生理学 第二章细胞膜的结构和物质转运

1、 第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能 Function of cell细胞细胞-人体最基本的功能单位。人体最基本的功能单位。细胞种类繁多，功能各异，但具有一些共同的功能：细胞种类繁多，功能各异，但具有一些共同的功能：细胞膜的物质转运。细胞膜的物质转运。细胞膜的电生理现象。细胞膜的电生理现象。细胞的信息转导。细胞的信息转导。 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本节重点：细胞膜的物质转运功能本节重点：细胞膜的物质转运功能 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散 主动（继发）转运主动（继发）转运 出胞和入胞出胞和入胞本节难点：主动（继发）转运本节难点：主动（继发）

2、转运第一节第一节 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细胞膜（细胞膜（cell membrane）又称质膜）又称质膜细胞内：细胞内： K+、磷酸盐离子、磷酸盐离子细胞外：细胞外：Na+、CL-、Ca+原因：胞膜对各种物质的选择性通透和主动转运形成原因：胞膜对各种物质的选择性通透和主动转运形成 一、膜的化学组成与分子结构一、膜的化学组成与分子结构1. 脂质双分子层为基架：脂质双分子层为基架：膜具有流动性膜具有流动性2. 镶嵌蛋白质：镶嵌蛋白质：-螺旋蛋白螺旋蛋白或或球形蛋白球形蛋白 结构不同、功能不同结构不同、功能不同3. 糖类在表面：糖类在表面：与与脂质脂质或或蛋白质蛋白质结合

3、形成结合形成糖脂、糖脂、 糖蛋白、成为抗原糖蛋白、成为抗原二、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白介介导导( (一一) )单纯扩散单纯扩散 Simple diffusion 脂溶性脂

4、溶性 物质由物质由高高低低浓度侧的净移动。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,带电状况带电状况) ) 单纯扩散物质：单纯扩散物质： O2、CO2、乙醇、乙醇、 尿素、少量激素、甘油尿素、少量激素、甘油 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) )( (二二) ) 易化扩散易化扩散 Facilitated 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( (通道、载体通道

5、、载体) )帮助帮助顺电化学梯度的跨膜转运。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 ( (离子扩散还与电位差有关离子扩散还与电位差有关) ) 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 1.1.经通道的易化扩散经通道的易化扩散 Facilitated diffusion via channel 转运物质转运物质: :带电离子带电离子 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亲水性孔道的的膜蛋白膜蛋白。通道的分类：通道的分类： 化

6、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通道蛋白状态：通道蛋白状态：静息、激活、失活静息、激活、失活2.2.经载体的易化扩散经载体的易

7、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：是贯是贯穿脂质双层穿脂质双层的整合蛋白的整合蛋白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, ,速度速度比比通道转运通道转运慢慢; ; 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或称或称 glucose transporter; 竞争抑制竞争抑制 competitive inhibition;( (三三)

8、) 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，借助细胞膜过程，借助细胞膜某些某些蛋白质蛋白质的帮助，将的帮助，将非脂溶性非脂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的不同分的不同分为为: :原发原发和和继发继发两种主动转运形式。两种主动转运形式。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

9、是带电离子通常是带电离子) ) 逆浓度梯度或电位梯度逆浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运过程。介导这一过程的膜蛋白进行的跨膜转运过程。介导这一过程的膜蛋白称为称为离子泵离子泵( (ion pump),),如：如： 钠钠- -钾泵钾泵 sodium-potassium pump简称简称钠泵钠泵 sodium pump, ,又称又称Na+-K+-ATP酶酶( (Na+-K+-ATPase) )Primary active transportNa+-K+ 依赖式依赖式ATP酶（钠泵）酶（钠泵）3Na+( (由胞由胞内内向胞向胞外外) ): 2K+ ( (由胞由胞外外向胞向胞内内) ) NaNa+ +-

10、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+ 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 Primary active transport钠泵活动的生理意义钠泵

11、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； H H+ +泵泵(

12、 (H+-ATP酶酶；H+-K+-ATP酶酶) ): : 分分布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分泌有关布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分泌有关 CaCa2+2+泵泵( (Ca2+-ATP酶酶) )：主要分布于骨主要分布于骨骼肌与心肌细胞内部的肌质网上骼肌与心肌细胞内部的肌质网上,与肌肉收与肌肉收缩有关缩有关 其它泵其它泵：Primary active transport2.2.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 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基侧膜钠泵活动钠泵活动Na+浓度势能差浓度势能差管腔

13、膜管腔膜Na+、GS同向转运体同向转运体GS再再易化扩散易化扩散入血入血转运体转运体 transporter： 转运体和载体具转运体和载体具有相似的转运机制，有相似的转运机制，也会出现饱和现象也会出现饱和现象同向转运体同向转运体反向转运体反向转运体 （交换体交换体）典型的继发性主动转运典型的继发性主动转运： GS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；( (四四) )出胞和入胞出胞和入胞 exocytosis and endocytosis Exocytosis: 指胞质内的指胞质内的大分子物质大分子物质以分泌囊以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。泡的形式排出细胞的过程。 分泌物的出胞过程分泌物的出胞过程粗面内质网上合成粗面内质网上合成转移到高尔基体转移到高尔基体修饰，由质膜包裹修饰，由质膜包裹分泌囊泡分泌囊泡移向细胞膜内侧移向细胞膜内侧融合、破裂，分泌融合、破裂，分泌信号信号 Endocytosis：大分子物质或物质团块借助：大分子物质或物质团块借助于细胞膜形成于细胞膜形成吞噬泡吞噬泡或或吞饮泡