生命的細胞基礎(chǔ)課件

第二章生命的細胞基礎(chǔ)第二章生命的細胞基礎(chǔ)1第一節(jié)細胞的基本概念

第一節(jié)細胞的基本概念

2一、細胞的大小、形態(tài)和數(shù)量生命的基本單位——細胞細胞大小人類卵細胞100m人類肝細胞18～20m人類小淋巴細胞4～5m鴕鳥卵細胞12cm支原體0.1m人和動物的細胞直徑一般在10～100m之間。人體內(nèi)最大的細胞是卵細胞，直徑約100m，最小的細胞直徑只有4～5m。一、細胞的大小、形態(tài)和數(shù)量生命的基本單位——細胞細3一、細胞的大小、形態(tài)和數(shù)量生命的基本單位——細胞細胞的形態(tài)多種多樣，大小也不一致，這是與細胞功能相適應(yīng)的。凡是游離的細胞大多數(shù)呈球形或橢圓形。一、細胞的大小、形態(tài)和數(shù)量生命的基本單位——細胞4二、細胞的基本結(jié)構(gòu)光鏡下結(jié)構(gòu)細胞膜細胞質(zhì)細胞核電鏡下結(jié)構(gòu)膜相結(jié)構(gòu)非膜相結(jié)構(gòu)細胞膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基復(fù)合體線粒體溶酶體過氧化氫體核膜核糖體中心粒微管微絲中等纖維細胞質(zhì)基質(zhì)核仁染色質(zhì)核基質(zhì)二、細胞的基本結(jié)構(gòu)光鏡下結(jié)構(gòu)細胞膜細胞質(zhì)細胞核電鏡下結(jié)構(gòu)膜相5細胞膜細胞質(zhì)由膜相結(jié)構(gòu)組成的細胞器的膜與質(zhì)膜在化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)和功能活動方面具有很多共性，因而把質(zhì)膜和細胞內(nèi)膜系統(tǒng)總稱為生物膜。(biomembrane)。電子顯微鏡下，生物膜呈“兩暗一明”的鐵軌樣形態(tài)，又被稱為單位膜(unitmembrane)。細胞膜細胞質(zhì)由膜相結(jié)構(gòu)組成的細胞器的膜與質(zhì)膜在化學(xué)組成、分子6第二章生命的細胞基礎(chǔ)課件7過氧化物酶體線粒體核膜以及各種小泡細胞膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基復(fù)合體溶酶體膜相結(jié)構(gòu)過氧化物酶體細胞膜膜相結(jié)構(gòu)8非膜相結(jié)構(gòu)染色體核糖體染色質(zhì)中間纖維中心粒微絲，微管非膜相結(jié)構(gòu)染色體核糖體染色質(zhì)中間纖維中心粒微絲，微管9生命的基本單位——細胞三、原核細胞與真核細胞原核細胞生命的基本單位——細胞三、原核細胞與真核細胞原核細胞10生命的基本單位——細胞三、原核細胞與真核細胞真核細胞生命的基本單位——細胞三、原核細胞與真核細胞真核細胞11原核細胞與真核細胞的主要區(qū)別特征原核細胞真核細胞細胞大小較小，1～10m較大，10～100m細胞壁肽聚糖纖維素（植物細胞）細胞質(zhì)僅有核糖體，無胞質(zhì)環(huán)流各種細胞器，存在胞質(zhì)環(huán)流核糖體70S（50S＋30S）80S（60S＋40S）細胞骨架無有內(nèi)膜系統(tǒng)無有細胞核擬核（無核膜、核仁）有核膜、核仁染色體單組多組細胞分裂無絲分裂有絲分裂、減數(shù)分裂生命的基本單位——細胞原核細胞與真核細胞的主要區(qū)別特征原核細胞真核細胞細胞大小12第二節(jié)細胞膜及其表面第二節(jié)細胞膜及其表面13構(gòu)成細胞的三大要素細胞膜（質(zhì)膜）一套遺傳信息一套完整的代謝系統(tǒng)細胞構(gòu)成細胞的三大要素細胞膜（質(zhì)膜）一套遺傳信息一套完整的代謝系14一細胞膜的化學(xué)組成成分含量脂類30%-60%蛋白質(zhì)20%-70%糖類2%-10%其他水，無機鹽，金屬離子等一細胞膜的化學(xué)組成成分含量脂類30%-60%蛋白質(zhì)20%-15

（一）膜脂(membranelipid)

是細胞膜的基本組成成分，構(gòu)成細胞膜的基本骨架。

主要有三種類型：磷脂（phospholipid）

膽固醇（cholesterol）

糖脂（glycolipid）

（一）膜脂(membranelipid)主要有三16第二章生命的細胞基礎(chǔ)課件17

磷脂酰膽堿(卵磷脂)磷脂酰絲氨酸磷脂酰乙醇胺（腦磷脂)

1.磷脂磷脂分子：均含有極性基團、磷酸基團和非極性基團，形成親水頭部和疏水尾部，稱為雙親分子。甘油磷酸脂鞘磷脂磷脂酰肌醇磷脂酰膽堿(卵磷脂)1.磷脂甘油磷酸18CH3POCH2CH2NCH—CH—CH2OOCOOCOO脂肪酸脂肪酸CH3CH3磷脂酰膽堿（卵磷脂）OCH—CH—CH2OC磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）POCH2CH2NH2OOCOOO脂肪酸脂肪酸OPOCH2H—C—COOHNH2OCOCH—CH—CH2OOCOO脂肪酸脂肪酸磷脂酰絲氨酸OCH3POCH2CH2NCH—CH—CH2OOCOOCOO19脂肪酸脂肪酸脂肪酸磷酸甘油酯極性頭部基團（親水）非極性尾部基團（疏水）CH—CH—CH2OOP—OOOON︳COCO甘油磷酸磷酸化醇“雙型性分子”脂脂肪酸脂肪酸磷酸甘油酯極性頭部基團（親水）非極性尾20

