物質(zhì)轉(zhuǎn)運與信號轉(zhuǎn)導ppt課件

1、 第二章第二章 細胞的基本功能細胞的基本功能第一節(jié)：細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能第一節(jié)：細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能第二節(jié)：細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導功能第二節(jié)：細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導功能第三節(jié)：細胞的生物電現(xiàn)象與興奮性第三節(jié)：細胞的生物電現(xiàn)象與興奮性第四節(jié)：骨骼肌的收縮功能第四節(jié)：骨骼肌的收縮功能學習內(nèi)容學習內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié) 細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能被動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運出胞和入胞出胞和入胞細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能細胞膜細胞膜（plasma membrane）液態(tài)鑲嵌模型液態(tài)鑲嵌模型（fluid mosaic model)以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌層為基

2、架，其中鑲嵌著不同生理功能的蛋著不同生理功能的蛋白質(zhì)白質(zhì)膜中的蛋白質(zhì)具有不同的分子構(gòu)象或構(gòu)型，決定了膜中的蛋白質(zhì)具有不同的分子構(gòu)象或構(gòu)型，決定了它們具有不同的功能。它們具有不同的功能。 （細胞和周圍環(huán)境間的物質(zhì)、能量和信息交換與（細胞和周圍環(huán)境間的物質(zhì)、能量和信息交換與膜上蛋白質(zhì)分子的特性有關(guān)）膜上蛋白質(zhì)分子的特性有關(guān)）糖：糖： 細胞膜含糖類較少，主要是一些寡糖和多糖以共價鍵的形式細胞膜含糖類較少，主要是一些寡糖和多糖以共價鍵的形式和膜內(nèi)脂質(zhì)或蛋白質(zhì)結(jié)合，形成糖脂或糖蛋白）和膜內(nèi)脂質(zhì)或蛋白質(zhì)結(jié)合，形成糖脂或糖蛋白） 糖脂和糖蛋白分子上的糖鏈多裸露于膜的外表面，可作為細胞糖脂和糖蛋白分子上的糖鏈

3、多裸露于膜的外表面，可作為細胞的的“標志標志” 如：如： 有些可作為抗原決定簇，表示某種免疫信息有些可作為抗原決定簇，表示某種免疫信息 有些作為膜受體的有些作為膜受體的“可識別部分，可以特異地與某種可識別部分，可以特異地與某種激素、遞質(zhì)或其它化學信號分子結(jié)合激素、遞質(zhì)或其它化學信號分子結(jié)合 決定某物質(zhì)通過決定某物質(zhì)通過( (以脂質(zhì)雙層為基架的以脂質(zhì)雙層為基架的) )細胞膜的難易程度細胞膜的難易程度( (通透性通透性) )的主要因素：的主要因素： 1.1.是否脂溶性以及脂溶性的大小是否脂溶性以及脂溶性的大小; ; 2. 2.分子的大小分子的大小; ; 3. 3.分子的帶電狀態(tài)分子的帶電狀態(tài); ;

4、 4. 4.其他因素其他因素: : 如有無膜蛋白幫助如有無膜蛋白幫助. .物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運一、被動轉(zhuǎn)運(passive transport)（一單純擴散（一單純擴散 （simple diffusion）脂溶性物質(zhì)從高濃度向低濃度區(qū)域的跨膜脂溶性物質(zhì)從高濃度向低濃度區(qū)域的跨膜轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運特點特點不需蛋白質(zhì)不需蛋白質(zhì)濃度梯度，不需能量濃度梯度，不需能量結(jié)果是兩側(cè)物質(zhì)平衡結(jié)果是兩側(cè)物質(zhì)平衡適用于適用于O2, CO2，甾體類激素，甾體類激素水分子的滲透水分子的滲透osmosis）（二易化擴散（二易化擴散(facilitated diffusion)物質(zhì)在特殊蛋白質(zhì)分子的物質(zhì)在特殊蛋白質(zhì)分子的“

