医学细胞生物学细胞膜(下).ppt

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1、专题 物质运输,脂双层膜对不同物质的通透性的规律,分子量小、脂溶性高的非极性小分子最容易通过,不带电荷、分子量小的极性小分子也比较容易通过,不带电荷、分子量较大的极性分子不易通过,带电荷的离子无论分子量多小，也极难通过,细胞膜对物质进出的高度选择性决定了不同物质进出细胞膜的方式是不同的。从分子大小来看：小分子物质的穿膜运输 大分子物质的膜泡运输从耗能来看：不用耗能的被动运输 需要耗能的主动运输,一、小分子物质的穿膜运输,（一）被 动 运 输,不需要消耗细胞代谢能,而将物质,从浓度高的一侧经细胞膜转运至,浓度低的一侧的运输方式。,三种方式：简单扩散、通道扩散、易化扩散,高浓度,低浓度,电化学梯度

2、,简单扩散,简单扩散:,不需要消耗能量、不依靠运输蛋白,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。,通道扩散,通道扩散是指物质借助通道蛋白完成跨膜运输。由通道蛋白形成穿越质膜的亲水性通道，物质顺着浓度梯度，从膜的一侧经过孔道到达另一侧，不需要消耗能量的一种运输方式。由于绝大多数通道蛋白都与离子转运有关，所以又被称为离子通道。,离子通道的特点,仍属于被动运输（顺着电化学梯度由高向低）通道蛋白不需要与溶质分子结合具有离子选择性，只允许特定的离子通过离子通道的开启受“闸门”控制（多数时候是关闭的，只有受到刺激后瞬时开放）转运速率极快,主要离子通道：,电压门控通道压力激活通道配体闸门离子通

3、道,配体闸门离子通道,也称为配体门控通道。配体（胞外信号）与通道蛋白相应部位结合引起通道蛋白构象发生变化，从而将闸门打开，特定的离子大量流入。如：乙酰胆碱受体通道、GABA受体通道等,高浓度,低浓度,电化学梯度,通道蛋白,配体,高浓度,低浓度,电化学梯度,通道蛋白,配体,Chemical synapse,易化扩散,高浓度,低浓度,电化学梯度,脂双分子层,载体蛋白,凡借助于载体蛋白的帮助,不消耗能量，物质顺浓度,梯度的转运方式称易化扩散，又叫帮助扩散。,易化扩散的特点物质需要与载体蛋白的特定部位结合物质与载体蛋白的亲合力是不断变化的载体蛋白对所要转运的物质具有高度的特异性,高浓度,低浓度,电化学

4、梯度,细胞质,钾浓度梯度30倍,钠浓度梯度13倍,Na+,Na+,K+,Pi,Mg+,（二）主动运输,借助于镶嵌在细胞膜上专一性很强的载体蛋白，通过消耗细胞代谢能，将物质从低浓度处向高浓度处转运的一种运输方式。,主动运输的特点,依靠细胞膜上特定的载体蛋白来完成，具有高度的选择性，一种蛋白只负责转运特定的离子或分子。这种运输方式是逆浓度梯度的，载体蛋白要克服阻力做功所以有类似泵的作用。因为逆浓度梯度运输，所以必须得消耗能量。,钠,钾,泵,实质：钠钾ATP 酶。具有载体蛋白和酶的双重作用。,+,+,泵,小亚基:为细胞膜外侧半嵌合糖蛋白,其作用机制不详。,大亚基：为贯穿膜全层的膜蛋白,是该酶的催化部

5、位。,下面以钠-钾泵为例介绍主动运输,细胞质,钾浓度梯度30倍,钠浓度梯度13倍,Na+,K+,Na+,Na+,Na+,Pi,Na+,K+,K+,钠结合部位,K+,Pi,钾结合部位,Mg+,主动运输根据能量来源的不同分为两类,离子泵：载体蛋白本身就是ATP酶，可直接水解ATP供能，将离子或分子从低浓度向高浓度转运。参与转运的载体蛋白能够利用能量做功，所以称为“泵”如：钠-钾泵、钙泵、氢泵协同运输：一种物质的运输要依赖于另外的离子的电化学梯度驱动，它的动力来源虽然不是直接水解ATP，但离子电化学梯度的实现还是由离子泵来保证，所以仍属于主动运输。,协同运输,一种物质的运输必须依赖另一种物质的同时运

6、输，故称为协同运输。动物细胞中，细胞膜两侧的Na离子的电化学梯度通常是驱动另一种分子主动运输的能量，如葡萄糖、氨基酸的主动运输。根据物质运输的方向与离子顺电化学梯度转移的方向的关系，可分为同向运输和对向运输。,同向运输,二、大分子物质的运输,膜泡运输,一、胞吞作用,二、胞吐作用,膜泡运输:,大分子物质不能直接穿过细胞膜,细胞摄入和排出这些大分子物质都是通过一系列膜囊泡形成和融合来完成的，这种运输方式称为膜泡运输。,胞吐作用,吞噬作用,胞饮作用,吞噬体,吞饮体,一、胞吞作用,胞吞作用就是细胞表面发生内陷，细胞膜把环境中的大分子物质包围成小泡，脱离细胞膜进入细胞内的转运过程。根据吞入物质的状态、大