2.膽固醇

羥基為極性頭部，非極性的類固醇環(huán)和一個非極性的碳氫尾部。穩(wěn)定膜和調(diào)節(jié)膜的流動性

2.膽固醇

羥基為極性頭部，非極性的類固醇213.糖脂

所有細胞中，糖脂均位于質(zhì)膜非胞質(zhì)面，糖基暴露于細胞表面，其作用可能作為某些大分子的受體，參與細胞識別及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

3.糖脂

所有細胞中，糖脂均位于質(zhì)膜非胞質(zhì)面，糖基22

（二）膜蛋白

根據(jù)膜蛋白與脂雙層結(jié)合的不同方式，膜蛋白可分為兩種基本類型：

整合蛋白(integralprotein)

周邊蛋白(peripheralprotein)

（二）膜蛋白

根據(jù)膜蛋白與脂雙層結(jié)合的不同方式23

24

（三）膜糖類

在真核細胞中占細胞膜重量的2%～10%。它們大多是與蛋白質(zhì)或脂類分子以共價鍵結(jié)合形成糖蛋白或糖脂的形式，在細胞表面形成細胞外衣。（三）膜糖類

在真核細胞中占細胞25細胞內(nèi)膜糖類糖類+膜脂共價鍵糖脂糖類+膜蛋白糖蛋白共價鍵脂雙層膜蛋白細胞衣細胞內(nèi)膜糖類糖類+膜脂共價鍵糖脂糖類+膜蛋白糖蛋白共價26二、細胞膜的結(jié)構(gòu)模型細胞膜研究簡史：1925年，Gorter和Grendel提出紅細胞膜由雙層磷脂分子組成。1935年，Danielli和Davson提出“片層結(jié)構(gòu)模型”。1959年，Robertson提出“單位膜模型”。

1972年，Singer和Nicolson提出“流動鑲嵌模型”。

1975年，D.F.Wallach提出“晶格鑲嵌模型”。

1977年，JainMK和WhiteHB提出“板塊鑲嵌模型”。

1988年，Simon提出“脂筏模型”。二、細胞膜的結(jié)構(gòu)模型細胞膜研究簡史：27（一）片層結(jié)構(gòu)模型(lamellastructuremodel)

細胞膜是由兩層磷脂分子構(gòu)成，內(nèi)外側(cè)表面還覆蓋著一層球形蛋白質(zhì)分子，形成蛋白質(zhì)-磷脂一蛋白質(zhì)三層夾板式結(jié)構(gòu)。（一）片層結(jié)構(gòu)模型(lamellastructurem28（二）單位膜模型（unitmembranemodel）

細胞膜都呈現(xiàn)清晰的兩暗夾一明的三層結(jié)構(gòu)。（二）單位膜模型（unitmembranemodel）29

（三）流動鑲嵌模型（fluidmosaicmode）

流動的脂類雙分子層構(gòu)成了細胞膜的連續(xù)主體，蛋白質(zhì)分子無規(guī)則地分散在脂類的海洋中。強調(diào)了膜的流動性及不對稱性，較好解釋了生物膜的功能特點。（三）流動鑲嵌模型（fluidmosaic30

（四）脂筏模型（lipidraftmodel）

生物膜上膽固醇和鞘磷脂富集而形成有序脂相，如同脂筏一樣載著各種蛋白，是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)。

（四）脂筏模型（lipidraftmodel）31第二章生命的細胞基礎(chǔ)課件32三、細胞膜的特性

膜的不對稱性膜的流動性生物膜具有兩個明顯的特性三、細胞膜的特性

膜的不對稱性膜的流動性生物膜具有兩個明顯33

（一）細胞膜的不對稱性

1.膜脂分布的不對稱性

2.膜蛋白分布的不對稱性（一）細胞膜的不對稱性

1.膜脂分布34脂質(zhì)雙分子層中，各層所含的磷脂種類有明顯不同。細胞膜非胞質(zhì)側(cè)：頭部含有膽堿的磷脂分子（磷脂酰膽堿.鞘磷脂）。胞質(zhì)側(cè)：末端含有氨基的磷脂分子（磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸）。1、膜脂的不對稱性脂質(zhì)雙分子層中，各層所含的磷脂種類有明顯不同。細胞膜非胞質(zhì)側(cè)35第一.膜蛋白分布是絕對不對稱的．各種膜蛋白在質(zhì)膜中都有一定的位置。第二.糖蛋白上的低聚糖殘基均位于膜的非胞質(zhì)側(cè)。第三.膜蛋白顆粒在內(nèi)外兩層中分布的不對稱。2、膜蛋白的不對稱性第一.膜蛋白分布是絕對不對稱的．各種膜蛋白在質(zhì)膜中都有一定的36膜糖類分布在細胞膜的外表面膜糖類分布在細胞膜的外表面37糖脂（鏈）糖蛋白整個蛋白糖細胞外液細胞質(zhì)細胞骨架收縮器外周蛋白膽固醇糖脂（鏈）糖蛋白整個蛋白糖細胞外液細胞質(zhì)細胞骨架收縮器外周蛋38(1)側(cè)向擴散運動:相鄰分子互換位置速率達107次/秒,一個脂質(zhì)分子移動距離達104nm/20秒。（2）翻轉(zhuǎn)（3）旋轉(zhuǎn)（4）伸縮和振蕩運動1．膜脂分子的運動（二）細胞膜的流動性生物膜是一種動態(tài)的結(jié)構(gòu)，具有膜脂的流動性（fluidity）和膜蛋白的運動性（mobi1ity）。(1)側(cè)向擴散運動:相鄰分子互換位置速率達107次/391970年，Edidin等人運用細胞融合技術(shù)和熒光免疫技術(shù)，證實了膜蛋白的流動性。2．膜蛋白的運動性有橫向擴散和旋轉(zhuǎn)運動兩種運動方式（1）橫向擴散（2）旋轉(zhuǎn)擴散運動1970年，Edidin等人運用細胞融合技術(shù)和熒光免疫技術(shù)，40小鼠細胞標記人膜蛋白抗體+人膜蛋白（抗原）異核細胞抗小鼠膜蛋白抗體+熒光素B抗人膜蛋白抗體+熒光素A標記小鼠膜蛋白抗體+小鼠膜蛋白（抗原）人細胞孵育（370C,40分鐘）誘導(dǎo)融合膜蛋白(抗原）小鼠細胞標記人膜蛋白抗體+人膜蛋白（抗原）異核細胞抗小鼠膜蛋41四.膜功能