5、協(xié)助下，由協(xié)助下，由膜的高濃度向低濃度區(qū)域的跨膜轉(zhuǎn)運膜的高濃度向低濃度區(qū)域的跨膜轉(zhuǎn)運 經(jīng)載體的易化擴散經(jīng)載體的易化擴散facilitated diffusion via carrier）經(jīng)通道的易化擴散經(jīng)通道的易化擴散facilitated diffusion via channel）一、被動轉(zhuǎn)運(passive transport)1.由載體由載體(carrier)介導的易化擴散介導的易化擴散 飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象(saturation) 立體構(gòu)象特異性立體構(gòu)象特異性(stereodpecificity) 競爭性抑制競爭性抑制(competitive inhibition)通道對離子的選擇性通道

6、對離子的選擇性通道的門控特性通道的門控特性電壓門控通道電壓門控通道化學門控通道化學門控通道機械門控通道機械門控通道速度極快速度極快;(;(可達每秒可達每秒106-108106-108個離子個離子) )阻斷藥：河豚毒阻斷藥：河豚毒 Na+Na+通道，通道， 四乙基銨四乙基銨K+K+通道，通道，異搏定異搏定Ca2+Ca2+通道通道l2. 由通道由通道ion channel介導的易化擴散介導的易化擴散細胞膜經(jīng)通道易化擴散的生理意義細胞膜經(jīng)通道易化擴散的生理意義: :跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運( (如水、離子如水、離子););參與細胞生物電的產(chǎn)生參與細胞生物電的產(chǎn)生; ;參與跨膜信號轉(zhuǎn)導。參與跨膜信號轉(zhuǎn)

7、導。 Na+-K+依賴式依賴式ATP酶的蛋白質(zhì)。酶的蛋白質(zhì)。 每分解一個每分解一個ATP分子，分子，可以使可以使3個個Na+移出移出膜外，同時有膜外，同時有2個個K+移入膜內(nèi)移入膜內(nèi)細胞通過本身的某種耗能過程，將物質(zhì)由膜的低細胞通過本身的某種耗能過程，將物質(zhì)由膜的低濃度一側(cè)移向高濃度一側(cè)的過程濃度一側(cè)移向高濃度一側(cè)的過程(一一)原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(primary active transport)鈉鈉-鉀泵鉀泵(sodium-potassium pump )二、主動轉(zhuǎn)運(active transport)鈉鈉-鉀泵鉀泵(sodium-potassium pump) 鈉泵活動的意義：鈉

8、泵活動的意義： Na+、K+等離子在膜兩側(cè)的不均衡等離子在膜兩側(cè)的不均衡分布分布 胞內(nèi)高鉀，為代謝提供必需條件胞內(nèi)高鉀，為代謝提供必需條件 胞內(nèi)低鈉低氯，維持胞質(zhì)滲透壓和胞內(nèi)低鈉低氯，維持胞質(zhì)滲透壓和細胞容積的穩(wěn)定細胞容積的穩(wěn)定 建立了勢能貯備建立了勢能貯備 神經(jīng)、肌肉等組織產(chǎn)生生物電信號神經(jīng)、肌肉等組織產(chǎn)生生物電信號的基礎(chǔ)的基礎(chǔ) 一些其他物質(zhì)分子跨膜轉(zhuǎn)運的能量一些其他物質(zhì)分子跨膜轉(zhuǎn)運的能量來源來源 還有鈣泵還有鈣泵(Ca2+-Mg2+依賴式依賴式ATP酶酶) H+泵泵(H+-K+依賴式依賴式ATP酶酶) 碘泵等碘泵等(二二)繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(secondary active tr

