第三章細胞膜的結(jié)構及細胞基本功能

1、第三章第三章 細胞膜的結(jié)構及細胞基本功能細胞膜的結(jié)構及細胞基本功能本節(jié)重點內(nèi)容：本節(jié)重點內(nèi)容：一一,細胞膜的結(jié)構和功能細胞膜的結(jié)構和功能二二,細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運種類細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運種類*三三, 細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導第一節(jié)第一節(jié) 細胞膜的基本結(jié)構細胞膜的基本結(jié)構 細胞是人體基本構造和功能單位：細胞是人體基本構造和功能單位：是實現(xiàn)和控制基是實現(xiàn)和控制基本生命過程的最小單位。本生命過程的最小單位。 細胞膜（質(zhì)膜）是進化產(chǎn)物細胞膜（質(zhì)膜）是進化產(chǎn)物，它的形成是生命物質(zhì)，它的形成是生命物質(zhì)由非細胞形態(tài)向細胞形態(tài)進化的重要轉(zhuǎn)折。由非細胞形態(tài)向細胞形態(tài)進化的重要轉(zhuǎn)折。 細胞膜作為細胞屏

2、障，細胞膜作為細胞屏障，為生命活動提供了相對恒定為生命活動提供了相對恒定環(huán)境。環(huán)境。 細胞膜是有特殊結(jié)構和功能的半透膜細胞膜是有特殊結(jié)構和功能的半透膜，與物質(zhì)轉(zhuǎn)運、，與物質(zhì)轉(zhuǎn)運、信息傳遞、能量轉(zhuǎn)移及吸收、分泌、免疫和興奮傳導等功信息傳遞、能量轉(zhuǎn)移及吸收、分泌、免疫和興奮傳導等功能有密切關系。能有密切關系。一、細胞膜的化學組成一、細胞膜的化學組成1、化學組成、化學組成 脂類、蛋白質(zhì)和糖類。重量脂類、蛋白質(zhì)和糖類。重量 上上p/f： 4/1；分子數(shù)；分子數(shù)f/p：100/1；糖類極少。；糖類極少。 2、分子排列、分子排列 液態(tài)鑲嵌模型液態(tài)鑲嵌模型 (fluid mosaic model)： （1）

3、液態(tài)脂質(zhì)雙分子層為基架；（）液態(tài)脂質(zhì)雙分子層為基架；（2）鑲嵌不同）鑲嵌不同 分子結(jié)構、不同功能的蛋白質(zhì)；（分子結(jié)構、不同功能的蛋白質(zhì)；（3）糖（寡糖或）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。糖脂或糖蛋白。二、膜中物質(zhì)的結(jié)合形式二、膜中物質(zhì)的結(jié)合形式磷脂的結(jié)構磷脂的結(jié)構 磷脂的立體模型磷脂的立體模型 磷脂的符號磷脂的符號表面蛋白質(zhì)表面蛋白質(zhì)整合蛋白質(zhì)整合蛋白質(zhì)脂質(zhì)的結(jié)構：親水性基團、疏水性長脂質(zhì)的結(jié)構：親水性基團、疏水性長烴鏈烴鏈脂質(zhì)的特點：流動性脂質(zhì)的特點：流動性(熔點低、液態(tài)熔點低、液態(tài)) 穩(wěn)定性（自由能最低）穩(wěn)定性

4、（自由能最低）功能：起屏障作用，是細胞的基架；細胞可以功能：起屏障作用，是細胞的基架；細胞可以承受相當大的張力和外形改變而不致破壞。承受相當大的張力和外形改變而不致破壞。1、脂質(zhì)（磷脂）、脂質(zhì)（磷脂）2、蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)結(jié)構：表面蛋白質(zhì)、結(jié)合蛋白質(zhì)結(jié)構：表面蛋白質(zhì)、結(jié)合蛋白質(zhì)功能：具有不同的結(jié)構，它們分別與細胞的物質(zhì)轉(zhuǎn)運（載體、功能：具有不同的結(jié)構，它們分別與細胞的物質(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（受通道、離子泵）、能量（酶類蛋白質(zhì)）和信息傳遞有關（受體）。體）。3、糖類：含少量的寡糖和多糖鏈，與膜中的脂質(zhì)、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

