细胞生物学课件：第四章 细胞膜

1、第四章 细胞膜,第一节 细胞膜的化学组成 与分子结构模型 第二节 膜的特性 第三节 细胞膜的物质运输 第四节细胞表面及其特化结构 第五节 细胞膜与疾病,第三节,细胞膜的物质运输功能,一、细胞膜的物质运输,细胞为什么需要进行物质运输？ 细胞是通过什么与外界环境进行物质交换的？ 细胞膜对任何物质都是通透的吗？,人工合成脂双层对不同分子的相对通透性,物质运输方式的两种类型,（一）小分子物质和离子的跨膜运输,（二）大分子和颗粒物质的膜泡转运,（一）小分子物质和离子的跨膜运输,被动运输 （passive transport),主动运输 (active transport),被动运输（passive tr

2、ansport),协助扩散(facilitated diffusion）,不需要消耗细胞代谢的能量，而将物质从浓度高的一侧经细胞膜转运至浓度低的一侧。,简单扩散(simple diffusion),高浓度,低浓度,简单扩散(simple diffusion),脂质双分子层,电化学梯度,不需要消耗能量和不依靠专一膜蛋白而使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。,协助扩散（facilitated diffusion）,介导物质运输的蛋白称膜转运蛋白（membrane transport protein）,又称易化扩散，是指一下非脂溶性或亲水性分子，如葡萄糖、氨基酸和各种离子等，借助细胞膜

3、上的特殊膜蛋白的介导，顺浓度梯度进行的、不消耗能量的物质运输方式。,通道蛋白（channel protein）,载体蛋白（carrier protein）,载体蛋白介导的协助扩散,通过载体蛋白与特定物质相结合，发生可逆性构象变化，顺浓度梯度进行物质运输。,载体蛋白的单运输、共运输和对向运输,共运输,对向运输,载体蛋白介导的扩散与简单扩散的区别,通道蛋白介导的协助扩散,通过通道蛋白形成贯穿细胞膜的亲水性通道来完成物质的顺浓度梯度运输；运输的对象仅限于离子；运输速率很高。,闸门式通道与非闸门式通道,配体闸门通道 （ligand gated channel),电压闸门通道 （voltage gate

4、d channel),离子闸门通道 （ion gated channel),闸门式通道的不同类型,电压闸门通道,神经肌肉接头处的闸门通道,神经肌肉接头处的闸门通道的依次开放,主动运输（active transport）,是指借助于镶嵌在细胞膜上专一性很强的载体蛋白，通过消耗代谢能量，将物质从低浓度处向高浓度处的运输方式。,常见的主动运输形式,离子梯度驱动的主动运输,Na+-K+泵(Na+-K+ pump),Ca 2+泵(Ca 2+ pump),Na+-K+泵(Na+-K+ pump),Na+-K+泵的抑制剂,Na+-K+泵的结构,Na+-K+泵的工作机制,Na+-K+泵的功能,Na+-K+泵的

5、结构,小亚基：糖蛋白，其作用机制不详。,大亚基：跨膜蛋白，实际上是Na+-K+ATP酶，具有载体和酶的双重作用。,ATP,ADP,激发酶活性,构象改变,构象改变,去磷酸化,构象改变,Na+-K+泵的工作机制,Na+-K+泵的工作机制,几种细胞与其间质的Na+、 K+的浓度（mmol/L）,Na+-K+泵的功能：形成Na+-K+离子浓度梯度,Na+-K+离子浓度梯度的作用,调节渗透压 物质吸收(Na+的势能可进行葡萄糖、氨基酸等的偶联运输) 细胞正常代谢的必要条件（ 细胞内高K+是核糖体合成蛋白质和糖酵解重要酶活动的必要条件 ） 保持膜电位,Na+-K+泵的抑制剂,Na+-K+泵在神经细胞和肌肉

6、细胞中特别活跃，这种泵对强心苷类化合物特别敏感，其外端可与乌本苷或毛地黄苷结合，导致酶活性受到抑制。酶受到抑制时，失去维持离子的生理浓度的功能，引起细胞膨胀，甚至破裂。,Ca 2+泵的结构及工作机制,维持细胞膜两侧的Ca 2+浓度差，当外界信号作用于细胞膜时，可使Ca 2+顺浓度梯度进入细胞，实现信号的跨膜传递； 维持肌浆网两侧的Ca 2+浓度差，当神经兴奋传到肌浆网时，Ca 2+从肌浆网中释放，引起肌纤维收缩，随后又将Ca 2+从细胞质泵入肌浆网，肌纤维重新舒张。,Ca 2+泵的功能,离子梯度驱动的主动运输,运输动力不是直接来自ATP，而是由贮存于离子梯度中的能量驱动的。,小分子物质和离子的

7、跨膜运输小结,肠上皮细胞的转运蛋白不对称分布造成葡萄糖从肠腔到血液的跨细胞膜转运,（二）大分子和颗粒物质的膜泡转运,胞吞作用,胞吐作用,膜泡转运：大分子及颗粒物质并不直接穿过细胞膜，而是通过一系列膜囊泡形成和融合来完成的转运过程。,胞吞作用,胞吞作用的三种类型:,细胞摄取大分子或颗粒物质时，首先是大分子或颗粒物质附着于细胞表面，然后细胞膜内陷，从细胞膜上分离下来形成细胞内小泡，其中含有被摄入的物质，此过程称胞吞作用。,吞饮作用（ pinocytosis ）,吞噬作用（ phagocytosis ）,受体介导的胞吞作用 （receptor-mediated endocytosis）,吞饮作用（

