細(xì)胞生物學(xué)-細(xì)胞-4章

1、醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)第四章 細(xì)胞膜與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸高級講師 王波bonnie_ 中山大學(xué)中山大學(xué) 中山醫(yī)學(xué)院中山醫(yī)學(xué)院 生物教研室生物教研室細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜的成分：脂類、蛋白質(zhì)、糖類脂類與蛋白質(zhì)所占比例： 1:44:1；功能復(fù)雜的膜，蛋白質(zhì)比例高 細(xì)胞膜的化學(xué)組成 膜脂構(gòu)成細(xì)胞膜的基本骨架細(xì)胞膜的脂類膜脂，細(xì)胞膜的脂類膜脂，約占50%，主要分為三個類型：磷脂(phospholipid)、膽固醇(cholesterol)、糖脂(glycolipid) 1.磷脂構(gòu)成膜脂的基本成分磷脂占整個膜脂50%以上，分為兩類：甘油磷脂 和 鞘磷脂甘油磷脂：磷脂酰膽堿(卵磷脂PC)、磷脂酰乙醇胺(腦磷

2、脂PE)、磷脂酰絲氨酸(PS) 、磷脂酰肌醇(PI)甘油磷脂的共同特征：甘油分子的1、2位羥基分別與脂肪酸形成酯鍵；3位羥基與磷酸形成酯鍵，磷酸基團(tuán)結(jié)合 膽堿、乙醇胺、絲氨酸、肌醇 脂肪酸鏈長短不一，通常1424個碳原子，一條脂肪酸鏈不含雙鍵，另一條含有一個或幾個雙鍵，形成30彎曲細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸磷脂酰膽堿鞘磷脂磷脂酰肌醇細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)磷脂酰膽堿鞘磷脂(sphingomyelin,SM) 是細(xì)胞膜上唯一不以甘油為骨架的磷脂，在膜中含量較少，在神經(jīng)元細(xì)胞膜中含量較多鞘磷脂以鞘氨醇代替甘油，鞘氨醇的氨基結(jié)合不飽和脂肪酸鏈鞘磷脂的代謝產(chǎn)物 神經(jīng)酰胺、鞘氨

3、醇、1-磷酸鞘氨醇 參與細(xì)胞活動；神經(jīng)酰胺 是第二信使、 1-磷酸鞘氨醇 在細(xì)胞外通過 G蛋白偶聯(lián)受體起作用，在細(xì)胞內(nèi)與靶蛋白作用 2.膽固醇能夠穩(wěn)定膜和調(diào)節(jié)膜流動性膽固醇分子較小，散布在磷脂分子之間；動物細(xì)胞膽固醇含量高，在有的膜內(nèi)膽固醇與磷脂之比達(dá)1:1；植物細(xì)胞膜中含膽固醇極少膽固醇極性頭部為羥基團(tuán)，緊靠磷脂極性頭部；非極性疏水結(jié)構(gòu)為甾環(huán)和烴鏈，對磷脂的脂肪酸尾部的運(yùn)動有干擾作用膽固醇分子 調(diào)節(jié)膜的流動性和加強(qiáng)膜的穩(wěn)定性，沒有膽固醇，細(xì)胞膜會解體細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu) 3.糖脂主要位于質(zhì)膜的非胞質(zhì)面糖脂含量占膜脂總量5%以下，遍布原核、真核細(xì)胞表面細(xì)菌和植物

4、的糖脂 均是 甘油磷脂衍生物，一般是 磷脂酰膽堿 衍生來動物糖脂 都是 鞘氨醇衍生物，稱為 鞘糖脂，糖基取代磷脂酰膽堿，成為極性頭部已發(fā)現(xiàn)40多種糖脂，區(qū)別在于 極性頭部不同，由1至幾個糖殘基構(gòu)成細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)最簡單的糖脂是 腦苷脂，極性頭部只是一個半乳糖/葡萄糖 殘基最復(fù)雜的糖脂是 神經(jīng)節(jié)苷脂，極性頭部有七個糖殘基；在神經(jīng)細(xì)胞膜中最豐富，占總膜脂5%10%細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu) 膜蛋白執(zhí)行細(xì)胞膜的多種重要功能膜蛋白：轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、酶、連接蛋白、受體蛋白膜蛋白含量：軸突髓鞘25%、線粒體內(nèi)膜75%、大多膜 50%(蛋白質(zhì)分子數(shù)：脂類分子數(shù)=1:50)根據(jù)膜蛋白與脂雙層結(jié)合方式，分為

5、三類：內(nèi)在膜蛋白、外在膜蛋白、脂錨定蛋白細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)3.-sheet barrel5.共價連接脂肪酸鏈 6.連接寡糖鏈錨定細(xì)胞外表面 7.8.非共價連接其他膜蛋白 1.內(nèi)在膜蛋白又稱 跨膜蛋白，占膜蛋白總量70%80%；分 單次跨膜、多次跨膜、多亞基跨膜 三種類型跨膜區(qū)域 2030個 疏水氨基酸殘基，通常N端在細(xì)胞外側(cè)內(nèi)在膜蛋白 跨膜結(jié)構(gòu)域 與膜脂結(jié)合區(qū)域，作用方式：疏水氨基酸形成-螺旋，跨膜并與脂雙層脂肪酸鏈通過范德華力相互作用某些-螺旋外側(cè)非極性，內(nèi)側(cè)是極性鏈，形成特異性畸形分子的跨膜通道多數(shù)跨膜區(qū)域是-螺旋，也有以-折疊片多次穿膜形成筒狀結(jié)構(gòu)，稱-筒，如 孔蛋白(porin

