細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能.pptVIP

第一章 細(xì)胞的基本功能 （6hr）,細(xì)胞是動(dòng)物及其它生物體的基本結(jié)構(gòu)單位。在細(xì)胞及分子生理學(xué)水平，其生命活動(dòng)的基本原理具有高度的一致性和共性。,細(xì)胞的生理功能,跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) 接受內(nèi)外環(huán)境變化的信息并經(jīng)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生興奮 興奮的產(chǎn)生 興奮在細(xì)胞內(nèi)的傳導(dǎo)、細(xì)胞間的傳遞 細(xì)胞對(duì)內(nèi)外環(huán)境的變化作出的適應(yīng)性反應(yīng) （肌肉收縮、腺體分泌）,本章主要內(nèi)容,1.1 細(xì)胞膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 1.2 細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 1.3 細(xì)胞的興奮性和生物電現(xiàn)象 1.4 興奮在細(xì)胞間的傳遞 1.5 肌肉的收縮,1.1 細(xì)胞膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,重點(diǎn) 液態(tài)鑲嵌模型學(xué)說及鑲嵌蛋白質(zhì)的種類和生理機(jī)能 以載體和以通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散 原發(fā)性和繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) Na+-K+泵的生理功能,1.1.1 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu),細(xì)胞膜的作用： 將細(xì)胞的內(nèi)容物和細(xì)胞周圍的微環(huán)境（主要是細(xì)胞 外液）分割開來，使細(xì)胞能獨(dú)立于環(huán)境而存在 通過細(xì)胞膜接受外界或其它細(xì)胞的影響細(xì)胞膜起到 傳遞信息的作用 細(xì)胞膜還在細(xì)胞免疫、細(xì)胞生長、分裂、分化及癌 變等生理、病理過程中起著重要的作用。,液態(tài)鑲嵌模型 （Fluid mosaic model）,細(xì)胞膜的共同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌著具有不同分子結(jié)構(gòu)和生理功能的蛋白質(zhì)分子。細(xì)胞膜內(nèi)還含有少量糖類。,Fig. 3-1, p.69,Cholesterol molecule,Glycoprotein,Glycolipid,Extracellular fluid,Carbohydrate chain,Lipid bilayer,Various membrane proteins,Channel,Intracellular fluid,Appearance using an electron microscope,Dark line,Light space,Dark line,Phospholipid molecule,表面蛋白,鑲嵌蛋白 Integral Proteins （transmembrane）,鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層的蛋白質(zhì)的機(jī)能,形成細(xì)胞的骨架蛋白（anchoring protein）,可使細(xì)胞膜附著在另一細(xì)胞的膜上，或使其附著在細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外的某物質(zhì)上；,作為“識(shí)別蛋白質(zhì)”（recognition protein）,存在于免疫細(xì)胞膜上，能識(shí)別異體細(xì)胞的蛋白質(zhì)或癌細(xì)胞；,具有酶（enzyme）的特性，能催化細(xì)胞內(nèi)外的化學(xué)反應(yīng),作為“受體蛋白質(zhì)”（receptor protein），能與信息傳遞物質(zhì)（激素或遞質(zhì)）進(jìn)行特異性結(jié)合，并引起細(xì)胞反應(yīng)；, 作為轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)或載體蛋白質(zhì)（carrier protein）,通道蛋白質(zhì)（channel protein） 膜泵（membrane pump），,1.1.2 細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,1.1.2.1 被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（passive transport） (1) 單純擴(kuò)散（simple diffusion） (2) 易化擴(kuò)散（facilitated diffusion） 1.1.2.2 主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（active transport） (1) 原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(primary active transport ) （2) 繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(secondary active transport) 1.1.2.3 出胞（ Exocytosis）與入胞(endocytosis)式轉(zhuǎn)運(yùn),1.1.2.1 被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) （passive transport）,當(dāng)同種物質(zhì)、不同濃度的兩種溶液相鄰地放在一起時(shí)，溶質(zhì)的分子會(huì)順著濃度差（梯度，concentration gradient）或電位差（梯度，potential gradien, 二者合稱電化學(xué)梯度）產(chǎn)生凈流動(dòng)叫被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)的動(dòng)力是電化學(xué)勢能。不需要細(xì)胞膜或細(xì)胞另外提供其它形式的能量。,(1) 單純擴(kuò)散 （simple diffusion）,物質(zhì)的分子或離子順著電化學(xué)梯度通過細(xì)胞膜的方式稱為單純擴(kuò)散。 單位時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散通量，(即該物質(zhì)在每秒內(nèi)通過每平方厘米假想平面的摩爾數(shù))，取決于膜兩側(cè)該物質(zhì)的電化學(xué)梯度和細(xì)胞膜對(duì)該物質(zhì)的通透性（permeability)。 通透性：物質(zhì)通過細(xì)胞膜難易程度。 一些脂溶性的物質(zhì)如 O2、CO2等氣體分子，具有較高的通透性；一些甾體化合物（類固醇激素由于它們的分子量比較大）需要某種特殊蛋白質(zhì)的“協(xié)助”；水靠細(xì)胞膜上的水通道（一種特異蛋白質(zhì)）能快速通過細(xì)胞膜。,(2)易化擴(kuò)散（facilitated diffusion）,一些不溶于脂質(zhì)的，或溶解度很小的物質(zhì)，在膜結(jié)構(gòu)中的一些特殊蛋白質(zhì)的“幫助”下從膜的高濃度一側(cè)擴(kuò)散到低濃度一側(cè)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方式稱為易化擴(kuò)散。 