9、ansport) 如:小腸上皮細胞吸收葡萄糖，腎小管上皮重吸收葡萄糖和氨基酸；甲狀腺攝取 I依靠依靠Na泵建立的勢能儲備，逆濃度差轉(zhuǎn)運某些物質(zhì)泵建立的勢能儲備，逆濃度差轉(zhuǎn)運某些物質(zhì) 的過程，不直接消耗能量，間接地來自的過程，不直接消耗能量，間接地來自ATP 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運簡稱聯(lián)合轉(zhuǎn)運(cotransport) 出胞 (exocytosis)常見于遞質(zhì)的釋放和腺體的分泌入胞 (endocytosis)吞噬：巨噬細胞和中性粒細胞吞飲：小腸上皮細胞和腎小管上皮細胞等受體介導式入胞：運鐵蛋白，低密度脂蛋白 大分子物質(zhì)或固態(tài)、液態(tài)的物質(zhì)團塊，出入細胞的過程大分子物質(zhì)或固態(tài)、液態(tài)的物質(zhì)團塊，出入細胞的過程

10、 三入胞和出胞(endocytosis and exocytosis)受體介導式入胞受體介導式入胞 轉(zhuǎn)運方式轉(zhuǎn)運方式 轉(zhuǎn)運物質(zhì)轉(zhuǎn)運物質(zhì) 順逆差順逆差 細胞是否細胞是否耗能耗能 單純擴散單純擴散 脂小分子脂小分子,水水 順差順差 不不 經(jīng)載體易化擴散經(jīng)載體易化擴散 水溶性分子水溶性分子 順差順差 不不 經(jīng)通道易化擴散經(jīng)通道易化擴散 帶電離子帶電離子 順差順差 不不 原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 離子離子 逆差逆差 耗能耗能 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 葡萄糖等葡萄糖等 逆差逆差 靠他物靠他物勢能差勢能差 出胞與入胞出胞與入胞 大分子物質(zhì)大分子物質(zhì) 無關(guān)無關(guān) 細胞主動細胞主動活動活動 被被 動動

11、 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 運運 膜膜 蛋蛋 白白 介介 導導第二節(jié)第二節(jié) 細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(transmembrane signal transduction) (transmembrane signal transduction) 跨膜信號轉(zhuǎn)導的概念的提出跨膜信號轉(zhuǎn)導的概念的提出不同形式化學信號激素、遞質(zhì)、細胞因子作不同形式化學信號激素、遞質(zhì)、細胞因子作用于細胞時，通常并不進入細胞或直接影響細用于細胞時，通常并不進入細胞或直接影響細胞內(nèi)過程，而是作用于細胞膜表面，通過引起胞內(nèi)過程，而是作用于細胞膜表面，通過引起膜結(jié)構(gòu)中一種或數(shù)種特殊蛋白質(zhì)分子的變構(gòu)作膜結(jié)構(gòu)中一種或數(shù)種特殊蛋白質(zhì)分子的變構(gòu)作

12、用，將外界環(huán)境變化的信息以新的信號形式傳用，將外界環(huán)境變化的信息以新的信號形式傳遞到膜內(nèi)，再引發(fā)靶細胞功能改變，包括細胞遞到膜內(nèi)，再引發(fā)靶細胞功能改變，包括細胞出現(xiàn)電反應(yīng)或其他功能改變。出現(xiàn)電反應(yīng)或其他功能改變。 受體受體-G蛋白蛋白-膜的效應(yīng)器酶介導的膜的效應(yīng)器酶介導的跨膜信號轉(zhuǎn)導跨膜信號轉(zhuǎn)導 受體：受體：G-蛋白耦聯(lián)受體蛋白耦聯(lián)受體 G蛋白蛋白(鳥苷酸結(jié)合蛋白鳥苷酸結(jié)合蛋白) G蛋白的效應(yīng)器分子蛋白的效應(yīng)器分子 酶酶 (如：腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶如：腺苷酸環(huán)化酶、磷脂酶C） 離子通道離子通道 第二信使第二信使 （如：環(huán)磷腺苷（如：環(huán)磷腺苷(cAMP)、三磷酸、三磷酸肌醇肌醇(IP3)、二酰甘