6、) 2.外在膜蛋白又稱 外周蛋白，占膜蛋白總量20%30%；完全在脂雙層之外，胞質(zhì)側(cè)或胞外側(cè)，通過 非共價鍵 附著膜脂或膜蛋白細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)胞質(zhì)側(cè)的 外周蛋白形成 纖維網(wǎng)絡(luò)，為膜提供機(jī)械支持，也連接 整合蛋白，如 紅細(xì)胞的 血影蛋白 和錨蛋白外周蛋白為水溶性蛋白，與膜結(jié)合較弱，改變?nèi)芤?離子濃度或pH，可分離它們 而不破壞膜結(jié)構(gòu) 3.脂錨定蛋白又稱 脂連接蛋白，位于膜的兩側(cè)，以共價鍵 結(jié)合于 脂類分子；此種錨定方式 與細(xì)胞惡變有關(guān)還有 糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白(GPI)，通過蛋白質(zhì)C端 與磷脂酰肌醇連接的 寡糖鏈 共價結(jié)合脂錨定蛋白 在膜上 運(yùn)動性增大，有利于結(jié)合更多蛋白，有利于更快

7、地與 胞外蛋白 結(jié)合、反應(yīng)GPI-錨定蛋白 分布極廣，100種以上，如 多種水解酶、免疫球蛋白、細(xì)胞黏附分子、膜受體等細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)研究膜蛋白功能，可用去垢劑將膜蛋白分離出來；如 離子型去垢劑：十二烷基磺酸鈉(SDS)(引起蛋白質(zhì)變性)；非離子去垢劑：Triton X-100(對蛋白質(zhì)比較溫和)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu) 膜糖類覆蓋細(xì)胞膜表面細(xì)胞膜的糖類，占質(zhì)膜重量2%10%；大多以 低聚糖或多聚糖 共價 結(jié)合膜蛋白，形成 糖蛋白；或以 低聚糖 共價結(jié)合 膜脂，形成糖脂所有糖鏈 朝向 細(xì)胞外表面形成 低聚糖 的單糖類型：半乳糖、甘露糖、巖藻糖、半乳糖胺、葡萄糖、葡萄糖胺、唾液酸 等

8、唾液酸殘基 在糖鏈末端，形成 細(xì)胞外表面 凈負(fù)電荷糖蛋白和糖脂中 低聚糖 側(cè)鏈功能：可能幫助蛋白質(zhì)膜上定位、固定，防止翻轉(zhuǎn)；參與細(xì)胞與外環(huán)境的作用細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)ABO血型抗原細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu) 細(xì)胞膜的特性脂雙層與蛋白質(zhì)圍成屏障，還執(zhí)行 物質(zhì)運(yùn)輸、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞識別、能量轉(zhuǎn)化 等功能 膜的不對稱性決定膜功能的方向性 1.膜脂的不對稱性脂雙層的膜脂分布不對稱，在含量、 比例上有差異細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu) SM：鞘磷脂；PC：磷脂酰膽堿； PS：磷脂酰絲氨酸；PE：磷脂酰乙醇胺；PI：磷脂酰肌醇；CL：二磷脂酰甘油不同膜性細(xì)胞器的脂質(zhì)組成不同：質(zhì)膜：鞘磷脂、磷脂酰膽堿、膽固

9、醇 等核膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、線粒體外膜：磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇線粒體內(nèi)膜：心磷脂 2.膜蛋白的不對稱性各種膜蛋白在質(zhì)膜中有特定位置，分布絕對不對稱酶和受體多分布于質(zhì)膜的外側(cè)面，而 腺苷酸環(huán)化酶 定位內(nèi)側(cè)面 3.膜糖的不對稱性糖脂、糖蛋白的寡糖鏈 只分布于 質(zhì)膜外表面(遠(yuǎn)離細(xì)胞質(zhì))；而內(nèi)膜系統(tǒng)的 寡糖鏈 只分布于 膜腔內(nèi)表面(遠(yuǎn)離細(xì)胞質(zhì))細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)不同脂雙層區(qū)域，膜組分分布不均一 ；比如 功能微區(qū)“脂筏”，富含 鞘磷脂 和 膽固醇，和特定種類 膜蛋白，參與 細(xì)胞內(nèi)吞、囊泡運(yùn)輸、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等，脂筏周圍磷脂富含不飽和脂肪酸，流動性高膜組分分布不對稱的意義：各組分 分布不對稱 跟