(一)界膜和細胞區(qū)域化細胞區(qū)域化在細胞質(zhì)中劃分了許多以膜包被的特定功能的區(qū)室,即細胞區(qū)域化。四.膜功能(一)界膜和細胞區(qū)域化細胞區(qū)域化在細胞質(zhì)中劃分了42(二)調(diào)節(jié)運輸某些物質(zhì)可以“自由通透”某些物質(zhì)出入細胞的障礙(二)調(diào)節(jié)運輸某些物質(zhì)可以“自由通透”43第三節(jié)細胞膜與細胞內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運

同細胞膜有關(guān)的物質(zhì)運輸活動有兩種形式：

1.小分子和離子的穿膜運輸，它又分為被動運輸和主動運輸；

2.大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡運輸，它又分為胞吞作用和胞吐作用。第三節(jié)細胞膜與細胞內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運同細胞膜有關(guān)44

一、小分子物質(zhì)的穿膜運輸

（一）被動運輸（passivetransport）是指物質(zhì)順濃度梯度，由濃度高的一側(cè)通過膜運輸?shù)綕舛鹊偷囊粋?cè)的穿膜擴散，轉(zhuǎn)運的動力來自物質(zhì)的濃度梯度，不需要消耗細胞的代謝能量。被動運輸簡單擴散離子通道擴散易化擴散一、小分子物質(zhì)的穿膜運輸451.簡單擴散（simplediffusion）

一些物質(zhì)不需要膜蛋白的幫助，能順濃度梯度自由擴散，通過膜的脂雙層，如苯、醇、類固醇類激素以及O2、N2等就是通過這種方式。1.簡單擴散（simplediffusion46高濃度低濃度電化學(xué)梯度高濃度低濃度電化學(xué)梯度472.離子通道擴散（channel-mediateddiffusion）

膜轉(zhuǎn)運蛋白（transportprotein）：是指細胞膜上負責(zé)轉(zhuǎn)運不能通過單純擴散穿膜的物質(zhì)的蛋白質(zhì)。如負責(zé)轉(zhuǎn)運各種離子、葡萄糖、氨基酸及各種代謝產(chǎn)物的載體蛋白和通道蛋白。

2.離子通道擴散（channel-mediated48通道蛋白形成一種水溶性通道，當通道開放時特定的溶質(zhì)(一般是無機離子)可經(jīng)過通道穿越細胞膜。

載體蛋白與特定的溶質(zhì)結(jié)合，改變構(gòu)象使溶質(zhì)穿越細胞膜。膜轉(zhuǎn)運蛋白主要有兩類：

載體蛋白既可介導(dǎo)被動運輸(易化擴散)，也可介導(dǎo)逆電化學(xué)梯度的主動運輸；而通道蛋白只能介導(dǎo)順電化學(xué)梯度的被動運輸。載體蛋白：通道蛋白：通道蛋白形成一種水溶性通道，當通道開放時特定的溶質(zhì)(一般是無49高濃度低濃度通道蛋白通道蛋白高濃度低濃度通道蛋白通道蛋白50

閘門通道（gatedchannel）這類轉(zhuǎn)運蛋白或蛋白復(fù)合物所形成的孔道與上述的通道蛋白所形成的孔道不同，它具有“閘門”的作用。閘門不是連續(xù)開放，而是瞬時開放，在對特定的刺激發(fā)生反應(yīng)的瞬時打開，其他時間是關(guān)閉的。（1）配體閘門通道：當配體與細胞表面受體結(jié)合時，引起閘門開啟。（2）電壓閘門通道：膜電位變化（去極化）引起閘門開啟。閘門通道（gatedchannel）這類轉(zhuǎn)運51閘門通道示意圖

閘門通道示意圖52物質(zhì)順濃度梯度經(jīng)過通道蛋白擴散到細胞膜的另一側(cè)。通道蛋白配體高濃度低濃度物質(zhì)順濃度梯度經(jīng)過通道蛋白擴散到細胞膜的另一側(cè)。通道蛋白配體533.易化擴散（facilitateddiffusion）

借助于載體蛋白順濃度梯度的物質(zhì)運輸方式叫易化擴散。一些非脂溶性或親水性的物質(zhì)，如糖、氨基酸、核苷酸和金屬離子等。

轉(zhuǎn)運物質(zhì)時膜載體蛋白的構(gòu)象變化3.易化擴散（facilitateddiffusion54可運輸一些親水性物質(zhì)和無機離子等。載體蛋白高濃度低濃度可運輸一些親水性物質(zhì)和無機離子等。載體蛋白高濃度低濃度55載體擴散的特點：（1）載體蛋白具有高度的特異性。（2）通過載體易位機制轉(zhuǎn)運。（3）載體蛋白的飽和性。載體擴散的特點：（1）載體蛋白具有高度的特異性。56Km轉(zhuǎn)運分子濃度→載體介導(dǎo)的易化擴散簡單擴散轉(zhuǎn)運速率Vmax1/2Vmax