5、糖脂和糖蛋白或蛋白質(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)的特異性的它們所結(jié)合的蛋白質(zhì)的特異性的“標志標志”。（抗。（抗原決定簇、膜受體的原決定簇、膜受體的“可識別性可識別性”部分）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)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、因而雙分子為基架，其中鑲嵌著具有不同分子結(jié)構、因而也具有不同生理功能的蛋白質(zhì)，后者主要以也具有不同生理功能的蛋白質(zhì)，后者主要以 螺螺旋或球形蛋白質(zhì)的形式存在。旋或球形蛋白質(zhì)的形式存在。細胞膜的功

6、能：細胞膜的功能：1、保護：屏障作用。、保護：屏障作用。、轉(zhuǎn)運：載體、通道、離子泵。、轉(zhuǎn)運：載體、通道、離子泵。、識別：膜外側(cè)的糖鏈。、識別：膜外側(cè)的糖鏈。、信息傳遞：、信息傳遞： 受體受體 化學信息?；瘜W信息。 通道通道 生物電信息。生物電信息。二、細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能二、細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能v1物質(zhì)轉(zhuǎn)運的兩個必備條件物質(zhì)轉(zhuǎn)運的兩個必備條件v 1）細胞膜對物質(zhì)有通透性）細胞膜對物質(zhì)有通透性 v 2）轉(zhuǎn)運動力：如濃度差、電位差、滲透壓差）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：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。膜內(nèi)外、消化道對物質(zhì)

7、的吸收、腎小管的重吸收等結(jié)構。物質(zhì)進出細胞膜的形式：物質(zhì)進出細胞膜的形式：被動轉(zhuǎn)運：單純擴散、易化擴散、被動轉(zhuǎn)運：單純擴散、易化擴散、主動轉(zhuǎn)運：主動轉(zhuǎn)運： 原發(fā)主動轉(zhuǎn)運、繼發(fā)主動轉(zhuǎn)運、原發(fā)主動轉(zhuǎn)運、繼發(fā)主動轉(zhuǎn)運、 出胞出胞與入胞與入胞一、被動轉(zhuǎn)運一、被動轉(zhuǎn)運1、單純擴散：細胞內(nèi)液和細胞外液的各種溶質(zhì)分子，只要是、單純擴散：細胞內(nèi)液和細胞外液的各種溶質(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。擴散。（o2、co2、乙醇和脂肪酸）乙醇和脂肪酸）特點：不耗能特點：不耗能影響通量的大小：膜兩側(cè)物質(zhì)的濃度、膜對該物質(zhì)的通

8、透性、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）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、易化擴散：有很多的非脂溶性物質(zhì)，它們在膜結(jié)構中一些特殊蛋白質(zhì)分子的協(xié)助下，也能較容易地由高中一些特殊蛋白質(zhì)分子的協(xié)助下，也能較容易地由高濃度一側(cè)通過細胞膜向低濃度一側(cè)移動，這一跨膜轉(zhuǎn)濃度一側(cè)通過細胞膜向低濃度一側(cè)移動，這一跨膜轉(zhuǎn)運物質(zhì)的形式稱為易化擴散。運物質(zhì)的形式稱為易化擴散。（葡萄糖、氨基酸、（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，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，如載體和通道需要蛋白

9、質(zhì)介導，如載體和通道分類：分類：依幫助（或易化）作用的膜蛋白質(zhì)不同可分為依幫助（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：載體中介易化擴散(carrier mediated)；b：通道中介易化擴散：通道中介易化擴散(channel mediated)。a，載體運輸，載體運輸(載體中介易化擴散載體中介易化擴散)：轉(zhuǎn)運物質(zhì)轉(zhuǎn)運物質(zhì)：葡萄糖、氨基酸；：葡萄糖、氨基酸；轉(zhuǎn)運動力轉(zhuǎn)運動力：濃度差；：濃度差；特點：特點：a.高度的結(jié)構特異性；高度的結(jié)構特異性； b.飽和現(xiàn)象；飽和現(xiàn)象； c.競爭競爭性抑制；性抑制；d.轉(zhuǎn)運速度快；轉(zhuǎn)運速度快； e.因蛋白質(zhì)的結(jié)構和功能常因蛋白質(zhì)的結(jié)構和功能常受