10、 膜功能不對稱、膜的方向性有關(guān) 膜的流動性是膜功能活動的保證膜的流動性 主要是 膜脂流動性、膜蛋白的運(yùn)動性 1.膜脂雙分子層是二維流體細(xì)胞內(nèi)外的水環(huán)境 使膜脂分子不能從脂雙層逸出，只能在二維平面交互位置脂雙分子層既有有序的固定性，又有液體的流動性液晶態(tài)正常體溫下，膜呈液晶態(tài)；當(dāng)溫度下降到 臨界溫度(膜的相變溫度)，膜脂轉(zhuǎn)為 晶態(tài)細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu) 2.膜脂分子能進(jìn)行多種運(yùn)動在相變溫度以上，膜脂分子可進(jìn)行如下5種運(yùn)動：側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動：脂質(zhì)分子間 交換位置；107次/秒；主要運(yùn)動方式翻轉(zhuǎn)運(yùn)動：從脂雙層一層翻轉(zhuǎn)到另一層，需要 翻轉(zhuǎn)酶，在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：膜脂分子 自旋運(yùn)動伸縮振蕩運(yùn)動：脂肪酸

11、鏈伸縮最快，甘油骨架次之，親水頭部最慢，顯示膜的流動梯度細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)烴鏈的旋轉(zhuǎn)異構(gòu)運(yùn)動：烴鏈沿C-C自由旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生 旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體；低溫時，烴鏈呈 反式構(gòu)象；溫度升高，歪扭構(gòu)象增多，烴鏈流動性高烴鏈中各-CH2-之間的 構(gòu)象轉(zhuǎn)換，是膜流動性的基礎(chǔ) 3.多種因素影響膜脂的流動性脂肪酸鏈的飽和程度：飽和脂肪酸鏈 排列緊密，流動性小，相變溫度高；不飽和脂肪酸 則反之溫度下降時，細(xì)胞的 飽和酶 催化單鍵去飽和為雙鍵，產(chǎn)生含兩個不飽和脂肪酸鏈的磷脂分子，增強(qiáng)膜的流動性脂肪酸鏈的長短：脂肪酸鏈短，相互作用弱，流動性大，相變溫度低；脂肪酸鏈長 則反之膽固醇的雙重調(diào)節(jié)作用：相變溫度以上時，膽固醇的固

12、醇環(huán)結(jié)合部分烴鏈，限制膜的流動性；相變溫度以下時，膽固醇隔開磷脂分子，干擾晶態(tài)形成，防止低溫時膜流動性的突然降低卵磷脂與鞘磷脂的比值：哺乳類，卵磷脂+鞘磷脂 占膜脂50%；卵磷脂 不飽和程度高，流動性大；而鞘磷脂相反隨著衰老，細(xì)胞膜中 卵磷脂與鞘磷脂的比值 下降，流動性也隨之下降細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)相變溫度以上相變溫度以下細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)膜蛋白的影響：膜蛋白插入脂雙層，使周圍膜脂分子不能活動，嵌入蛋白越多，膜脂流動性越差此外，膜脂的極性基團(tuán)、環(huán)境溫度、pH、離子強(qiáng)度、金屬離子 等 可影響膜脂的流動性 4.膜蛋白的運(yùn)動性細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)側(cè)向擴(kuò)散：人鼠雜交細(xì)胞表面抗原分布

13、變化 可證明旋轉(zhuǎn)運(yùn)動：速度 比側(cè)向擴(kuò)散 慢；不同膜蛋白速度不同，有些膜蛋白無法運(yùn)動；膜蛋白周圍脂質(zhì)的流動性影響膜蛋白的流動性膜蛋白的運(yùn)動 不需要消耗能量膜流動性的意義：生物膜的各種功能都是在膜的流動狀態(tài)下進(jìn)行的，膜的流動過低，代謝終止 細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)模型1890年，Ernest Overton 發(fā)現(xiàn)溶于脂肪的物質(zhì)容易穿過膜，而非脂溶性難；1925年，從血影中抽提出磷脂，在水面上鋪成單分子層，面積與血影面積之比 約為2:1 片層結(jié)構(gòu)模型1935年，James Danielli 和 Hugh Davson發(fā)現(xiàn) 細(xì)胞膜的表面張力 顯著低于 油-水 界面表面張力， 推測 質(zhì)膜中有 蛋白質(zhì)；提出 “片

14、層結(jié)構(gòu)模型”(蛋白-磷脂- -蛋白 三層夾板式結(jié)構(gòu))細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu) 單位膜模型1959年，J.D.Robertson 電鏡觀察細(xì)胞膜“兩暗夾一明”單位膜單位膜模型：膜蛋白是單層肽鏈以折疊 通過靜電作用 與磷脂極性端結(jié)合細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu) 流動鑲嵌模型1972年提出，磷脂雙層構(gòu)成膜的連續(xù)主體；強(qiáng)調(diào)球形蛋白質(zhì)鑲嵌在脂雙分子層內(nèi)；膜是一種動態(tài)的、不對稱的具有流動性特點的結(jié)構(gòu)1975年，“晶格鑲嵌模型”膜脂可逆地進(jìn)行“有序(液態(tài))”和“無序(晶態(tài))”相變，流動性是局部的1977年，“板塊鑲嵌模型”流動的脂雙層中 存在能獨(dú)立移動 脂類板塊細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu) 脂筏模型脂雙層中