13、油、二酰甘油(DG)v最典型的例子是最典型的例子是1962年年Krebs等人對等人對cAMP調(diào)調(diào)節(jié)糖原合成和糖原分解酶系的研究節(jié)糖原合成和糖原分解酶系的研究v腎上腺素激活腎上腺素激活-腎上腺素受體，通過腎上腺素受體，通過G蛋白激蛋白激活腺苷酸環(huán)化酶，使細胞內(nèi)活腺苷酸環(huán)化酶，使細胞內(nèi)cAMP濃度升高濃度升高v cAMP與與APK的調(diào)節(jié)亞單位結(jié)合，釋放出被激的調(diào)節(jié)亞單位結(jié)合，釋放出被激活的活的APK催化亞單位，導致下列反應(yīng)調(diào)節(jié)糖原催化亞單位，導致下列反應(yīng)調(diào)節(jié)糖原生成作用。生成作用。未激活的未激活的PKA 激活的激活的PKA未激活的磷酸酶激酶未激活的磷酸酶激酶 激活的磷酸酶激酶激活的磷酸酶激酶未激活

14、的糖原磷酸化酶未激活的糖原磷酸化酶 激活的糖原磷酸化酶激活的糖原磷酸化酶糖原糖原 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖cAMP 受體受體(receptor)：能與：能與外來化學信號作特異性外來化學信號作特異性結(jié)合的受體蛋白質(zhì)結(jié)合的受體蛋白質(zhì) 這里它們不是一個獨立這里它們不是一個獨立的蛋白質(zhì)分子，稱為通的蛋白質(zhì)分子，稱為通道型受體道型受體通道介導的跨膜信號轉(zhuǎn)導通道介導的跨膜信號轉(zhuǎn)導 化學門控通道化學門控通道 ：肌細胞終板膜、神經(jīng)細胞的突觸：肌細胞終板膜、神經(jīng)細胞的突觸 后膜后膜 電壓門控通道：電壓門控通道： 神經(jīng)軸突和骨骼肌、心肌細胞神經(jīng)軸突和骨骼肌、心肌細胞 機械門控通道機械門控通道 ：機械感受器細胞：機

15、械感受器細胞P10P10圖圖2-1 2-1 鈉通道鈉通道亞單位的分子結(jié)構(gòu)示意圖亞單位的分子結(jié)構(gòu)示意圖由酪氨酸激酶受體完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導由酪氨酸激酶受體完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導 受體的膜外側(cè)肽段同相受體的膜外側(cè)肽段同相應(yīng)的化學信號結(jié)合時，應(yīng)的化學信號結(jié)合時，直接激活受體的膜內(nèi)側(cè)直接激活受體的膜內(nèi)側(cè)肽段的蛋白激酶活性，肽段的蛋白激酶活性，引發(fā)蛋白質(zhì)底物中的酪引發(fā)蛋白質(zhì)底物中的酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化氨酸殘基發(fā)生磷酸化 沒有沒有G蛋白的參與，沒蛋白的參與，沒有第二信使的產(chǎn)生有第二信使的產(chǎn)生 三、由酶偶聯(lián)受體介導的跨膜信號轉(zhuǎn)導三、由酶偶聯(lián)受體介導的跨膜信號轉(zhuǎn)導酪氨酸激酶受體酪氨酸激酶受體 肽類激素和有關(guān)細胞因子肽類激素和有關(guān)細胞因子 酪氨酸激酶受體酪氨酸激酶受體(胰島素、神經(jīng)生長因子胰島素、神經(jīng)生長因子)胞漿內(nèi)側(cè)肽鏈的蛋白激酶活性胞漿內(nèi)側(cè)肽鏈的蛋白激酶活性酪氨酸殘基磷酸化酪氨酸殘基磷酸化生理效應(yīng)生理效應(yīng) 直接激活直接激活鳥苷酸環(huán)化酶受體鳥苷酸環(huán)化酶受體 鳥苷酸環(huán)化酶受體鳥苷酸環(huán)化酶受體 胞內(nèi)的胞內(nèi)的GTP環(huán)化，生成環(huán)化，生成 cGMP蛋白激酶蛋白激酶G生理效