10、膜內(nèi)外各種因素的影響受膜內(nèi)外各種因素的影響,因此與蛋白質(zhì)分子有關的物因此與蛋白質(zhì)分子有關的物質(zhì)的通透性是可變化的。質(zhì)的通透性是可變化的。意義意義：轉(zhuǎn)運營養(yǎng)物質(zhì)及代謝物。：轉(zhuǎn)運營養(yǎng)物質(zhì)及代謝物。b b、通道運輸、通道運輸( (通道中介易化擴散通道中介易化擴散) )：轉(zhuǎn)運物質(zhì)轉(zhuǎn)運物質(zhì)：nana+ +、k k+ +、caca2+2+；特點特點： a.速度快速度快 b.有選擇性（但不像載體那樣嚴格）有選擇性（但不像載體那樣嚴格） c.受精密調(diào)控受精密調(diào)控分類：分類：化學門控通道（化學門控通道（chemically-gated channel）；）； 電壓門控通道（電壓門控通道（voltage-gate

11、d channel）：）：有些則由所在膜兩有些則由所在膜兩側(cè)電位差的變化決定其開、閉。側(cè)電位差的變化決定其開、閉。 機械門控通道：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)運二、主動轉(zhuǎn)運：指細胞通過本身的某種耗能過程，指細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。度一側(cè)的過程。（ k+、na+、ca2+ h+、i-、cl-等等離子和小腸和腎小管中葡萄糖、氨基酸離子和小腸和腎小管中葡萄糖、氨基酸1 特點：（特點：（1）逆濃度差或電位差；）逆濃度差或電

12、位差； （2）耗能（能量來自細胞的代謝活動）。）耗能（能量來自細胞的代謝活動）。 2 意義：意義：是人體最重要的一種物質(zhì)轉(zhuǎn)運形式是人體最重要的一種物質(zhì)轉(zhuǎn)運形式3 3、主動轉(zhuǎn)運和被動轉(zhuǎn)運的區(qū)別、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單純擴散和易化擴散都有一個最終平衡點最終平衡點，即被轉(zhuǎn)運物質(zhì)在膜兩側(cè)達到電化學梯度為零時。即被轉(zhuǎn)運物質(zhì)在膜兩側(cè)達到電化學梯度為零時。而主動轉(zhuǎn)運因膜提供了一定能量，使被轉(zhuǎn)運物質(zhì)而主動轉(zhuǎn)運因膜提供了一定能量，使被轉(zhuǎn)運物質(zhì)或離子逆著電或離子逆著電-化學勢差的移動，化學勢差的移動，沒有平衡終點沒有平衡終點, 被轉(zhuǎn)運物質(zhì)甚至可以全部被轉(zhuǎn)運到膜的另一側(cè)被轉(zhuǎn)運物質(zhì)甚

13、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)運原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(primary active transport )： 鈉泵鈉泵(sodium pump)： a.是鑲嵌蛋白質(zhì)，是鑲嵌蛋白質(zhì)， b.能逆著濃度差將細胞內(nèi)的能逆著濃度差將細胞內(nèi)的na+移出膜外，細胞外的移出膜外，細胞外的k+移入膜內(nèi)，移入膜內(nèi)， c.主要是由于它本身還具有主要是由于它本身還具有atp酶的活性。酶的活性。 在主動轉(zhuǎn)運中如果所需的能量是由在主動轉(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，直接提供的主動轉(zhuǎn)運過程， 則稱為原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。則稱為原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。 細胞膜上的鈉泵活動的意義：細胞膜上的鈉泵活動的意義：