15、由特殊脂質(zhì)和蛋白質(zhì) 組成的微區(qū)，富含 膽固醇和鞘脂類，聚集特定種類膜蛋白；此膜區(qū) 較厚，稱“脂筏”，其周圍富含不飽和磷脂，流動性較高脂筏的兩個特點：許多蛋白聚集在脂筏內(nèi)，便于相互作用；脂筏提供有利于蛋白質(zhì)變構(gòu)的環(huán)境，形成有效構(gòu)象脂筏功能：參與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、受體介導(dǎo)內(nèi)吞作用、膽固醇代謝運(yùn)輸 等細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)細(xì)胞在生命活動中，與細(xì)胞外環(huán)境頻繁物質(zhì)交換，有幾條不同途徑 膜的選擇性通透和簡單擴(kuò)散小分子透過脂雙層的速度，取決于分子的大小和它在脂質(zhì)中的相對溶解度；分子量越小，脂溶性越強(qiáng)，通過脂雙層的速率越快簡單擴(kuò)散(simple diffusion): 小分子的熱運(yùn)動使分子自由地由膜一側(cè)擴(kuò)散到另一

16、側(cè)，前提：溶質(zhì)在膜兩側(cè)有一定濃度差，溶質(zhì)必須能透過膜脂溶性物質(zhì) 如 醇、苯、甾類激素、O2、CO2、NO、 H2O 通過簡單擴(kuò)散 跨膜簡單擴(kuò)散 不需要 運(yùn)輸?shù)鞍讌f(xié)助，順濃度梯度 由高濃 度向低濃度方向擴(kuò)散，不消耗能量；也稱“被動擴(kuò)散” passive diffusion小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的跨膜運(yùn)輸除了水和非極性小分子，絕大多數(shù)溶質(zhì) 如 各種離子、葡萄糖、氨基酸、核苷酸等 都不能簡單擴(kuò)散穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)膜中特定膜蛋白膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(跨膜蛋白，每種只轉(zhuǎn)運(yùn)一種特定類型溶質(zhì))膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白分兩類：載體蛋白、通道蛋白載體蛋白：與特定溶質(zhì)結(jié)合，改變構(gòu)象使溶質(zhì)穿越細(xì)胞膜通道蛋白：形成水溶性通道，貫穿脂雙層

17、，通道開放時，特定溶質(zhì)可穿越脂雙層所有通道蛋白和許多載體蛋白，轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)分子不消耗能量，消耗順電化學(xué)濃度梯度的勢能逆電化學(xué)濃度梯度 轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)，需要 載體蛋白 參與，還需要 消耗能量；這種利用代謝產(chǎn)生的能量進(jìn)行逆濃度梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)，稱“主動運(yùn)輸”小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 離子通道高效轉(zhuǎn)運(yùn)各種離子各種帶電離子 和親水分子，難以直接穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)，而其 高效率的 穿膜速率 是借助膜上的 通道蛋白 完成；已發(fā)現(xiàn)100余種通道蛋白，跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)各種離子，也稱“離子通道”離子通道 在膜上形成 親水跨膜孔道，有選擇地 讓某些離子 通過到質(zhì)膜另一側(cè)通道蛋白的四個特點：只介導(dǎo) 被動運(yùn)輸，溶質(zhì)從膜的 高濃度一側(cè)

18、自由擴(kuò)散到 低濃度一側(cè)離子通道 對被轉(zhuǎn)運(yùn)離子的大小 所帶電荷 有高度選擇性轉(zhuǎn)運(yùn)效率高，通道允許106108個特定離子/秒 通過，比最快效率的載體蛋白 高1000倍離子通道不是持續(xù)開放，有開和關(guān) 兩種構(gòu)象，受信號調(diào)控根據(jù)通道門控機(jī)制不同和通透離子的種類，分為三大類：小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 1.配體門控通道(ligand-gated channel)離子通道型受體，與細(xì)胞外特定配體結(jié)合，構(gòu)象改變，允許某種離子快速跨膜擴(kuò)散如 乙酰膽堿受體(acetylcholine receptor, nAChR)： 4種5個亞單位組成，每個亞單位 由1個大的跨膜N端，4段跨膜(M1M4)和1個短

19、的C端組成受體上有兩個結(jié)合位點，無Ach時，各個M2共同組成的孔道關(guān)閉，M2上的 亮氨酸殘基 伸向孔內(nèi) 形成紐扣結(jié)構(gòu)；結(jié)合Ach后，孔區(qū)構(gòu)象改變，亮氨酸殘基滑出，孔道開放，膜外高濃度Na+內(nèi)流，胞內(nèi)高濃度K+外流還有許多神經(jīng)遞質(zhì)受體，如 氨基丁酸受體、甘氨酸受體、5-羥色胺受體等，都是單一肽鏈4次穿膜 形成亞單位，5個亞單位組成 跨膜離子通道；通透Na+、K+、Ca2+等陽離子 2.電壓門控通道膜兩側(cè) 跨膜電位 的改變是控制 電壓門控通道 開放與關(guān)閉 直接因素此類通道蛋白分子 部分基團(tuán) 對跨膜電位改變 敏感，可改變構(gòu)象 打開通道，開放時間只有幾毫秒，隨即自發(fā)關(guān)閉；主要分布在 神經(jīng)元、肌細(xì)胞、腺

