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第三章細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)及細(xì)胞基本功能,,本節(jié)重點內(nèi)容：一,細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能二,細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運種類*三,細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo),第一節(jié)細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)細(xì)胞是人體基本構(gòu)造和功能單位：是實現(xiàn)和控制基本生命過程的最小單位。細(xì)胞膜（質(zhì)膜）是進化產(chǎn)物，它的形成是生命物質(zhì)由非細(xì)胞形態(tài)向細(xì)胞形態(tài)進化的重要轉(zhuǎn)折。細(xì)胞膜作為細(xì)胞屏障，為生命活動提供了相對恒定環(huán)境。細(xì)胞膜是有特殊結(jié)構(gòu)和功能的半透膜，與物質(zhì)轉(zhuǎn)運、信息傳遞、能量轉(zhuǎn)移及吸收、分泌、免疫和興奮傳導(dǎo)等功能有密切關(guān)系。,一、細(xì)胞膜的化學(xué)組成,,1、化學(xué)組成脂類、蛋白質(zhì)和糖類。重量上P/F：4/1；分子數(shù)F/P：100/1；糖類極少。2、分子排列液態(tài)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)：（1）液態(tài)脂質(zhì)雙分子層為基架；（2）鑲嵌不同分子結(jié)構(gòu)、不同功能的蛋白質(zhì)；（3）糖（寡糖或多糖鏈）在膜外與脂質(zhì)和蛋白質(zhì)以共價鍵結(jié)合為糖脂或糖蛋白。,,二、膜中物質(zhì)的結(jié)合形式,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,磷脂的結(jié)構(gòu)磷脂的立體模型磷脂的符號,表面蛋白質(zhì),,整合蛋白質(zhì),,,脂質(zhì)的結(jié)構(gòu)：親水性基團、疏水性長烴鏈脂質(zhì)的特點：流動性(熔點低、液態(tài))穩(wěn)定性（自由能最低）,,功能：起屏障作用，是細(xì)胞的基架；細(xì)胞可以承受相當(dāng)大的張力和外形改變而不致破壞。,1、脂質(zhì)（磷脂）,2、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)：表面蛋白質(zhì)、結(jié)合蛋白質(zhì)功能：具有不同的結(jié)構(gòu)，它們分別與細(xì)胞的物質(zhì)轉(zhuǎn)運（載體、通道、離子泵）、能量（酶類蛋白質(zhì)）和信息傳遞有關(guān)（受體）。,3、糖類：含少量的寡糖和多糖鏈，與膜中的脂質(zhì)或蛋白質(zhì)結(jié)合形成糖脂和糖蛋白,功能：以其單糖排列順序上的特異性，可以作為它們所結(jié)合的蛋白質(zhì)的特異性的“標(biāo)志”。（抗原決定簇、膜受體的“可識別性”部分）,,三、液態(tài)膜鑲嵌模型：膜的共同特點是以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子為基架，其中鑲嵌著具有不同分子結(jié)構(gòu)、因而也具有不同生理功能的蛋白質(zhì)，后者主要以∝–螺旋或球形蛋白質(zhì)的形式存在。,細(xì)胞膜的功能：,1、保護：屏障作用。２、轉(zhuǎn)運：載體、通道、離子泵。３、識別：膜外側(cè)的糖鏈。４、信息傳遞：受體——化學(xué)信息。通道——生物電信息。,二、細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能,1．物質(zhì)轉(zhuǎn)運的兩個必備條件1）細(xì)胞膜對物質(zhì)有通透性2）轉(zhuǎn)運動力：如濃度差、電位差、滲透壓差2.物質(zhì)轉(zhuǎn)運存在于：C膜內(nèi)外、消化道對物質(zhì)的吸收、腎小管的重吸收等結(jié)構(gòu)。,●物質(zhì)進出細(xì)胞膜的形式：被動轉(zhuǎn)運：單純擴散、易化擴散、主動轉(zhuǎn)運：原發(fā)主動轉(zhuǎn)運、繼發(fā)主動轉(zhuǎn)運、出胞與入胞,一、被動轉(zhuǎn)運1、單純擴散：細(xì)胞內(nèi)液和細(xì)胞外液的各種溶質(zhì)分子，只要是脂溶性的，就可能按擴散原理作跨膜運動或轉(zhuǎn)運，稱之為單純擴散。（O2、CO2、乙醇和脂肪酸）●特點：不耗能●影響通量的大?。耗蓚?cè)物質(zhì)的濃度、膜對該物質(zhì)的通透性、電場力（離子）,2、易化擴散：有很多的非脂溶性物質(zhì)，它們在膜結(jié)構(gòu)中一些特殊蛋白質(zhì)分子的協(xié)助下，也能較容易地由高濃度一側(cè)通過細(xì)胞膜向低濃度一側(cè)移動，這一跨膜轉(zhuǎn)運物質(zhì)的形式稱為易化擴散。