14、 a.造成的細胞內(nèi)高造成的細胞內(nèi)高k+是許多代謝反應進行的必要條件是許多代謝反應進行的必要條件 b.維持細胞正常形態(tài)維持細胞正常形態(tài) c.建立起一種勢能貯備，即建立起一種勢能貯備，即na+、k+在細胞膜內(nèi)外的濃度勢能在細胞膜內(nèi)外的濃度勢能 d.是可興奮細胞（組織）興奮的基礎，也可供其它耗能過程應用是可興奮細胞（組織）興奮的基礎，也可供其它耗能過程應用 5. 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（secondary active transport ）：是依賴于另一物質(zhì)濃度差所造成勢）：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（間接利用能而實現(xiàn)的轉(zhuǎn)運（間接利用atp釋放的能量）。釋放的能量）。也稱

15、為聯(lián)合轉(zhuǎn)運也稱為聯(lián)合轉(zhuǎn)運. 聯(lián)合轉(zhuǎn)運可分為同相轉(zhuǎn)運（聯(lián)合轉(zhuǎn)運可分為同相轉(zhuǎn)運（symport）和逆相）和逆相轉(zhuǎn)運（轉(zhuǎn)運（antiport）：被轉(zhuǎn)運物與）：被轉(zhuǎn)運物與na+轉(zhuǎn)運方向相同轉(zhuǎn)運方向相同稱同相轉(zhuǎn)運；被轉(zhuǎn)運物與稱同相轉(zhuǎn)運；被轉(zhuǎn)運物與na+ 轉(zhuǎn)運方向相反稱為轉(zhuǎn)運方向相反稱為逆相轉(zhuǎn)運。逆相轉(zhuǎn)運。 5、主動轉(zhuǎn)運意義：、主動轉(zhuǎn)運意義：v 細胞可以根據(jù)需要細胞可以根據(jù)需要主動選擇主動選擇對物質(zhì)的吸收和對物質(zhì)的吸收和排出，而不受細胞內(nèi)外物質(zhì)濃度（或電位）排出，而不受細胞內(nèi)外物質(zhì)濃度（或電位）梯度的影響。而細胞內(nèi)外各種離子分布不均梯度的影響。而細胞內(nèi)外各種離子分布不均的維持是神經(jīng)、肌肉等組織細胞興奮性的

16、物的維持是神經(jīng)、肌肉等組織細胞興奮性的物質(zhì)基礎。質(zhì)基礎。三、出胞和入胞三、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)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，這是更復雜的、伴有膜結(jié)構改變的主動轉(zhuǎn)運方轉(zhuǎn)運，這是更復雜的、伴有膜結(jié)構改變的主動轉(zhuǎn)運方式。式。（1）出胞）出胞 細胞排出某些物質(zhì)過程。是細胞分泌的一種細胞排出某些物質(zhì)過程。是細胞分泌的一種機制，如內(nèi)分泌細胞分泌激素，外分泌細胞分泌酶原，黏機制，如內(nèi)分泌細胞分泌激素，外分泌細胞分泌酶原，黏液，神經(jīng)細胞釋放遞質(zhì)。分泌物大多在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成，向高液，神經(jīng)細胞釋放遞質(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)構包

17、裝，成為分泌囊泡，儲爾基體轉(zhuǎn)運過程中，被膜性結(jié)構包裝，成為分泌囊泡，儲存胞漿中。細胞分泌時，囊泡被運到細胞內(nèi)表面與胞膜融存胞漿中。細胞分泌時，囊泡被運到細胞內(nèi)表面與胞膜融合，再向胞外開口，將內(nèi)容物排出。出胞是種復雜耗能過合，再向胞外開口，將內(nèi)容物排出。出胞是種復雜耗能過程。程。2、入胞、入胞 是是指細胞外大分子或團塊物質(zhì)進入細胞的過程。指細胞外大分子或團塊物質(zhì)進入細胞的過程。物質(zhì)被細胞膜識別并互相接觸，接觸處細胞膜向內(nèi)物質(zhì)被細胞膜識別并互相接觸，接觸處細胞膜向內(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)與膜表面特異性物質(zhì)與膜表面特異性受體受體蛋