20、上皮細(xì)胞 等，包括：鉀通道、鈣通道、鈉通道、氯通道 3.應(yīng)力激活通道通道蛋白 應(yīng)力改變構(gòu)象，通道開放，離子跨膜內(nèi)耳 毛細(xì)胞頂部的 聽毛，受到聲波振動 而彎曲，應(yīng)力門控通道 開放，離子跨膜進(jìn)入毛細(xì)胞，聲信號傳遞給神經(jīng)元細(xì)菌與古細(xì)菌的 應(yīng)力激活通道 均為跨膜蛋白 五聚體，通透陽離子小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸一些離子通道持續(xù)開放，大多數(shù)開放時間短暫，幾個毫秒后 關(guān)閉；離子通道的開放、關(guān)閉 是連續(xù)相繼的，以調(diào)節(jié)細(xì)胞活動離子通道 活動(神經(jīng)-肌肉 接頭處)： 神經(jīng)沖動神經(jīng)末梢細(xì)胞去極化電壓門控Ca2+通道開放細(xì)胞外Ca2+涌入細(xì)胞胞內(nèi) 突觸小泡 釋放 乙酰膽堿 至 突觸間隙釋放的乙酰膽堿結(jié)合突觸后膜的 乙酰膽

21、堿受體通道開放，Na+流入肌細(xì)胞肌細(xì)胞膜 局部去極化小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸肌細(xì)胞去極化誘發(fā)膜上Na+通道開放大量Na+涌入肌細(xì)胞，使整個肌細(xì)胞膜進(jìn)一步去極化肌細(xì)胞膜的去極化使肌漿網(wǎng)上Ca2+通道開放Ca2+大量釋放如胞質(zhì)肌原纖維收縮小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 載體蛋白介導(dǎo)的易化擴(kuò)散非脂溶性/親水性 小分子，如 葡萄糖、氨基酸、核苷酸、代謝物等，不能簡單擴(kuò)散 入膜，在載體蛋白 介導(dǎo)下，不消耗代謝能量，順物質(zhì)濃度梯度/電化學(xué)梯度 進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，稱“易化擴(kuò)散”易化擴(kuò)散 轉(zhuǎn)運(yùn)特異性強(qiáng)，速率非常快載體蛋白 對結(jié)合的溶質(zhì) 高度專一性，結(jié)合溶質(zhì)分子后，載體構(gòu)象變化，送溶質(zhì)分子到膜的另一側(cè)；然后隨構(gòu)象變化，載體對溶質(zhì)的親

22、和力下降，釋放溶質(zhì)，載體蛋白構(gòu)象恢復(fù)小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸葡萄糖是人體最基本的最直接的能量來源，多數(shù)細(xì)胞(低濃度葡萄糖)從血流和組織液中(高濃度葡萄糖)，通過 易化擴(kuò)散 獲取葡萄糖人類基因組編碼12種葡萄糖載體蛋白，均含有12次跨膜的-螺旋， -螺旋含有絲氨酸、蘇氨酸、天冬氨酸和谷氨酸殘基，其側(cè)鏈與葡萄糖羥基形成氫鍵，是葡萄糖結(jié)合位點以 紅細(xì)胞為例，膜上存在5萬個葡萄糖載體蛋白，占膜總蛋白5%小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 載體蛋白介導(dǎo)的主動運(yùn)輸細(xì)胞內(nèi)的K+濃度是細(xì)胞外的20倍以上；而Na+正好相反而細(xì)胞外的Ca2+濃度要高于細(xì)胞內(nèi)1000倍這些濃度梯度由主動運(yùn)輸產(chǎn)生，對維持生命活動至關(guān)重要主動運(yùn)輸需要消

23、耗能量，能量來源包括：ATP、光吸收、電子傳遞、順濃度梯度的其他物質(zhì)的流動等； 可分為：ATP直接供能、ATP間接供能 1.離子泵直接水解ATP進(jìn)行主動運(yùn)輸離子泵具有專一性，水解ATP，轉(zhuǎn)運(yùn)特定離子Na+-K+泵： 鑲嵌在脂雙層中，由兩個亞基兩個亞基組成四聚體亞基胞質(zhì)面有3個高親和Na+結(jié)合位點； 亞基膜外表面有2個高親和K+結(jié)合位點小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸水解1分子ATP，輸出3個Na+ ，轉(zhuǎn)入2個K+多數(shù)動物細(xì)胞 消耗1/3的ATP 維持Na+-K+泵； 胞內(nèi)低Na+胞外高K+，維持滲透壓、產(chǎn)生維持膜電位、各種新陳代謝提供必要離子濃度Ca2+泵：Ca2+-ATP酶 同樣有