易化擴(kuò)散又可分為: 以載體為中介的易化擴(kuò)散 （carrier mediated diffusion） 由通道中介的易化擴(kuò)散 （channel mediated diffusion）,以載體為中介的易化擴(kuò)散,A.載體是指細(xì)胞膜上一類特殊蛋白質(zhì)， B.它能在溶質(zhì)高濃度一側(cè)與溶質(zhì)發(fā)生特異性結(jié)合， C.并且構(gòu)象發(fā)生改變，把溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到低濃度一側(cè)將之釋放出來， D.載體蛋白恢復(fù)到原來的構(gòu)象，又開始新一輪的轉(zhuǎn)運(yùn)。,載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散的特點(diǎn),A.高度的結(jié)構(gòu)特異性（右旋葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)） B.飽和現(xiàn)象 C.競爭性抑制 D.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。（胰島素對(duì)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的調(diào)控）,由通道中介的易化擴(kuò)散,離子通道（ion channel）蛋白的壁外側(cè)面是疏水的;而壁的內(nèi)側(cè)是親水的（叫水相孔道），能允許水及溶于水中的離子通過,化學(xué)門控通道,通道的開放與關(guān)閉是受精密調(diào)控的，而不是自動(dòng)、持續(xù)進(jìn)行的, 有些只有在它所在膜的兩側(cè)（主要是外側(cè)）出現(xiàn)某種化學(xué)信號(hào)時(shí)才開放，稱為化學(xué)門控通道（chemically-gated channel）,有些則由所在膜兩側(cè)電位差的變化決定其開、閉，稱為電壓門控通道（voltage-gated channel）,機(jī)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稱機(jī)械門控通道,1.1.2.2主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) （active transport）,主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)是指細(xì)胞通過本身的某種耗能過程將某種物質(zhì)分子或離子逆著電化學(xué)梯度由膜的一側(cè)移向另一側(cè)的過程。主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)中所需要的能量是由細(xì)胞膜或細(xì)胞膜所屬的細(xì)胞提供。 單純擴(kuò)散和易化擴(kuò)散都有一個(gè)最終平衡點(diǎn)，即被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)在膜兩側(cè)達(dá)到電化學(xué)梯度為零時(shí)。而主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)因膜提供了一定能量，使被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)或離子逆著電-化學(xué)勢差的移動(dòng)，沒有平衡終點(diǎn), 被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)甚至可以全部被轉(zhuǎn)運(yùn)到膜的另一側(cè).,(1)原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (primary active transport ),鈉泵(sodium pump)： 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. 本身具有ATP酶的活性。 在主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)中如果所需的能量是由ATP直接提供的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程，則稱為原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。,細(xì)胞膜上的鈉泵活動(dòng)的意義：,A.造成的細(xì)胞內(nèi)高K+是許多代謝反應(yīng)進(jìn)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,（2）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (secondary active transport),ATPases only pump ions, nothing bigger. Larger molecules are transported by coupling them to movement of an ion down its concentration gradient. Ions can also be transported in this way. Example: Na-coupled glucose uptake.,載體蛋白必須與Na+和待轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的分子同時(shí)結(jié)合，才能順著Na+濃度梯度的方向?qū)⑺鼈兊姆肿幽嬷鴿舛忍荻扔赡c（小管）腔轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)。由于存在于上皮細(xì)胞基側(cè)膜上的Na+ 泵活動(dòng)，不斷將Na+轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞間隙，而細(xì)胞內(nèi)始終保持低Na+狀態(tài)，才能使它們的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)得以實(shí)現(xiàn)，直至腸（小管）腔中的物質(zhì)濃度下降到零。 物質(zhì)逆著濃度差轉(zhuǎn)運(yùn)的能量間接來自于ATP。稱為繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)或聯(lián)合（或協(xié)同）轉(zhuǎn)運(yùn)（cotransport）。 每一種聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)都有特定的轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白。 聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)中，如被轉(zhuǎn)運(yùn)的分子與Na+擴(kuò)散方向相同，稱為同向轉(zhuǎn)運(yùn)；如果二者方向相反，則稱為逆向轉(zhuǎn)運(yùn) 。,1.1.2.3 出胞（ Exocytosis）與入胞(endocytosis)式轉(zhuǎn)運(yùn),出胞：見于內(nèi)分泌腺分泌激素，外分泌腺分泌酶原顆?；蛘骋海窠?jīng)細(xì)胞分泌、釋放神經(jīng)遞質(zhì)，是一個(gè)比較復(fù)雜的耗能過程。,（2）入胞： 是指細(xì)胞外某些物質(zhì)團(tuán)塊，例如細(xì)菌，病毒、異物、血漿中脂蛋白及大分子營養(yǎng)物質(zhì)等進(jìn)入細(xì)胞的過程。被攝取的物質(zhì)如果是固體，則可形成較大的囊泡， 稱為吞噬作用(pha