体结合诱发的内吞作用，是细胞摄入特定溶质大合诱发的内吞作用，是细胞摄入特定溶质大分子的过程。这种胞吞作用是在细胞膜的特分子的过程。这种胞吞作用是在细胞膜的特化区域进行的，这个区域称有被小窝化区域进行的，这个区域称有被小窝（coated pitcoated pit）。）。 o 动物细胞摄取胆固醇颗粒LDL颗粒颗粒（二）胞吐作用（二）胞吐作用o 胞吐作用（胞吐作

42、用（exocytosisexocytosis）是指细胞将合成的）是指细胞将合成的外输性物质和代谢废物由内膜系统包围形成外输性物质和代谢废物由内膜系统包围形成分泌小泡，从细胞内部逐渐移向细胞膜并与分泌小泡，从细胞内部逐渐移向细胞膜并与细胞膜融合，将内容物排至细胞外的过程。细胞膜融合，将内容物排至细胞外的过程。o 真核细胞的分泌活动几乎都是以胞吐的方式真核细胞的分泌活动几乎都是以胞吐的方式进行的进行的 o 胞吐作用有两种：胞吐作用有两种：o 结构分泌途径（结构分泌途径（constitutive pathway of constitutive pathway of secretionsecretio

43、n）o 调节分泌途径（调节分泌途径（regulated pathway of regulated pathway of secretionsecretion） 结构分泌几乎存在于所有细胞中，而调节分泌结构分泌几乎存在于所有细胞中，而调节分泌只存在于某些特化的分泌细胞只存在于某些特化的分泌细胞 细胞通过胞吞和胞吐作用加速了细胞通过胞吞和胞吐作用加速了细胞内外物质的交流和膜相系统细胞内外物质的交流和膜相系统的循环更新的循环更新 第六、八节第六、八节 细胞膜与细胞识别细胞膜与细胞识别o教学要求：o1.掌握：受体的概念、类型、结构和生物学特性。o2.了解：受体的分布和数量；受体与细胞识别的机制o 信号

44、分子根据其溶解性可分为信号分子根据其溶解性可分为水溶性水溶性和和脂溶脂溶性性两类。两类。o 水溶性信号分子必须通过膜受体的转导机制水溶性信号分子必须通过膜受体的转导机制起作用起作用o 脂溶性信号分子，如甾体激素（性激素、肾脂溶性信号分子，如甾体激素（性激素、肾上腺皮质激素、蜕皮激素等）则直接进入细上腺皮质激素、蜕皮激素等）则直接进入细胞核，与相应受体结合为复合体，直接调节胞核，与相应受体结合为复合体，直接调节基因的转录和表达。基因的转录和表达。一一 细胞膜受体的概念细胞膜受体的概念o 受体（受体（receptorreceptor）是一种能够识别和选择性结合某是一种能够识别和选择性结合某种配体的

45、大分子。种配体的大分子。o 分布于细胞表面的称分布于细胞表面的称膜受体或称细胞表面受体膜受体或称细胞表面受体，与，与细胞识别（细胞识别（cell recognitioncell recognition）、免疫反应）、免疫反应（immunoreactionimmunoreaction）、细胞间信号传递）、细胞间信号传递（intercellular signals transportintercellular signals transport）以及代谢）以及代谢调节等密切相关。调节等密切相关。o 分布于胞浆内或细胞核内的受体称分布于胞浆内或细胞核内的受体称细胞内受体细胞内受体。 配体配体o 配体

46、（配体（ligandligand）是指能与特异受体识别并结）是指能与特异受体识别并结合，经过信号转导机制的作用，转变成细胞合，经过信号转导机制的作用，转变成细胞内信使，引起细胞内各种生物效应的细胞外内信使，引起细胞内各种生物效应的细胞外信号分子，它们一般不参与细胞内的物质代信号分子，它们一般不参与细胞内的物质代谢和能量代谢过程。谢和能量代谢过程。o 例如例如: :激素、神经递质、化学介质、细胞因激素、神经递质、化学介质、细胞因子（生长因子、淋巴因子等）、细菌毒素、子（生长因子、淋巴因子等）、细菌毒素、化学药物、物理因子（如光子）等。化学药物、物理因子（如光子）等。膜表面受体胞内受体1 1 膜受

47、体的分子结构膜受体的分子结构o 单体型受体单体型受体 : :多是跨膜糖蛋白、脂蛋白或糖脂蛋白，多是跨膜糖蛋白、脂蛋白或糖脂蛋白，是一条多肽链一次跨膜或是一条多肽链反复多次跨膜是一条多肽链一次跨膜或是一条多肽链反复多次跨膜. .（多数生长因子受体、细胞因子受体、（多数生长因子受体、细胞因子受体、LDLLDL受体等）受体等）o 活性部位活性部位+ +调节部位调节部位o 复合型受体复合型受体 : :由多肽链组成亚单位，再由几个亚单位由多肽链组成亚单位，再由几个亚单位聚合成多聚体聚合成多聚体 （胰岛素受体、（胰岛素受体、N-N-乙酰胆碱受体等）乙酰胆碱受体等）o 调节受体调节受体+ +催化受体或称效应