當所有的結(jié)合部位均被溶質(zhì)分子占據(jù)。這時的轉(zhuǎn)運速率達到最大值(Vmax)。而每種載體蛋白對它所結(jié)合的溶質(zhì)都有一定的結(jié)合常數(shù)(Km)，這相當于轉(zhuǎn)運率達到最大值的1／2時溶質(zhì)的濃度。

Km轉(zhuǎn)運分子濃度→載體介導(dǎo)的易化擴散簡單擴散轉(zhuǎn)運571.離子泵具有載體和酶的雙重作用，具有專一性，如鈉鉀泵、鈣泵、質(zhì)子泵等。

鈉鉀泵：具有載體和酶的活性。由大小兩個亞基組成，大亞基為跨膜的脂蛋白，是該酶的催化部分，其細胞內(nèi)端有3個Na＋和1個ATP結(jié)合部位，外端有2個K＋和1個哇巴因結(jié)合部位，通過反復(fù)磷酸化和去磷酸化進行活動。

（二）主動運輸（activetransport）指物質(zhì)從低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)的跨膜轉(zhuǎn)運，即逆濃度梯度方向的運輸，這種運輸既需要細胞膜上的載體蛋白參與，也需要消耗細胞的代謝能。（二）主動運輸（activetransport58細胞質(zhì)Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+小亞基大亞基大亞基ATPADP+Pi鉀濃度梯度[30倍]鈉濃度梯度[13倍]小亞基大亞基大亞基小亞基大亞基大亞基Pi鈉結(jié)合部位鉀結(jié)合部位Na+Na+Na+Na+K+Na++Mg+PiPiK+K+K+大亞基小亞基大亞基大亞基小亞基大亞基大亞基細胞質(zhì)Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K59細胞質(zhì)Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+小亞基大亞基大亞基ATPADP+Pi鉀濃度梯度[30倍]鈉濃度梯度[13倍]小亞基大亞基大亞基小亞基大亞基大亞基Pi鈉結(jié)合部位鉀結(jié)合部位Na+Na+Na+Na+K+Mg+PiPiK+K+K+大亞基小亞基大亞基大亞基小亞基大亞基大亞基細胞質(zhì)Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K60第二章生命的細胞基礎(chǔ)課件61

鈉鉀泵工作原理鈉鉀泵工作原理622.離子梯度驅(qū)動的主動運輸——伴隨運輸

伴隨運輸是與離子梯度相偶聯(lián)的主動運輸過程，具體地講，這種過程是由膜上的Na+-K+泵和特異性的載體蛋白共同協(xié)作完成的。根據(jù)溶質(zhì)運輸方向與離子順電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)移方向的關(guān)系，分為同向運輸與逆向運輸。2.離子梯度驅(qū)動的主動運輸——伴隨運輸伴隨運輸是63離子梯度驅(qū)動的主動運輸離子梯度驅(qū)動的主動運輸64小腸上皮細胞轉(zhuǎn)運葡萄糖入血小腸上皮細胞轉(zhuǎn)運葡萄糖入血65

上述各種“主動運輸”方式的特點是：①主動運輸為小分子物質(zhì)逆濃度或電化學(xué)梯度跨膜轉(zhuǎn)運；②需要消耗量，可直接利用水解ATP或來自離子電化學(xué)梯度提供能量；③需要膜上特異性載體介導(dǎo)，這些載體蛋白不僅具有結(jié)構(gòu)上的特異性(特異的結(jié)合位點)，而且具有結(jié)構(gòu)上的可變性(構(gòu)象變化影響親和力的改變)。上述各種“主動運輸”方式的特點是：66

二、大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡運輸

膜泡運輸（membrane-vesicletransport）：大分子和顆粒物質(zhì)在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運是由膜包圍形成小泡進行運輸。

膜泡運輸特點：①伴隨著膜的運動，主要是膜本身結(jié)構(gòu)的融合、重組和移位。②與主動運輸一樣，也需要能量的供應(yīng)。膜泡運輸又分為胞吞作用和胞吐作用。二、大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡運輸膜泡運輸（membra67

當被攝入物質(zhì)附著于細胞表面，膜表面發(fā)生內(nèi)陷，由細胞膜把環(huán)境中的大分子和顆粒物質(zhì)包圍成小泡，脫離細胞膜進入細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運過程。根據(jù)吞入物質(zhì)的狀態(tài)、大小及特異程度不同而分為吞噬作用、胞飲作用和受體介導(dǎo)的胞吞作用三種方式。

（一）胞吞作用（endocytosis）當被攝入物質(zhì)附著于細胞表面，膜表面發(fā)生內(nèi)陷，由細68

1．吞噬作用（phagocytosis）

細菌或細胞碎片等物質(zhì)吸附在細胞表面，吸附區(qū)域的細胞膜向內(nèi)凹陷形成囊泡，囊泡從膜上分離下來，進入細胞質(zhì)的過程。在原生動物中，吞噬作用是獲取營養(yǎng)物質(zhì)的重要方式；在哺乳動物中，主要是消滅異物，在機體防衛(wèi)系統(tǒng)中起重要作用。1．吞噬作用（phagocytosis）細692.胞飲作用（pinocytosis）