（葡萄糖、氨基酸、K+、Na+、Ca2+）,●特點：動力也是來自物質(zhì)濃度差所包含的勢能，需要蛋白質(zhì)介導(dǎo)，如載體和通道●分類：依幫助（或易化）作用的膜蛋白質(zhì)不同可分為A：載體中介易化擴散(carriermediated)；B：通道中介易化擴散(channelmediated)。,,,A，載體運輸(載體中介易化擴散)：轉(zhuǎn)運物質(zhì)：葡萄糖、氨基酸；轉(zhuǎn)運動力：濃度差；特點：A.高度的結(jié)構(gòu)特異性；B.飽和現(xiàn)象；C.競爭性抑制；D.轉(zhuǎn)運速度快；E.因蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能常受膜內(nèi)外各種因素的影響,因此與蛋白質(zhì)分子有關(guān)的物質(zhì)的通透性是可變化的。意義：轉(zhuǎn)運營養(yǎng)物質(zhì)及代謝物。,,,B、通道運輸(通道中介易化擴散)：轉(zhuǎn)運物質(zhì)：Na+、K+、Ca2+；特點：A.速度快B.有選擇性（但不像載體那樣嚴(yán)格）C.受精密調(diào)控分類：化學(xué)門控通道（chemically-gatedchannel）；電壓門控通道（voltage-gatedchannel）：有些則由所在膜兩側(cè)電位差的變化決定其開、閉。機械門控通道：有些則由所在膜所受壓力不同而決定其開放的,,,,,二、主動轉(zhuǎn)運：指細(xì)胞通過本身的某種耗能過程，將某種物質(zhì)的分子或離子由膜的低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)的過程。（K+、Na+、Ca2+H+、I-、Cl-等離子和小腸和腎小管中葡萄糖、氨基酸,1特點：（1）逆濃度差或電位差；（2）耗能（能量來自細(xì)胞的代謝活動）。2意義：是人體最重要的一種物質(zhì)轉(zhuǎn)運形式,3、主動轉(zhuǎn)運和被動轉(zhuǎn)運的區(qū)別：單純擴散和易化擴散都有一個最終平衡點，即被轉(zhuǎn)運物質(zhì)在膜兩側(cè)達到電化學(xué)梯度為零時。而主動轉(zhuǎn)運因膜提供了一定能量，使被轉(zhuǎn)運物質(zhì)或離子逆著電-化學(xué)勢差的移動，沒有平衡終點,被轉(zhuǎn)運物質(zhì)甚至可以全部被轉(zhuǎn)運到膜的另一側(cè).,4、原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(primaryactivetransport)：①鈉泵(sodiumpump)：A.是鑲嵌蛋白質(zhì)，B.能逆著濃度差將細(xì)胞內(nèi)的Na+移出膜外，細(xì)胞外的K+移入膜內(nèi)，C.主要是由于它本身還具有ATP酶的活性。②在主動轉(zhuǎn)運中如果所需的能量是由ATP直接提供的主動轉(zhuǎn)運過程，則稱為原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。③細(xì)胞膜上的鈉泵活動的意義：A.造成的細(xì)胞內(nèi)高K+是許多代謝反應(yīng)進行的必要條件B.維持細(xì)胞正常形態(tài)C.建立起一種勢能貯備，即Na+、K+在細(xì)胞膜內(nèi)外的濃度勢能D.是可興奮細(xì)胞（組織）興奮的基礎(chǔ)，也可供其它耗能過程應(yīng)用,5.繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（secondaryactivetransport）：是依賴于另一物質(zhì)濃度差所造成勢能而實現(xiàn)的轉(zhuǎn)運（間接利用ATP釋放的能量）。也稱為聯(lián)合轉(zhuǎn)運.聯(lián)合轉(zhuǎn)運可分為同相轉(zhuǎn)運（symport）和逆相轉(zhuǎn)運（antiport）：被轉(zhuǎn)運物與Na+轉(zhuǎn)運方向相同稱同相轉(zhuǎn)運；被轉(zhuǎn)運物與Na+轉(zhuǎn)運方向相反稱為逆相轉(zhuǎn)運。,,5、主動轉(zhuǎn)運意義：,細(xì)胞可以根據(jù)需要主動選擇對物質(zhì)的吸收和排出，而不受細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)濃度（或電位）梯度的影響。而細(xì)胞內(nèi)外各種離子分布不均的維持是神經(jīng)、肌肉等組織細(xì)胞興奮性的物質(zhì)基礎(chǔ)。,,三、出胞和入胞出胞和入胞主要涉及大分子團塊及液態(tài)物質(zhì)跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運，這是更復(fù)雜的、伴有膜結(jié)構(gòu)改變的主動轉(zhuǎn)運方式。,（1）出胞細(xì)胞排出某些物質(zhì)過程。是細(xì)胞分泌的一種機制，如內(nèi)分泌細(xì)胞分泌激素，外分泌細(xì)胞分泌酶原，黏液，神經(jīng)細(xì)胞釋放遞質(zhì)。分泌物大多在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成，向高爾基體轉(zhuǎn)運過程中，被膜性結(jié)構(gòu)包裝，成為分泌囊泡，儲存胞漿中。