24、磷酸化和去磷酸化 過程，并改變構(gòu)象，每水解1分子ATP，逆濃度梯度轉(zhuǎn)出細(xì)胞或泵人肌漿網(wǎng)2個Ca2+肌漿網(wǎng) 是肌細(xì)胞特化的 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲存場所 2.離子濃度驅(qū)動的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動運(yùn)輸 建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲存了膜兩側(cè)的勢能，此勢能可供細(xì)胞此勢能可供細(xì)胞運(yùn)輸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸Ca2+泵：Ca2+-ATP酶 同樣有 磷酸化和去磷酸化 過程，并改變構(gòu)象，每水解1分子ATP，逆濃度梯度轉(zhuǎn)出細(xì)胞或泵人肌漿網(wǎng)2個Ca2+肌漿網(wǎng) 是肌細(xì)胞特化的 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲存場所 2.離子濃度驅(qū)動的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動運(yùn)輸 建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲存了膜兩側(cè)的勢能，此勢能可供細(xì)胞此勢能可供細(xì)胞

25、運(yùn)輸Ca2+泵：Ca2+-ATP酶 同樣有 磷酸化和去磷酸化 過程，并改變構(gòu)象，每水解1分子ATP，逆濃度梯度轉(zhuǎn)出細(xì)胞或泵人肌漿網(wǎng)2個Ca2+肌漿網(wǎng) 是肌細(xì)胞特化的 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲存場所 2.離子濃度驅(qū)動的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動運(yùn)輸 建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲存了膜兩側(cè)的勢能，此勢能可供細(xì)胞此勢能可供細(xì)胞運(yùn)輸Ca2+泵：Ca2+-ATP酶 同樣有 磷酸化和去磷酸化 過程，并改變構(gòu)象，每水解1分子ATP，逆濃度梯度轉(zhuǎn)出細(xì)胞或泵人肌漿網(wǎng)2個Ca2+肌漿網(wǎng) 是肌細(xì)胞特化的 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲存場所 2.離子濃度驅(qū)動的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動運(yùn)輸 建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲存了膜兩側(cè)的勢能，此勢

26、能可供細(xì)胞此勢能可供細(xì)胞運(yùn)輸Ca2+泵：Ca2+-ATP酶 同樣有 磷酸化和去磷酸化 過程，并改變構(gòu)象，每水解1分子ATP，逆濃度梯度轉(zhuǎn)出細(xì)胞或泵人肌漿網(wǎng)2個Ca2+肌漿網(wǎng) 是肌細(xì)胞特化的 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲存場所 2.離子濃度驅(qū)動的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動運(yùn)輸 建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲存了膜兩側(cè)的勢能，此勢能可供細(xì)胞此勢能可供細(xì)胞運(yùn)輸Ca2+泵：Ca2+-ATP酶 同樣有 磷酸化和去磷酸化 過程，并改變構(gòu)象，每水解1分子ATP，逆濃度梯度轉(zhuǎn)出細(xì)胞或泵人肌漿網(wǎng)2個Ca2+肌漿網(wǎng) 是肌細(xì)胞特化的 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲存場所 2.離子濃度驅(qū)動的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動運(yùn)輸 建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，

27、儲存了膜兩側(cè)的勢能，此勢能可供細(xì)胞此勢能可供細(xì)胞運(yùn)輸其它溶質(zhì)分子協(xié)同運(yùn)輸(cotransport)：由Na+-K+泵(或H+泵) 與載體蛋白 協(xié)同作用，間接消耗ATP完成的主動運(yùn)輸方式此種跨膜運(yùn)輸?shù)?直接動力 來自膜兩側(cè)的離子電化學(xué)梯度，這種梯度是Na+-K+泵等消耗ATP維持的若溶質(zhì)運(yùn)輸方向與Na+順電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)移方向相同，為同向運(yùn)輸；反之為對向運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)輸由特異載體蛋白完成，參與葡萄糖同向運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白為“Na+/葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白”在質(zhì)膜外表面結(jié)合2個Na+和1分子葡萄糖，當(dāng)Na+順濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞，葡萄糖利用Na+電化學(xué)濃度差的勢能，與相伴進(jìn)入細(xì)胞；載體蛋白構(gòu)象變化，失去對葡萄糖的親和

28、力，與之分離，并恢復(fù)構(gòu)象進(jìn)入細(xì)胞的Na+被 Na+-K+泵 泵出細(xì)胞外，以保持的跨膜濃度梯度小腸上皮、腎細(xì)胞等 在質(zhì)膜上均含大量 順Na+跨膜濃度梯度 驅(qū)動的 同向運(yùn)輸 載體蛋白，每種載體蛋白 專一地 轉(zhuǎn)入細(xì)胞 某一種糖 或 氨基酸葡萄糖一旦進(jìn)入小腸細(xì)胞，再以 易化擴(kuò)散 方式 進(jìn)入血流小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸脊椎動物都有Na+驅(qū)動的 對向運(yùn)輸載體，如 Na+-H+交換載體，此載體 藕聯(lián)Na+ 順濃度梯度流進(jìn) 與H+泵出，從而清除細(xì)胞代謝過程產(chǎn)生的過多H+，胞內(nèi)pH上升Na+-H+交換載體 的激活和引起pH升高 對啟動 細(xì)胞增殖 很重要許多真核細(xì)胞 有陰離子載體，稱“Cl-HCO3-交換器”，在調(diào)節(jié)