細胞膜內(nèi)陷，非特異性攝入溶質(zhì)和液體的過程，形成的小囊泡稱為胞飲體（pinosome）或胞飲小泡（pinocyticvesicle）。常見于巨噬細胞、白細胞、小腸上皮細胞、毛細血管內(nèi)皮細胞等。2.胞飲作用（pinocytosis）細胞膜70胞吐作用吞噬作用吞噬體phagosome胞飲作用吞飲體pinosome胞吐作用吞噬作用吞噬體phagosome胞飲作用吞飲體pin715m吞噬性白血細胞酵母細胞5m吞噬性白血細胞酵母細胞723.受體介導(dǎo)的胞吞作用（receptormediatedendocytosis）

細胞通過受體的介導(dǎo)攝取細胞外特異性蛋白質(zhì)或其他化合物的過程。為細胞提供了高效、選擇性地攝取細胞外大分子物質(zhì)的方式。具有選擇性和高效性的特點。3.受體介導(dǎo)的胞吞作用（receptormedi73細胞質(zhì)LDL顆粒LDL受體有被小窩有被小泡無被小泡胞內(nèi)體受體與大分子顆粒分開胞內(nèi)體部分胞內(nèi)體部分

初級溶酶體吞噬溶酶體受體再循環(huán)細胞質(zhì)LDL顆粒LDL受體有被小窩有被小泡無被小泡胞內(nèi)體受體74

（二）胞吐作用（exocytsis）

細胞內(nèi)合成的物質(zhì)通過膜泡轉(zhuǎn)運至細胞膜，與質(zhì)膜融合后，將物質(zhì)排出細胞外的過程。細胞分泌產(chǎn)生的激素、酶類及未消化的殘渣等物質(zhì)運出細胞的重要方式，可分為連續(xù)分泌和調(diào)節(jié)分泌兩類。（二）胞吐作用（exocytsis）75第四節(jié)細胞膜異常與疾病一、載體蛋白異常與疾病1、胱氨酸尿癥是一種遺傳性膜轉(zhuǎn)運異常疾病，是由病人腎小管上皮細胞轉(zhuǎn)運胱氨酸及二氨基氨基酸(賴氨酸、精氨酸及鳥氨酸)的載體蛋白缺陷引起的疾病。

第四節(jié)細胞膜異常與疾病一、載體蛋白異常與疾病76

病人腎小管上皮細胞的胱氨酸載體蛋白異常對腎小球濾出的原尿中四種氨基酸重吸收發(fā)生障礙，尿中四種氨基酸排出過量形成尿路結(jié)石，引起腎損傷。病人腎小管上皮細胞的胱氨酸載體蛋白異常對腎小球濾出的原尿中77二、離子通道異常與疾病囊性纖維化(cysticfibrosis，CF）是白種人中最常見的致死性常染色體隱性遺傳病。由于大量黏液阻塞全身外分泌腺所致慢性阻塞性肺疾病和胰腺功能不全，CF臨床主要表現(xiàn)為慢性咳嗽、大量黏痰及反復(fù)發(fā)作的難治性肺部感染、長期慢性腹瀉、吸收不良綜合征、生長發(fā)育遲緩等。二、離子通道異常與疾病78

CF患者的質(zhì)膜上完全缺失囊性纖維跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)子（CFTR）離子通道，導(dǎo)致細胞向外轉(zhuǎn)運C1-減少．Cl-和水將不能進入呼吸道分泌的黏液中去，分泌的黏液水化不足黏度增大，造成纖毛擺動困難，不能向外排除分泌物而易于引發(fā)細菌感染。

CF患者的質(zhì)膜上完全缺失囊性纖維跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)節(jié)子（C79三、膜受體異常與疾病1、家族性高膽固醇血癥

是一種常染色體顯性遺傳病，LDL受體缺乏或受體結(jié)構(gòu)異常，重型純合子病人常在20歲前后出現(xiàn)動脈硬化，死于冠心病。

三、膜受體異常與疾病80第二章生命的細胞基礎(chǔ)課件81第二章生命的細胞基礎(chǔ)課件822、重癥肌無力

是一種自身免疫性疾病，也是一種受體異常的疾病?；颊卟⒉蝗鄙貼型乙酰膽堿受體(N-Ach)，但是產(chǎn)生了抗N-Ach的抗體。此抗體與神經(jīng)一肌接頭處突觸后膜上的受體結(jié)合，使乙酰膽堿不能與受體結(jié)合，從而封閉了乙酰膽堿的作用，引起重癥肌無力癥。2、重癥肌無力83第二章生命的細胞基礎(chǔ)課件84第二章生命的細胞基礎(chǔ)第二章生命的細胞基礎(chǔ)85第一節(jié)細胞的基本概念