7、小和特异程度可以分为：吞噬作用、胞饮作用和受体介导的胞吞作用。,（一）吞噬作用,吞噬作用：细胞吞入较大的固体颗粒物质的过程。（如：细菌、尘粒和细胞碎片）过程：吸附和吞进吞噬体：细胞膜包裹吞噬物形成囊，囊泡脱离细胞膜进入细胞质中，这个包含吞入物的囊泡，称为吞噬体。,吞噬作用,（二）胞饮作用,胞饮作用：细胞吞入大分子溶液物质或极微小的颗粒物的过程过程：吸附和吞进胞饮体：细胞膜包裹吞饮物形成囊，囊泡脱离细胞膜进入细胞质中，这个包含摄入物的囊泡，称为吞饮体。,（三）受体介导的胞吞作用,受体介导的胞吞作用是指大分子物质首先与细胞膜上特异性的受体结合，然后通过膜囊泡的形成完成入胞的过程。提供了一种选择性浓

8、缩机制，大大提高了内吞效率。,例：LDL受体介导的胞吞作用,LDL颗粒,LDL受体,有被小窝,有被小泡,内吞,去被,无被小泡,内体,融合,受体与大分子颗粒分开,受体再循环,内体,初级溶酶体,融合,吞噬溶酶体,内吞,去被,内体,融合,受体再循环,初级溶酶体,融合,二、胞吐作用,也可称为“外排作用”。是讲细胞分泌的物质或其他物质运出细胞的方式。过程：要分泌的物质被膜围成运输小泡，运至质膜下方，小泡膜与质膜融合，把物质排到细胞外。种类：组成型分泌途径 调节型分泌途径,专题五 膜受体及其介导的信号转导系统,膜受体是指存在于细胞膜上的功能性糖蛋白，可特异地识别、接受外界信号，并向内传导，从而引起一系列相

9、应的生物学效应。,配体受体所接受的外界信号，统称为配体。如：神经递质、激素、药物、光、气味等。,一、膜受体的概念,识别部,效应器,受体蛋白向着细胞外部分，可识别并结合相应的配体，狭义受体指此部位。,受体蛋白向着细胞质部分，一般具有酶的活性部位。,传导部 膜受体穿越脂双层的疏水部分，连接识别部和效应器并将信号转变为蛋白质的构象变化，传给效应器。,二、膜受体的结构,三、膜受体的功能：,特异性地识别配体，并与之结合，将胞外信号转变成胞内信号，引起胞内一系列生物学效应。,四、膜受体的分类（一）生长因子类受体（二）离子通道受体（三）G蛋白偶联受体,（一）生长因子类受体受体本身是酪氨酸蛋白激酶单次跨膜蛋白

10、（结合区、跨膜区、激酶活性区）接受配体后发生二聚化，形成具有SH2结合位点的结构，具有SH2结构的蛋白可与之结合，然后被活化启动下游信号转导，促进细胞分裂、分化,（二）离子通道受体 自身为离子通道的受体，主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞膜上。其配体为神经递质（如：乙酰胆碱、谷氨酸、5羟色胺、r-氨基丁酸、甘氨酸等）。,Acetylcholine receptor,（三）G蛋白偶联受体：该类受体与相应的配体（多种激素、神经递质、药物、光、气味等）结合后，通过自身构象改变，而影响下游效应蛋白活性，从而把信号向细胞内传导。例如：肾上腺素受体，气味受体,G-protein linked recepto

11、r,G蛋白偶联受体结构特点,G蛋白全称为鸟苷酸结合蛋白。共同特征：由、三个亚基组成的结合蛋白，亚基具有结合GDP(GTP)的能力和GTP酶的活性。可被 G蛋白偶联受体调节，将胞外信号向细胞内转导。,作用机制：,静息状态下，G蛋白的、三个亚基结合亚基与GDP结合，并且G蛋白与其受体分离当外界信号（配体）与G蛋白偶联受体结合后，亚基与GDP分离，而与GTP结合，并且与、分离，亚基被激活后，可以激活下游的效应蛋白，产生细胞内相应的生物学效应。亚基具有GTP酶活性，水解GTP生成GDP,亚基与GDP结合，亚基与效应蛋白分离，、三个亚基结合，又恢复到静息状态。,G蛋白作用机制,G蛋白作用机制,cAMP,

12、甘油二脂（DAG),三磷酸肌醇(IP3),cGMP,第一信使：与膜受体结合的配体，不直接参与细胞的物质和能量代谢，而作为信使起传递信息的作用。,第二信使：可直接作用于靶细胞中已存在的酶或非酶蛋白，改变后者的活性，引起细胞对外界信号的反应。,胞外的配体+受体,激活位于细胞膜中的腺苷酸环化酶,ATP水解成cAMP,引起一系列胞内的生物学效应,第二信使学说1965Sutherland,肾上腺素,Ac,受体,ATP,cAMP,无活性蛋白激酶,有活性PKA,靶蛋白被活化,胞内效应,胞内,第一信使,第二信使,BDE,胞内,5-AMP,细胞分化,糖原分解,.,Mg+2,cAMP作用于cAMP依赖性蛋白激酶（cAMP-dependent protein kinase，cAPK），即蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）。,PKA活化后，可使多种蛋白质底物的丝氨酸或苏氨酸残基发生磷酸化，改变其活性状态，底物分子包括一些糖、脂代谢相关的酶类、离子通道和某些转录因子。,cAMP激活 PKA影响糖代谢示意图,PKA底物举例,CAMP信号途径,