29、細(xì)胞內(nèi)pH方面 起重要作用，泵出HCO3-，胞內(nèi)pH下降以上兩種交換載體，在pH升高或降低時 激活或失活，調(diào)節(jié)胞內(nèi)pH主動運(yùn)輸 特點：逆濃度或電化學(xué)梯度 跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)消耗能量，直接水解ATP或離子電化學(xué)梯度提供能量膜上特異性載體蛋白介導(dǎo)，載體特異結(jié)合轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)，載體構(gòu)象可變小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸大分子物質(zhì) 不能通過 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白 進(jìn)入細(xì)胞，由膜包圍形成膜泡，然后通過膜泡形成和融合來完成轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞攝入大分子或顆粒物質(zhì)的過程，稱 胞吞作用(endocytosis)細(xì)胞排出大分子或顆粒物質(zhì)的過程，稱 胞吐作用(exocytosis)胞吞胞吐 涉及膜泡的 融合與斷裂，需要消耗能量，屬于 主動運(yùn)

30、輸以上膜泡運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)量較大，也稱 批量運(yùn)輸；膜泡運(yùn)輸 也發(fā)生于胞內(nèi)各種 膜性細(xì)胞器 胞吞作用 吞噬作用 phagocytosis免疫系統(tǒng)的 中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞 在攝取大固體顆?；蚍肿訌?fù)合物時 進(jìn)行細(xì)胞膜凹陷或形成偽足，將大顆粒包裹 攝入細(xì)胞，形成膜泡“吞噬體”這些免疫細(xì)胞 通過此方式 吞噬入侵微生物、清除損傷和死亡細(xì)胞大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 胞飲作用pinocytosis細(xì)胞非特異 攝取細(xì)胞外液滴 的過程；胞飲 發(fā)生在質(zhì)膜 的特殊區(qū)域，質(zhì)膜內(nèi)陷 形成小窩，包圍液體物質(zhì)，形成“胞飲體”，直徑小于150nm胞飲作用 分為兩種類型：液相內(nèi)吞：非特異 固有內(nèi)吞作用，攝入細(xì)胞外液及可溶性物

31、質(zhì)；吸附內(nèi)吞：細(xì)胞外大分子/小顆粒物質(zhì) 以某種方式 吸附在細(xì)胞表面，具有一定特異性在能形成偽足 或具有高度可活動膜 細(xì)胞中多見，如 巨噬細(xì)胞、白細(xì)胞、毛細(xì)血管細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞、小腸上皮細(xì)胞 等 受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用receptor mediated endocytosis細(xì)胞通過受體的介導(dǎo) 攝取細(xì)胞外 專一性蛋白質(zhì) 或其它化合物的過程是細(xì)胞 選擇性 高效性 攝取細(xì)胞外大分子物質(zhì)的方式，可特異性攝入胞外含量很低的成分，比胞飲作用 內(nèi)化效率 高1000多倍大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 1.有被小窩和有被小泡的形成細(xì)胞膜上同類受體蛋白，往往集中在膜的特定區(qū)域，稱“有被小窩”各種有被小窩 約占質(zhì)膜表面

32、積2%，此處質(zhì)膜向內(nèi)凹陷，直徑50100 nm，此處質(zhì)膜內(nèi)表面 覆蓋 網(wǎng)格蛋白和銜接蛋白網(wǎng)格蛋白，又稱“籠蛋白”，由3條重鏈和3條輕鏈組成；3個重鏈輕鏈的二聚體，形成 三腿蛋白復(fù)合物三腿蛋白復(fù)合物 具有自我裝配能力，自動形成 籃網(wǎng)結(jié)構(gòu)網(wǎng)格蛋白作用：捕獲膜上 受體 使之匯聚 有被小窩； 牽拉質(zhì)膜向內(nèi)凹陷 形成 有被小泡大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸銜接蛋白 參與有被小泡組成，處于 網(wǎng)格蛋白 與 配體-受體復(fù)合物 間不同類型的銜接蛋白 結(jié)合不同類型受體，使細(xì)胞捕獲不同配體網(wǎng)格由6邊形轉(zhuǎn)變成5邊形，牽動質(zhì)膜凹陷，此時 發(fā)動蛋白(dynamin) GTP結(jié)合蛋白，自動組裝成一個 螺旋狀領(lǐng)圈結(jié)構(gòu)，水解GTP

33、，構(gòu)象改變，將有被小泡 從質(zhì)膜上 切離下來；之后，包被很快被脫去；小泡與 內(nèi)體 融合，低pH使 受體、配體分離大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 2.受體介導(dǎo)的LDL內(nèi)吞作用膽固醇是構(gòu)成膜的成分，也是類固醇激素的前體；動物細(xì)胞通過 受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用 攝入所需 大部分膽固醇膽固醇 在肝臟 合成并包裝成 低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)，在血液中運(yùn)輸LDL球狀，分子量3106，直徑22nm；中心是1500個酯化的膽固醇分子，外面包圍800個磷脂分子和500個游離膽固醇分子載脂蛋白ApoB100 是細(xì)胞膜上LDL受體 的配體， 組裝LDL成