第一節(jié)細胞的基本概念

86一、細胞的大小、形態(tài)和數(shù)量生命的基本單位——細胞細胞大小人類卵細胞100m人類肝細胞18～20m人類小淋巴細胞4～5m鴕鳥卵細胞12cm支原體0.1m人和動物的細胞直徑一般在10～100m之間。人體內(nèi)最大的細胞是卵細胞，直徑約100m，最小的細胞直徑只有4～5m。一、細胞的大小、形態(tài)和數(shù)量生命的基本單位——細胞細87一、細胞的大小、形態(tài)和數(shù)量生命的基本單位——細胞細胞的形態(tài)多種多樣，大小也不一致，這是與細胞功能相適應(yīng)的。凡是游離的細胞大多數(shù)呈球形或橢圓形。一、細胞的大小、形態(tài)和數(shù)量生命的基本單位——細胞88二、細胞的基本結(jié)構(gòu)光鏡下結(jié)構(gòu)細胞膜細胞質(zhì)細胞核電鏡下結(jié)構(gòu)膜相結(jié)構(gòu)非膜相結(jié)構(gòu)細胞膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基復(fù)合體線粒體溶酶體過氧化氫體核膜核糖體中心粒微管微絲中等纖維細胞質(zhì)基質(zhì)核仁染色質(zhì)核基質(zhì)二、細胞的基本結(jié)構(gòu)光鏡下結(jié)構(gòu)細胞膜細胞質(zhì)細胞核電鏡下結(jié)構(gòu)膜相89細胞膜細胞質(zhì)由膜相結(jié)構(gòu)組成的細胞器的膜與質(zhì)膜在化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)和功能活動方面具有很多共性，因而把質(zhì)膜和細胞內(nèi)膜系統(tǒng)總稱為生物膜。(biomembrane)。電子顯微鏡下，生物膜呈“兩暗一明”的鐵軌樣形態(tài)，又被稱為單位膜(unitmembrane)。細胞膜細胞質(zhì)由膜相結(jié)構(gòu)組成的細胞器的膜與質(zhì)膜在化學(xué)組成、分子90第二章生命的細胞基礎(chǔ)課件91過氧化物酶體線粒體核膜以及各種小泡細胞膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基復(fù)合體溶酶體膜相結(jié)構(gòu)過氧化物酶體細胞膜膜相結(jié)構(gòu)92非膜相結(jié)構(gòu)染色體核糖體染色質(zhì)中間纖維中心粒微絲，微管非膜相結(jié)構(gòu)染色體核糖體染色質(zhì)中間纖維中心粒微絲，微管93生命的基本單位——細胞三、原核細胞與真核細胞原核細胞生命的基本單位——細胞三、原核細胞與真核細胞原核細胞94生命的基本單位——細胞三、原核細胞與真核細胞真核細胞生命的基本單位——細胞三、原核細胞與真核細胞真核細胞95原核細胞與真核細胞的主要區(qū)別特征原核細胞真核細胞細胞大小較小，1～10m較大，10～100m細胞壁肽聚糖纖維素（植物細胞）細胞質(zhì)僅有核糖體，無胞質(zhì)環(huán)流各種細胞器，存在胞質(zhì)環(huán)流核糖體70S（50S＋30S）80S（60S＋40S）細胞骨架無有內(nèi)膜系統(tǒng)無有細胞核擬核（無核膜、核仁）有核膜、核仁染色體單組多組細胞分裂無絲分裂有絲分裂、減數(shù)分裂生命的基本單位——細胞原核細胞與真核細胞的主要區(qū)別特征原核細胞真核細胞細胞大小96第二節(jié)細胞膜及其表面第二節(jié)細胞膜及其表面97構(gòu)成細胞的三大要素細胞膜（質(zhì)膜）一套遺傳信息一套完整的代謝系統(tǒng)細胞構(gòu)成細胞的三大要素細胞膜（質(zhì)膜）一套遺傳信息一套完整的代謝系98一細胞膜的化學(xué)組成成分含量脂類30%-60%蛋白質(zhì)20%-70%糖類2%-10%其他水，無機鹽，金屬離子等一細胞膜的化學(xué)組成成分含量脂類30%-60%蛋白質(zhì)20%-99

（一）膜脂(membranelipid)

是細胞膜的基本組成成分，構(gòu)成細胞膜的基本骨架。

主要有三種類型：磷脂（phospholipid）

膽固醇（cholesterol）

糖脂（glycolipid）

（一）膜脂(membranelipid)主要有三100第二章生命的細胞基礎(chǔ)課件101

磷脂酰膽堿(卵磷脂)磷脂酰絲氨酸磷脂酰乙醇胺（腦磷脂)

1.磷脂磷脂分子：均含有極性基團、磷酸基團和非極性基團，形成親水頭部和疏水尾部，稱為雙親分子。甘油磷酸脂鞘磷脂磷脂酰肌醇磷脂酰膽堿(卵磷脂)1.磷脂甘油磷酸102CH3POCH2CH2NCH—CH—CH2OOCOOCOO脂肪酸脂肪酸CH3CH3磷脂酰膽堿（卵磷脂）OCH—CH—CH2OC磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）POCH2CH2NH2OOCOOO脂肪酸脂肪酸OPOCH2H—C—COOHNH2OCOCH—CH—CH2OOCOO脂肪酸脂肪酸磷脂酰絲氨酸OCH3POCH2CH2NCH—CH—CH2OOCOOCOO103脂肪酸脂肪酸脂肪酸磷酸甘油酯極性頭部基團（親水）非極性尾部基團（疏水）CH—CH—CH2OOP—OOOON︳COCO甘油磷酸磷酸化醇“雙型性分子”脂脂肪酸脂肪酸磷酸甘油酯極性頭部基團（親水）非極性尾104

2.膽固醇

羥基為極性頭部，非極性的類固醇環(huán)和一個非極性的碳氫尾部。穩(wěn)定膜和調(diào)節(jié)膜的流動性

2.膽固醇

羥基為極性頭部，非極性的類固醇1053.糖脂

所有細胞中，糖脂均位于質(zhì)膜非胞質(zhì)面，糖基暴露于細胞表面，其作用可能作為某些大分子的受體，參與細胞識別及信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

3.糖脂

所有細胞中，糖脂均位于質(zhì)膜非胞質(zhì)面，糖基106

（二）膜蛋白

根據(jù)膜蛋白與脂雙層結(jié)合的不同方式，膜蛋白可分為兩種基本類型：

整合蛋白(integralprotein)

周邊蛋白(peripheralprotein)

