細胞的基本結(jié)構(gòu)和跨膜轉(zhuǎn)運.ppt

第二章 細胞的基本功能,本 章 提 綱,第一節(jié) 細胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能,一、細胞膜的結(jié)構(gòu)概述,液態(tài)鑲嵌模型Fluid Mosaic Model,膜是以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層為基架，其間鑲嵌著許多具有不同結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)及少量糖類。（又叫單位膜、生物膜）,Company Logo,脂質(zhì)雙分子層：磷脂(占70%)、膽固醇(占30%)， 屏障作用，保持細胞內(nèi)容物的相對穩(wěn)定； 細胞膜蛋白質(zhì)：可分為表面蛋白和整合蛋白。 組成膜通道蛋白，載體蛋白，受體，酶 細胞內(nèi)外物質(zhì)、能量、信息交換； 細胞膜糖類：糖蛋白，糖脂 是細胞特異性的標志，作為膜蛋白受體識別 部分參與免疫反應，如：RBC膜上的抗原 決定簇；,二、細胞膜的物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運功能 在新陳代謝過程中，細胞內(nèi)、外的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物不斷地進行交換，細胞膜是細胞內(nèi)、外物質(zhì)交換的唯一途徑。 可分為： （一）被動轉(zhuǎn)運：單純擴散； 易化擴散（通過載體、通道被動轉(zhuǎn)運）； （二）主動轉(zhuǎn)運：原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運； 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運； （三）出胞和入胞,圖中用較大號字母表示溶液的高濃度。（a）通過脂雙層的簡單擴散；（b）通過膜整合蛋白形成的水性通道進行的被動運輸；（c）通過同膜蛋白的結(jié)合進行的幫助擴散，也同（a）和（b）一樣，只能從高濃度向低濃度運輸；（d） 通過載體介導的主動運輸，這種載體主要是酶，能夠催化物質(zhì)從低濃度向高濃度運輸。,（一）被動轉(zhuǎn)運（passive transport） 1. 單純擴散（simple diffusion）： 指脂溶性高（疏水性或非極性程度較高）的小分子物質(zhì)順濃度梯度的跨膜物理擴散。 物質(zhì)：O2、N2、CO2、乙醇、尿素、水分子等； 決定因素：物質(zhì)的濃度梯度、構(gòu)型； 溫度； 膜對物質(zhì)的通透性； 脂溶性分子的大?。?特點：順化學梯度轉(zhuǎn)運； 不消耗ATP。,2. 易化擴散（facilitated diffusion）： 一些非脂溶性或脂溶性較小的小分子物質(zhì)，在膜上載體蛋白和通道蛋白的幫助下，順電-化學梯度，從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)擴散的過程。分通道介導和載體介導兩類。 特點： 順化學梯度轉(zhuǎn)運； 不消耗ATP； 膜蛋白對轉(zhuǎn)運物質(zhì)具有選擇性（膜蛋白分子本身有結(jié)構(gòu)特異性）； 膜通透性可變化.,（1）載體介導的易化擴散 物質(zhì)：Glu、aa和核苷酸等難通過胞膜的物質(zhì)； 轉(zhuǎn)運過程：載體蛋白與物質(zhì)結(jié)合載體蛋白分子變構(gòu) 轉(zhuǎn)運至低濃度側(cè)被轉(zhuǎn)運物與載體蛋白分離； 特點： 結(jié)構(gòu)特異性：每種載體蛋白只能轉(zhuǎn)運某一種或某幾種特定的物質(zhì)；（當某種載體蛋白能同時同向或逆向轉(zhuǎn)運兩種或兩種以上物質(zhì)時，這類載體蛋白又常被稱為轉(zhuǎn)運體） 飽和現(xiàn)象：當被轉(zhuǎn)運物的濃度升高至一定濃度后，對該物的轉(zhuǎn)運量將不再隨該物濃度的升高而增大，即達到極限； 競爭性抑制,經(jīng)載體易化擴散 Facilitated diffusion via carrier,飽和現(xiàn)象,（2）通道介導的易化擴散： 物質(zhì)： Na+、 K+、 Ca2+、 Cl- 等帶電離子，水分子（經(jīng)水通 道蛋白跨膜轉(zhuǎn)運）； 轉(zhuǎn)運過程：親水性孔道開放相應的帶電離子經(jīng)通道順差 （順濃度梯度或電位梯度）跨膜快速移動； 特點：轉(zhuǎn)運效率大于載體介導的易化擴散； 具有離子選擇性（只允許某種或幾種離子通過）； 具有門控性； 通道門控性類型：a. 電壓門控通道； b. 化學門控通道； c. 機械門控通道；,a. 電壓門控通道（voltage-gated ion channel）,膜兩側(cè)電位差的改變，導致通道構(gòu)象改變，從而控制通道的“開、關(guān)”，也叫“電壓依從性通道”。如：鈉通道、鈣通道和鉀通道等。,鈉通道,鉀通道,電壓門控通道（voltage-gated ion channel）,膜通透性的大小取決于通道開放數(shù)目的多少,電壓門控通道（voltage-gated ion channel）,實例：神經(jīng)軸突細胞膜上的某些Na+通道； 心肌細胞上的鈉通道等；,電壓門控通道的功能狀態(tài)： 靜息狀態(tài)（又稱為備用狀態(tài)）：通道關(guān)閉，能被激活開放。 