48、器催化受体或称效应器+ +转换蛋白转换蛋白（一）（一）膜受体的结构和类型2.膜受体的类型配体闸门通道受体G 蛋白偶联受体受体酪氨酸激酶（二）（二） 膜受体的特性膜受体的特性o特异性（特异性（specificityspecificity）o高亲和性（高亲和性（high affinityhigh affinity）o饱和性（饱和性（saturabilitysaturability）o可逆性（可逆性（reversibilityreversibility）o特定的组织定位特定的组织定位二、膜受体与细胞识别二、膜受体与细胞识别（一）细胞识别的现象（一）细胞识别的现象o 细胞识别细胞识别（cell rec

49、ognition）：是指细胞对同种和异种细胞、对同源和异源细胞的辨认和鉴别过程。细胞识别还包括细胞的各种生物大分子与各种信号分子之间的相互作用。o 细胞识别和粘着的普遍性细胞识别和粘着的普遍性：细胞识别是生物界的一种普遍现象，具有种属特异性和组织特异性。如受精是同种精子和卵子之间互相识别结合的过程；体外心肌细胞相互识别并聚集。o 肿瘤细胞表面抗原常有变异或受到遮蔽，T细胞表面受体失去对它的鉴别力，发生免疫逃避。 （二）识别的分子基础B. The forms of cell communication- Different types of chemical signals can be rec

50、eived by cellsGap junctionvEach cell is programmed to respond to specific combinations of exreaceluular signal molecules（三）细胞识别所引起的反应类型第七节 膜受体与细胞的信号转导o教学要求：1.掌握：G蛋白的类型、结构和作用机制2.熟悉：化学信号分子；cAMP、PIP2信号通路。3.了解：cGMP、NO、酪氨酸蛋白激酶等信号通路；一、细胞化学信号分子、受体及一、细胞化学信号分子、受体及G G蛋白蛋白o 信号分子根据其溶解性可分为信号分子根据其溶解性可分为水溶性水溶性和和脂溶

51、脂溶性性两类。两类。o 水溶性信号分子水溶性信号分子必须通过膜受体的转导机制必须通过膜受体的转导机制起作用起作用o 脂溶性信号分子，脂溶性信号分子，如甾体激素（性激素、肾如甾体激素（性激素、肾上腺皮质激素、蜕皮激素等）则直接进入细上腺皮质激素、蜕皮激素等）则直接进入细胞核，与相应受体结合为复合体，直接调节胞核，与相应受体结合为复合体，直接调节基因的转录和表达。基因的转录和表达。（一）化学信号及其受体（一）化学信号及其受体（二）（二）G G蛋白蛋白 o 具有特异的具有特异的GTPGTP结合位点，其活性受结合位点，其活性受GTP GTP 调调控，故称之为控，故称之为G G蛋白（蛋白（G-prote

52、inG-protein，GpGp）。）。o G G蛋白种类繁多，但它们在结构和功能上有蛋白种类繁多，但它们在结构和功能上有许多共性。式量约许多共性。式量约100KDa100KDa的可溶性膜蛋白，的可溶性膜蛋白，由由、三个亚单位组成异三聚体，位于三个亚单位组成异三聚体，位于膜受体和效应器之间细胞膜的胞质面。膜受体和效应器之间细胞膜的胞质面。The importance of G-proteinsThe importance of G-proteinsfor their discovery of G-proteins and the role of these proteins in signal

53、 transduction in cellsThe Nobel Prize in Physiology or Medicine 1994Alfred G. Gilman Martin Rodbell1、G蛋白家族根据亚基的结构和活性分为：o Gso Gio GqGTP-binding regulatory proteinG蛋白偶联的受体二、CAMP信号通路信号信号受体受体(Receptor)(Receptor) : 7 : 7次跨膜的膜整合蛋次跨膜的膜整合蛋白。白。激活型受体（激活型受体（RsRs）或抑制型受体（）或抑制型受体（RiRi）；）；G-G-蛋白蛋白: : 活化型调节蛋白（活化型调节

54、蛋白（GsGs）或抑制型调节）或抑制型调节蛋白（蛋白（GiGi）；）；催化成分催化成分：即腺苷酸环化酶（：即腺苷酸环化酶（C C） （1 1）信号）信号受体受体(Receptor)(Receptor)（2 2）G-G-蛋白蛋白 激活型激活型抑制型抑制型受体受体激活型受体激活型受体(Rs)抑制型受体抑制型受体(Ri)G-G-蛋白蛋白激活型的激活型的G-G-蛋白（蛋白（GsGs）抑制型抑制型G-G-蛋白蛋白(Gi(Gi) )靶蛋白靶蛋白腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 （C C）腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶： 跨膜跨膜1212次。在次。在MgMg2+2+或或MnMn2+2+的存在下，的存在下，催 化催 化 A