（二）膜蛋白

根據(jù)膜蛋白與脂雙層結(jié)合的不同方式107

108

（三）膜糖類

在真核細胞中占細胞膜重量的2%～10%。它們大多是與蛋白質(zhì)或脂類分子以共價鍵結(jié)合形成糖蛋白或糖脂的形式，在細胞表面形成細胞外衣。（三）膜糖類

在真核細胞中占細胞109細胞內(nèi)膜糖類糖類+膜脂共價鍵糖脂糖類+膜蛋白糖蛋白共價鍵脂雙層膜蛋白細胞衣細胞內(nèi)膜糖類糖類+膜脂共價鍵糖脂糖類+膜蛋白糖蛋白共價110二、細胞膜的結(jié)構(gòu)模型細胞膜研究簡史：1925年，Gorter和Grendel提出紅細胞膜由雙層磷脂分子組成。1935年，Danielli和Davson提出“片層結(jié)構(gòu)模型”。1959年，Robertson提出“單位膜模型”。

1972年，Singer和Nicolson提出“流動鑲嵌模型”。

1975年，D.F.Wallach提出“晶格鑲嵌模型”。

1977年，JainMK和WhiteHB提出“板塊鑲嵌模型”。

1988年，Simon提出“脂筏模型”。二、細胞膜的結(jié)構(gòu)模型細胞膜研究簡史：111（一）片層結(jié)構(gòu)模型(lamellastructuremodel)

細胞膜是由兩層磷脂分子構(gòu)成，內(nèi)外側(cè)表面還覆蓋著一層球形蛋白質(zhì)分子，形成蛋白質(zhì)-磷脂一蛋白質(zhì)三層夾板式結(jié)構(gòu)。（一）片層結(jié)構(gòu)模型(lamellastructurem112（二）單位膜模型（unitmembranemodel）

細胞膜都呈現(xiàn)清晰的兩暗夾一明的三層結(jié)構(gòu)。（二）單位膜模型（unitmembranemodel）113

（三）流動鑲嵌模型（fluidmosaicmode）

流動的脂類雙分子層構(gòu)成了細胞膜的連續(xù)主體，蛋白質(zhì)分子無規(guī)則地分散在脂類的海洋中。強調(diào)了膜的流動性及不對稱性，較好解釋了生物膜的功能特點。（三）流動鑲嵌模型（fluidmosaic114

（四）脂筏模型（lipidraftmodel）

生物膜上膽固醇和鞘磷脂富集而形成有序脂相，如同脂筏一樣載著各種蛋白，是一種動態(tài)結(jié)構(gòu)。

（四）脂筏模型（lipidraftmodel）115第二章生命的細胞基礎(chǔ)課件116三、細胞膜的特性

膜的不對稱性膜的流動性生物膜具有兩個明顯的特性三、細胞膜的特性

膜的不對稱性膜的流動性生物膜具有兩個明顯117

（一）細胞膜的不對稱性

1.膜脂分布的不對稱性

2.膜蛋白分布的不對稱性（一）細胞膜的不對稱性

1.膜脂分布118脂質(zhì)雙分子層中，各層所含的磷脂種類有明顯不同。細胞膜非胞質(zhì)側(cè)：頭部含有膽堿的磷脂分子（磷脂酰膽堿.鞘磷脂）。胞質(zhì)側(cè)：末端含有氨基的磷脂分子（磷脂酰乙醇胺和磷脂酰絲氨酸）。1、膜脂的不對稱性脂質(zhì)雙分子層中，各層所含的磷脂種類有明顯不同。細胞膜非胞質(zhì)側(cè)119第一.膜蛋白分布是絕對不對稱的．各種膜蛋白在質(zhì)膜中都有一定的位置。第二.糖蛋白上的低聚糖殘基均位于膜的非胞質(zhì)側(cè)。第三.膜蛋白顆粒在內(nèi)外兩層中分布的不對稱。2、膜蛋白的不對稱性第一.膜蛋白分布是絕對不對稱的．各種膜蛋白在質(zhì)膜中都有一定的120膜糖類分布在細胞膜的外表面膜糖類分布在細胞膜的外表面121糖脂（鏈）糖蛋白整個蛋白糖細胞外液細胞質(zhì)細胞骨架收縮器外周蛋白膽固醇糖脂（鏈）糖蛋白整個蛋白糖細胞外液細胞質(zhì)細胞骨架收縮器外周蛋122(1)側(cè)向擴散運動:相鄰分子互換位置速率達107次/秒,一個脂質(zhì)分子移動距離達104nm/20秒。（2）翻轉(zhuǎn)（3）旋轉(zhuǎn)（4）伸縮和振蕩運動1．膜脂分子的運動（二）細胞膜的流動性生物膜是一種動態(tài)的結(jié)構(gòu)，具有膜脂的流動性（fluidity）和膜蛋白的運動性（mobi1ity）。(1)側(cè)向擴散運動:相鄰分子互換位置速率達107次/1231970年，Edidin等人運用細胞融合技術(shù)和熒光免疫技術(shù)，證實了膜蛋白的流動性。2．膜蛋白的運動性有橫向擴散和旋轉(zhuǎn)運動兩種運動方式（1）橫向擴散（2）旋轉(zhuǎn)擴散運動1970年，Edidin等人運用細胞融合技術(shù)和熒光免疫技術(shù)，124小鼠細胞標記人膜蛋白抗體+人膜蛋白（抗原）異核細胞抗小鼠膜蛋白抗體+熒光素B抗人膜蛋白抗體+熒光素A標記小鼠膜蛋白抗體+小鼠膜蛋白（抗原）人細胞孵育（370C,40分鐘）誘導(dǎo)融合膜蛋白(抗原）小鼠細胞標記人膜蛋白抗體+人膜蛋白（抗原）異核細胞抗小鼠膜蛋125四.膜功能