34、顆粒大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸LDL與 有被小窩處的LDL受體 結(jié)合，進(jìn)入細(xì)胞，脫被后 與內(nèi)體融合，內(nèi)體的酸性環(huán)境 使LDL與受體解離，LDL被酶分解，釋放游離膽固醇；載脂蛋白被水解為氨基酸當(dāng)細(xì)胞需要利用膽固醇時，制造LDL受體，攝入膽固醇；當(dāng)細(xì)胞內(nèi)游離膽固醇過多，停止合成LDL受體大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸動物細(xì)胞的許多重要物質(zhì)的攝取 都依賴 受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用，如 50種以上的不同 蛋白質(zhì)、激素、生長因子、淋巴因子、鐵、維生素等流感病毒和HIV病毒 通過此途徑 感染細(xì)胞；肝細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)IgA 也通過這種方式大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 胞吐作用與胞吞作用相反，細(xì)胞內(nèi)合成

35、的物質(zhì) 通過囊泡 轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞膜，與質(zhì)膜 融合后，排出細(xì)胞外的過程；分為兩種形式： 1.結(jié)構(gòu)性分泌途徑constitutive pathway of secretion分泌蛋白在 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 合成后，轉(zhuǎn)運(yùn)到 高爾基體 進(jìn)行修飾、濃縮、分選，裝入 分泌囊泡，被轉(zhuǎn)運(yùn)到 細(xì)胞膜，與膜融合，外排蛋白分泌蛋白：質(zhì)膜外周蛋白、細(xì)胞外基質(zhì)組分、營養(yǎng)成分、信號分子 等 2.調(diào)節(jié)性分泌途徑regulated pathway of secretion分泌蛋白合成后，包裹于分泌囊泡，儲存于胞質(zhì)中，受到細(xì)胞外信號刺激，引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度瞬時升高，才啟動 胞吐作用此種分泌途徑 只存在于 特化細(xì)胞，如分泌激素、酶、神經(jīng)

36、遞質(zhì)的細(xì)胞大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 細(xì)胞表面(cell surface)：包圍在細(xì)胞質(zhì)外層的 一個結(jié)構(gòu)復(fù)合體系和 多功能體系細(xì)胞表面 是細(xì)胞與外界 相互作用、產(chǎn)生各種復(fù)雜功能的部位，以質(zhì)膜為主體，包括 細(xì)胞外被 和 胞質(zhì)溶膠 細(xì)胞外被和胞質(zhì)溶膠細(xì)胞外被cell coat：細(xì)胞外表面 富含糖類的周緣區(qū)細(xì)胞外被 的糖類：低聚糖側(cè)鏈 跟蛋白、脂類相連；也包括 分泌出來 吸附(細(xì)胞外基質(zhì)成分)在 細(xì)胞表面的 糖蛋白與蛋白聚糖的多糖側(cè)鏈細(xì)胞外被 功能：保護(hù)、細(xì)胞識別、物質(zhì)運(yùn)輸、接觸抑制、形態(tài)形成、分化過程、免疫識別、癌變等胞質(zhì)溶膠：質(zhì)膜下0.10.2m 較黏滯 液態(tài)物質(zhì)，含高

37、濃度 蛋白質(zhì)，分布微絲 微管，缺少其它細(xì)胞器細(xì)胞表面及其特化結(jié)構(gòu)細(xì)胞表面及其特化結(jié)構(gòu) 細(xì)胞表面的特化結(jié)構(gòu) 1.微絨毛microvillus細(xì)胞膜與細(xì)胞質(zhì) 共同突向腔面的 細(xì)小指狀突起，直徑0.1m，長約0.21.0m微絨毛表面 是質(zhì)膜和糖被，內(nèi)部是細(xì)胞質(zhì)的延伸，中心有許多縱行排列的微絲，直達(dá)微絨毛頂端主要分布：腸粘膜上皮 吸收細(xì)胞、腎近曲小管 上皮細(xì)胞游離面 小腸微絨毛表面 含有 磷脂酶、雙糖酶、氨基肽酶，有助于食物分解吸收吞噬細(xì)胞 微絨毛 是運(yùn)動工具，參與搜索抗原、毒素，協(xié)助攝取異物細(xì)胞表面及其特化結(jié)構(gòu) 2.纖毛與鞭毛纖毛cillia和鞭毛flagella 是細(xì)胞表面 向外伸出 的細(xì)長突起，比微絨毛粗、長，能擺動纖毛 510m，數(shù)目多； 鞭毛 約150m，一至數(shù)條細(xì)胞膜包裹的大量縱行排列的微管，是特化 運(yùn)動結(jié)構(gòu) 哺乳類分布：精子、呼吸道上皮、雌性生殖道上皮、室管膜細(xì)胞等 3.褶皺褶皺ruffle 是細(xì)胞表面 臨時性 扁狀突起，厚約0.1m，高幾微米主要出現(xiàn)在 活動細(xì)胞(免疫細(xì)胞)邊緣，是細(xì)胞膜下 肌動蛋白聚合 結(jié)果， 產(chǎn)生 趨化運(yùn)動和 吞噬作用 細(xì)胞表面及其特化結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜異常與疾病 載體蛋白異常與疾病 1.胱氨酸尿癥 遺傳性 膜轉(zhuǎn)運(yùn)異常 疾病，腎小管上皮