55、 T PA T P 生 成生 成cAMPcAMP。o 蛋白激酶蛋白激酶A A（Protein Kinase A，PKA）：o 由两个催化亚基和两个调节亚基组成。由两个催化亚基和两个调节亚基组成。cAMPcAMP与与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激活蛋白激酶释放出催化亚基，激活蛋白激酶A A的活性。的活性。环腺苷酸磷酸二酯酶环腺苷酸磷酸二酯酶（cAMPcAMP phosphodiesterasephosphodiesterase, , PDEPDE）：）：降解降解cAMPcAMP生成生成5-AMP5-AMP，起终止，起终止信号的作

56、用。信号的作用。Degredation of cAMPo cAMPcAMP信号途径可表示为：信号途径可表示为：n 激素激素 G G蛋白耦联受体蛋白耦联受体GG蛋白蛋白腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶cAMPcAMP依赖依赖cAMPcAMP的蛋白激酶的蛋白激酶AA基因调控蛋白磷酸化基因调控蛋白磷酸化基因转录。基因转录。 o 不同细胞对不同细胞对cAMPcAMP信号途径的反应速度不同：信号途径的反应速度不同：n 在肌肉细胞，在肌肉细胞，1 1秒钟内可启动糖原降解为葡糖秒钟内可启动糖原降解为葡糖1-1-磷酸，磷酸，而抑制糖原合成。而抑制糖原合成。n 在某些分泌细胞，需要几个小时，在某些分泌细胞，需要几个小时

57、， 激活的激活的PKA PKA 进入细进入细胞核，将胞核，将CRECRE结合蛋白磷酸化，调节相关基因的表达。结合蛋白磷酸化，调节相关基因的表达。CRECRE（cAMPcAMP response element response element ）是）是DNADNA上的调节区域上的调节区域2. DAG-PKC 、IP3-Ca2+信号通路信号通路o 概述：概述：甘油二酯、三磷酸肌醇和Ca2+信号通路是非核苷酸类的第二信使通路，三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DG或或DAG）为第二信使。o 当细胞外信号作用于靶细胞的相应受体后，通过G-蛋白的转导作用，首先激活细胞膜胞质面的磷脂酶C（phosphol

58、ipase PLC），PLC将磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）降解为水溶性的IP3和脂溶性的DAG，IP3 和DAG的浓度瞬间升高。o IP3和DAG分别激活两条独立而又相互协调的信号传导通路：即IP3- Ca2+ 和 DAG-PKC（蛋白激酶C）信号通路。 磷脂肌醇信号途径磷脂肌醇信号途径磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路G-G-蛋白蛋白激活磷酯酶激活磷酯酶C(PLC)C(PLC)PIPPIP2 2IPIP3 3DGDG受体受体 组成成分：组成成分： 信号信号受体：受体： G- G-蛋白蛋白 效应物：效应物： 磷脂酶磷脂酶 C C （PLCPLC）磷脂酰肌醇信号通路效应磷脂酰肌醇信号通路效应I

59、PIP3 3 胞内胞内CaCa2+2+浓度升高浓度升高 Ca Ca2+2+结合蛋白结合蛋白(CaM(CaM) ) 细胞反应细胞反应. .DG DG 激活激活PKC PKC 蛋白磷酸化蛋白磷酸化. . 或促或促NaNa+ +/H/H+ +交换使胞内交换使胞内pHpH. .内源内源CaCa2+2+库库（内质网中的（内质网中的CaCa2+2+ ）o 钙调蛋白钙调蛋白（calmodulincalmodulin，CaMCaM）可结合钙离子将靶蛋白）可结合钙离子将靶蛋白（如：（如：CaM-KinaseCaM-Kinase）活化。）活化。 受受CaMCaM调节的酶调节的酶: :腺苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、腺

60、苷酸环化酶、鸟苷酸环化酶、钙调蛋白激酶、钙调蛋白激酶、Ca2+-ATPCa2+-ATP酶酶o 蛋白激酶蛋白激酶C C位于细胞质，位于细胞质，CaCa2+2+浓度升高时，浓度升高时，PKCPKC转位到质转位到质膜内表面，被膜内表面，被DGDG活化活化( (PIP2PIP2水解释放出的水解释放出的DGDG是水不溶的是水不溶的( (非极性的非极性的) )，一直停留在质膜上，一直停留在质膜上) ) 。 PKCPKC属蛋白丝氨酸属蛋白丝氨酸/ /苏氨酸激酶，苏氨酸激酶，PKCPKC具有广泛的作具有广泛的作用底物，参与众多生理过程，既涉及许多细胞用底物，参与众多生理过程，既涉及许多细胞“短期短期生理效应生