細(xì)胞分泌時，囊泡被運到細(xì)胞內(nèi)表面與胞膜融合，再向胞外開口，將內(nèi)容物排出。出胞是種復(fù)雜耗能過程?，将?2、入胞是指細(xì)胞外大分子或團塊物質(zhì)進入細(xì)胞的過程。物質(zhì)被細(xì)胞膜識別并互相接觸，接觸處細(xì)胞膜向內(nèi)凹陷并把物質(zhì)包裹起來，然后膜融合斷裂。被轉(zhuǎn)運物質(zhì)與膜表面特異性受體蛋白相互作用，而引起的入胞稱為受體介導(dǎo)式入胞，如細(xì)菌、毒素、異物及大分子營養(yǎng)物質(zhì)的入胞。,三細(xì)胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概念及其特點,跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)定義外界信號作用于細(xì)胞，通過細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)中蛋白質(zhì)分子變構(gòu)，將外界信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為新的信號形式傳遞到膜內(nèi)，引起細(xì)胞功能改變（電反應(yīng)或其他變化）。簡練地描述就是：信號從細(xì)胞外，通過細(xì)胞膜到細(xì)胞核的過程。,一、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概述（一）細(xì)胞外刺激信號,第二節(jié)細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo),（二）受體及其特征能識別化學(xué)信號并與之作特異性結(jié)合，引發(fā)細(xì)胞的生物效應(yīng)的大分子物質(zhì)稱為受體（receptor）,主要的細(xì)胞外刺激信號是神經(jīng)遞質(zhì)、激素和細(xì)胞因子（也稱為第一信使物質(zhì)）,根據(jù)它們存在部位可分為膜受體、胞漿受體和核受體。受體結(jié)合特征有：a、特異性b、高親和性c、飽和性d，可逆性（三）信號轉(zhuǎn)導(dǎo)基本過程包括跨膜信號轉(zhuǎn)換、胞內(nèi)信號傳遞和引起生物學(xué)效應(yīng)。,(四)幾種主要的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（TST）（一）通道藕聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)它們既是識別,結(jié)合特異受體,又是通道蛋白1、N-M接頭處化學(xué)門控通道ACh＋ＮＲ（４種亞單位２α、β、γ、δ，５聚體組成的通道蛋白），ACh和ＮＲ結(jié)合——通道結(jié)構(gòu)開放——去極化終板電位。ＮＲ是通道型Ｒ或促離子型Ｒ。類似Ｎ受體這樣通道型受體或促離子型受體，體內(nèi)還有谷氨酸、GABA離子型受體2、沒有胞內(nèi)其他信號分子參與。3、這是胞外信號對靶細(xì)胞作用的最簡單、直接的方式。作用特點:速度快，反應(yīng)位點局限，并非最多。,二、G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（一）參與G蛋白耦聯(lián)受體跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的信號分子1、G蛋白耦聯(lián)受體：細(xì)胞上與第一信使（激素）結(jié)合的特殊蛋白質(zhì)。2、G-蛋白（鳥苷酸結(jié)合蛋白）1）是受體與效應(yīng)器間具有信息傳導(dǎo)功能的蛋白2）分激活型G-蛋白（Gs）、抑制型G-蛋白（Gi）,3、G-蛋白效應(yīng)器腺苷酸環(huán)化酶（AC）ATP→cAMP磷脂酶C(PLC)磷脂酰肌醇→三磷酸肌醇(IP3)4、第二信使：cAMP、IP3、DG、cGMP、Ca2+等,3、G-蛋白效應(yīng)器,,,二)G蛋白耦聯(lián)受體轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要途經(jīng)1.受體－G蛋白－AC途經(jīng)H-R?Gs?⊕AC（腺苷酸環(huán)化酶）?cAMP???PKA（蛋白激酶A）。2.受體－G蛋白－PLC途經(jīng)H-R?Gs?⊕PLC（磷脂酶C）?生成IP3、DG?胞漿Ca++↑??Ca-鈣調(diào)蛋白激酶,三、酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（一）酪氨酸激酶受體一些肽類激素（胰島素、NGF等）通過細(xì)胞膜中的酪氨酸激酶受體完成跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。化學(xué)信號→膜外段（受體）→跨膜段→⊕膜內(nèi)段的蛋白激酶→自身及其他蛋白質(zhì)內(nèi)酪氨酸殘基磷酸化→細(xì)胞功能改變。（此途徑無G蛋白和第二信使的參與）特點:1,無G蛋白參與2.無第二信使產(chǎn)生和胞漿中蛋白激酶的激活,