18、白相互作用，而引起的蛋白相互作用，而引起的入胞稱為入胞稱為受體受體介導式入胞，如細菌、毒素、異物及介導式入胞，如細菌、毒素、異物及大分子營養(yǎng)物質(zhì)的入胞。大分子營養(yǎng)物質(zhì)的入胞。三三 細胞跨膜信號轉(zhuǎn)導概念及其特點細胞跨膜信號轉(zhuǎn)導概念及其特點跨膜信號轉(zhuǎn)導定義跨膜信號轉(zhuǎn)導定義 外界信號作用于細胞，通過細胞膜結(jié)構中蛋白質(zhì)外界信號作用于細胞，通過細胞膜結(jié)構中蛋白質(zhì)分子變構，將外界信號轉(zhuǎn)導為新的信號形式傳遞到膜內(nèi)，分子變構，將外界信號轉(zhuǎn)導為新的信號形式傳遞到膜內(nèi)，引起細胞功能改變（電反應或其他變化）。引起細胞功能改變（電反應或其他變化）。簡練地描述就是：信號從細胞外，通過細胞膜簡練地描述就是：信號從細胞外，

19、通過細胞膜到細胞核的過程。到細胞核的過程。 一、信號轉(zhuǎn)導概述一、信號轉(zhuǎn)導概述 （一）細胞外刺激信號（一）細胞外刺激信號 第二節(jié)第二節(jié) 細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導導 （二）（二）受體及其特征受體及其特征 能識別能識別化學信號并與之化學信號并與之作特異性結(jié)合，引作特異性結(jié)合，引發(fā)細胞的生物效應的大分子物質(zhì)稱為受體發(fā)細胞的生物效應的大分子物質(zhì)稱為受體（receptor） 主要的細胞外刺激信號是神經(jīng)遞質(zhì)、激主要的細胞外刺激信號是神經(jīng)遞質(zhì)、激素和細胞因子（也稱為第一信使物質(zhì)）素和細胞因子（也稱為第一信使物質(zhì)）v根據(jù)它們存在部位可分為膜受體、胞漿根據(jù)它們存在部位可分為膜受體、胞漿受體和核受體。受體

20、和核受體。 v受體結(jié)合特征有：受體結(jié)合特征有： va、特異性、特異性 b、高親和性、高親和性 vc、飽和性、飽和性 d，可逆性，可逆性 v（三）信號轉(zhuǎn)導基本過程（三）信號轉(zhuǎn)導基本過程 v 包括跨膜信號轉(zhuǎn)換、胞內(nèi)信號傳遞和引包括跨膜信號轉(zhuǎn)換、胞內(nèi)信號傳遞和引起生物學效應。起生物學效應。(四四)幾種主要的跨膜信號轉(zhuǎn)導（幾種主要的跨膜信號轉(zhuǎn)導（tst）（一）通道藕聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導（一）通道藕聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導它們既是識別它們既是識別,結(jié)合特異受體結(jié)合特異受體,又是通道蛋白又是通道蛋白 1、n-m接頭處化學門控通道接頭處化學門控通道 ach（種亞單位（種亞單位 、，聚體組成，聚體組成 的通道蛋白

21、），的通道蛋白），ach 和結(jié)合和結(jié)合通道結(jié)構開放通道結(jié)構開放去去 極化終板電位。是通道型或促離子型。極化終板電位。是通道型或促離子型。 類似受體這樣通道型受體或促離子型受體，體內(nèi)還有谷氨類似受體這樣通道型受體或促離子型受體，體內(nèi)還有谷氨 酸、酸、gaba離子型受體離子型受體 2、沒有胞內(nèi)其他信號分子參與。、沒有胞內(nèi)其他信號分子參與。 3、這是胞外信號對靶細胞作用的最簡單、直接的方式。、這是胞外信號對靶細胞作用的最簡單、直接的方式。 作用特點作用特點:速度快，反應位點局限，并非最多。速度快，反應位點局限，并非最多。 二、二、g蛋白耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導蛋白耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導（一）參與（一）參與g蛋白耦聯(lián)受體跨膜信號轉(zhuǎn)導的信號分子蛋白耦聯(lián)受體跨膜信號轉(zhuǎn)導的信號分子1、 g蛋白耦聯(lián)受體：蛋白耦聯(lián)受體： 細胞上與第一信