激活狀態(tài)：通道開放，允許相應離子順差跨膜移動。 失活狀態(tài)：通道關(guān)閉并不能被激活。,b. 化學門控通道（chemically-gated ion channel）,受膜兩側(cè)某種化學物質(zhì)控制開閉的通道。 如：骨骼肌細胞終板膜上的N2-乙酰膽堿受體陽離子通道；,受某種機械刺激控制開閉的通道。 如：血壓升高血管壁受到牽張刺激激活平滑肌細胞上的機械門控通道通道開放 Ca2+內(nèi)流血管收縮,c. 機械門控通道（mechanically-gated ion channel）,電壓和機械門控通道不單純是物質(zhì)（離子）的跨膜轉(zhuǎn)運通路，而且在實現(xiàn)體內(nèi)各種電信號和機械信號的跨膜轉(zhuǎn)導中起關(guān)鍵作用。,（二）主動轉(zhuǎn)運（active transport） 細胞通過本身的某種耗能過程, 將物質(zhì)逆濃度梯度或逆電位梯度跨膜轉(zhuǎn)運，包括原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（primary active transport）和繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（secondary active transport）； 與被動轉(zhuǎn)運的區(qū)別： 轉(zhuǎn)運方向：逆 & 順 轉(zhuǎn)運所需能量：ATP供能 & 不需能 轉(zhuǎn)運后果：膜兩側(cè)濃度差更大 & 濃度差小,1. 原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（primary active transport） 細胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量（ATP）將物質(zhì)逆電化學梯度進行跨膜轉(zhuǎn)運的過程，介導這一過程的膜蛋白稱為離子泵，也叫做ATP酶（ATPase）； 幾種重要的離子泵： 鈉-鉀泵（簡稱鈉泵）：逆差轉(zhuǎn)運3Na+和2K+（反方向），哺乳動物胞膜上普遍存在； 鈣泵：逆差轉(zhuǎn)運鈣離子，主要分布于骨骼肌細胞和心肌細胞的肌漿網(wǎng)膜上，保持胞內(nèi)低鈣狀態(tài)； H+-K+泵：逆差轉(zhuǎn)運氫離子和鉀離子（反方向），主要分布于胃黏膜泌腺的壁細胞的頂膜上，又稱為質(zhì)子泵；,鈉泵,細胞膜上鈉泵的活動: 分解ATP獲得能量，將Na+泵出 細胞，同時將K+泵入細胞。 * 當Na+i或K+o時，鈉泵的活動增強。 * 鈉泵的生電性作用：鈉泵每分解1個ATP分子，將 3個 Na+泵出細胞，同時將 2個K+泵入細胞，結(jié)果使跨膜 電位差增大。,鈉-鉀-ATP酶泵,鈉鉀泵 （Sodium-potassium Pump）, 細胞膜上鈉泵活動的結(jié)果: Na+外高內(nèi)低，K+外低內(nèi)高。 細胞膜上鈉泵活動的生理意義： 胞內(nèi)高鉀, 利于胞質(zhì)內(nèi)的某些代謝反應（合成核糖體等）; 維持細胞正常的滲透壓和形態(tài)：將胞質(zhì)內(nèi)的鈉離子泵出細 胞，避免細胞內(nèi)鈉濃度升高，從而降低胞質(zhì)滲透壓，從而 防止過多水分進入細胞內(nèi)，維持正常的滲透壓和形態(tài)； 建立起一種生理性勢能儲備，為生物電產(chǎn)生、某些物質(zhì)的 （如：葡萄糖、氨基酸、氯離子、氫離子等）繼發(fā)性主動轉(zhuǎn) 運等功能活動提供能量； 維持細胞內(nèi)pH的穩(wěn)定，鈉泵維持的膜內(nèi)外的Na+差，可使細胞 代謝產(chǎn)生的H+通過鈉-氫交換機制排出胞外，保持細胞正常。,2. 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（secondary active transport）,驅(qū)動力并不直接來自ATP分解，而是來自另一物質(zhì)原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運所形成的離子濃度而進行的逆差轉(zhuǎn)運。,小腸上皮細胞主動轉(zhuǎn)運葡萄糖,繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的基本步驟： (以小腸黏膜上皮細胞對葡萄糖的吸收為例) 第一步：細胞基底側(cè)膜上鈉泵活動細胞內(nèi)Na+，低于腸腔 內(nèi)容物，形成細胞管腔膜兩側(cè)的Na+濃度梯度（細胞內(nèi) 低于腸腔內(nèi)容物）。 第二步：腸腔內(nèi)的Na+和Glu與管腔膜上的轉(zhuǎn)運體結(jié)合，順Na+ 的濃度（逆Glu濃度）將Na+和Glu同時移入細胞內(nèi)。 第三步：細胞內(nèi)Glu濃度，經(jīng)基底膜上Glu載體蛋白順Glu濃度 梯度轉(zhuǎn)運出細胞而進入組織液（被吸收）。,腎臟對Glu和aa的主動重吸收,（三）出胞和入胞 某些大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊是通過細胞復雜的結(jié)構(gòu)和功能變化而進出細胞的，這是細胞活動的一種主動過程。 1. 出胞：分泌囊泡逐漸向細胞