8、pinocytosis ）,细胞摄取细胞外液及其中的可溶性物质的过程。,吞噬作用（ phagocytosis ）,细胞摄入的颗粒物质，如细菌、细胞碎片等进行消化的过程。,巨噬细胞吞噬衰老的红细胞,细胞通过膜上的受体介导摄入特定的大分子的过程。,受体介导的胞吞作用,特点：,摄入的大分子即配体在细胞膜上有特异的受体；,配体与受体识别、结合后激发胞吞作用；,受体与配体形成复合物聚集在细胞膜的有被小窝内，细胞膜进一步内陷形成有被小泡。,受体介导胆固醇的胞吞作用,低密度脂蛋白的形成,受体介导的胞吞作用,低密度脂蛋白（LDL）转运胆固醇；,LDL与细胞表面的LDL受体结合；,细胞膜内陷形成有被小窝，进而形

9、成有被小泡；,有被小泡脱被形成胞内体；,受体介导的胞吞作用,胞内体融合，胞内体的低pH使LDL与LDL受体分离；,LDL受体返回细胞表面再利用；,胞内体与溶酶体融合，LDL被分解，胆固醇释放。,有被小窝和有被小泡的形成,网格蛋白与三脚蛋白复合体,三个网格蛋白二聚体 三脚蛋白复合体 36个三脚蛋白复合体形成五角形或六角形的篮网结构,三脚蛋白复合体构成篮网结构,胞吐作用,胞吐作用的两种分泌途径: 结构性分泌途径（ constitutive pathway of secretion ） 调节性分泌途径（ regulated pathway of secretion ）,细胞内的一些物质被一层膜所包围

10、，形成小囊泡，并逐步移到细胞膜，小囊泡的膜与细胞膜融合在一起，产生小孔，使小囊泡里面的物质排出胞外，此过程称胞吐作用。,胞吐作用的两种分泌途径,胞吐作用的生理意义,补充因内吞作用减少的细胞膜及一些膜上的特异成分（如膜表面受体），以补充和更新细胞膜； 分泌各种物质，构成细胞表面、细胞外基质，或为其它细胞提供营养物质、信号。,细胞膜表面抗原与免疫,细胞表面抗原（cell surface antigen）,或称膜抗原（membrane antigen）是镶嵌在细胞膜中的糖蛋白或糖脂，具有特定的抗原性。,细胞免疫,是细胞表面抗原与抗体相互识别并产生免疫应答的过程。机体通过免疫作用来排除异己、保护自己，

11、以维持正常的生命活动。,人红细胞表面血型抗原,ABO血型抗原,MN血型抗原,MN血型抗原的特异性是由糖链和肽链两部分决定的。,是指广泛存在人体有核细胞表面及血小板上，代表个体特异性的同种抗原。由于该抗原首先在白细胞上被发现，因此人的组织相容性抗原被称为人白细胞抗原（human leucicytic antigen，HLA）。该抗原与器官移植后的排斥反应关系密切，又称器官移植抗原。,组织相容性抗原,组织相容性抗原的结构,第五节 细胞膜与疾病,膜表面负电荷增加、纤粘连蛋白减少、出现微绒毛、变形足,一、细胞膜异常与肿瘤,对外源凝集素凝集力增强，易发生聚集现象,凝集素受体增加,细胞迁移能力增强,接触抑

12、制消失、细胞增殖失控,外被糖链短缺、出现异常抗原和受体,变化后果,异常变化,细胞表面信号转导或物质运输过程由于膜受体数量增减或结构上的缺陷所引起的疾病称为受体病（receptor disease） 。,二、细胞膜受体异常,遗传性受体病 自身免疫性受体病 继发性受体病,遗传性受体病（家族性高胆固醇血症）,自身免疫性受体病,三、膜转运系统异常,胱氨酸尿症 肾性糖尿病,细胞膜上与物质转运有关的转运蛋白结构缺陷或功能异常，会导致所转运的物质不能被正常转运。,（一）膜脂的不对称性,二、生物膜的不对称性,第四节 质膜的特化结构和功能,一、细胞侧面的特化结构 细胞连接（cell junction）或称细胞间

13、连接（intercellular junction）是质膜所形成的细胞与细胞间或细胞与细胞外基质的特化结构。 细胞连接的体积很小，只有在电镜下才能观察到。可分为三大类，即：紧密连接（tight junction）桥粒（desmosome）和缝隙连接（gap junction）。,在果蝇中一种叫做discs-large的蛋白参与形成间壁连接，突变品种不仅不能形成间壁连接，还产生瘤突。,间壁连接是存在于无脊椎动物上皮细胞的紧密连接。连接蛋白呈梯子状排列，形状非常规则。,（二）桥粒（desmosome）,相邻细胞间形成的纽扣状结构。通过质膜下的致密斑连接中间纤维。 桥粒中间为钙粘素 分布：承受强拉力的组织中，如皮肤、口腔、食管、心肌中。 半桥粒（hemidesmosome）：位于上皮细胞基面与基膜之间，连接蛋白为整合素。连接的细胞内骨架成分为角蛋白。,（三）间隙连接（gap junction）,存在于