(一)界膜和細胞區(qū)域化細胞區(qū)域化在細胞質(zhì)中劃分了許多以膜包被的特定功能的區(qū)室,即細胞區(qū)域化。四.膜功能(一)界膜和細胞區(qū)域化細胞區(qū)域化在細胞質(zhì)中劃分了126(二)調(diào)節(jié)運輸某些物質(zhì)可以“自由通透”某些物質(zhì)出入細胞的障礙(二)調(diào)節(jié)運輸某些物質(zhì)可以“自由通透”127第三節(jié)細胞膜與細胞內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運

同細胞膜有關(guān)的物質(zhì)運輸活動有兩種形式：

1.小分子和離子的穿膜運輸，它又分為被動運輸和主動運輸；

2.大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡運輸，它又分為胞吞作用和胞吐作用。第三節(jié)細胞膜與細胞內(nèi)外物質(zhì)轉(zhuǎn)運同細胞膜有關(guān)128

一、小分子物質(zhì)的穿膜運輸

（一）被動運輸（passivetransport）是指物質(zhì)順濃度梯度，由濃度高的一側(cè)通過膜運輸?shù)綕舛鹊偷囊粋?cè)的穿膜擴散，轉(zhuǎn)運的動力來自物質(zhì)的濃度梯度，不需要消耗細胞的代謝能量。被動運輸簡單擴散離子通道擴散易化擴散一、小分子物質(zhì)的穿膜運輸1291.簡單擴散（simplediffusion）

一些物質(zhì)不需要膜蛋白的幫助，能順濃度梯度自由擴散，通過膜的脂雙層，如苯、醇、類固醇類激素以及O2、N2等就是通過這種方式。1.簡單擴散（simplediffusion130高濃度低濃度電化學(xué)梯度高濃度低濃度電化學(xué)梯度1312.離子通道擴散（channel-mediateddiffusion）

膜轉(zhuǎn)運蛋白（transportprotein）：是指細胞膜上負責(zé)轉(zhuǎn)運不能通過單純擴散穿膜的物質(zhì)的蛋白質(zhì)。如負責(zé)轉(zhuǎn)運各種離子、葡萄糖、氨基酸及各種代謝產(chǎn)物的載體蛋白和通道蛋白。

2.離子通道擴散（channel-mediated132通道蛋白形成一種水溶性通道，當通道開放時特定的溶質(zhì)(一般是無機離子)可經(jīng)過通道穿越細胞膜。

載體蛋白與特定的溶質(zhì)結(jié)合，改變構(gòu)象使溶質(zhì)穿越細胞膜。膜轉(zhuǎn)運蛋白主要有兩類：

載體蛋白既可介導(dǎo)被動運輸(易化擴散)，也可介導(dǎo)逆電化學(xué)梯度的主動運輸；而通道蛋白只能介導(dǎo)順電化學(xué)梯度的被動運輸。載體蛋白：通道蛋白：通道蛋白形成一種水溶性通道，當通道開放時特定的溶質(zhì)(一般是無133高濃度低濃度通道蛋白通道蛋白高濃度低濃度通道蛋白通道蛋白134

閘門通道（gatedchannel）這類轉(zhuǎn)運蛋白或蛋白復(fù)合物所形成的孔道與上述的通道蛋白所形成的孔道不同，它具有“閘門”的作用。閘門不是連續(xù)開放，而是瞬時開放，在對特定的刺激發(fā)生反應(yīng)的瞬時打開，其他時間是關(guān)閉的。（1）配體閘門通道：當配體與細胞表面受體結(jié)合時，引起閘門開啟。（2）電壓閘門通道：膜電位變化（去極化）引起閘門開啟。閘門通道（gatedchannel）這類轉(zhuǎn)運135閘門通道示意圖

閘門通道示意圖136物質(zhì)順濃度梯度經(jīng)過通道蛋白擴散到細胞膜的另一側(cè)。通道蛋白配體高濃度低濃度物質(zhì)順濃度梯度經(jīng)過通道蛋白擴散到細胞膜的另一側(cè)。通道蛋白配體1373.易化擴散（facilitateddiffusion）

借助于載體蛋白順濃度梯度的物質(zhì)運輸方式叫易化擴散。一些非脂溶性或親水性的物質(zhì)，如糖、氨基酸、核苷酸和金屬離子等。

轉(zhuǎn)運物質(zhì)時膜載體蛋白的構(gòu)象變化3.易化擴散（facilitateddiffusion138可運輸一些親水性物質(zhì)和無機離子等。載體蛋白高濃度低濃度可運輸一些親水性物質(zhì)和無機離子等。載體蛋白高濃度低濃度139載體擴散的特點：（1）載體蛋白具有高度的特異性。（2）通過載體易位機制轉(zhuǎn)運。（3）載體蛋白的飽和性。載體擴散的特點：（1）載體蛋白具有高度的特異性。140Km轉(zhuǎn)運分子濃度→載體介導(dǎo)的易化擴散簡單擴散轉(zhuǎn)運速率Vmax1/2Vmax

當所有的結(jié)合部位均被溶質(zhì)分子占據(jù)。這時的轉(zhuǎn)運速率達到最大值(Vmax)。而每種載體蛋白對它所結(jié)合的溶質(zhì)都有一定的結(jié)合常數(shù)(Km)，這相當于轉(zhuǎn)運率達到最大值的1／2時溶質(zhì)的濃度。

Km轉(zhuǎn)運分子濃度→載體介導(dǎo)的易化擴散簡單擴散轉(zhuǎn)運1411.離子泵具有載體和酶的雙重作用，具有專一性，如鈉鉀泵、鈣泵、質(zhì)子泵等。

鈉鉀泵：具有載體和酶的活性。由大小兩個亞基組成，大亞基為跨膜的脂蛋白，是該酶的催化部分，其細胞內(nèi)端有3個Na＋和1個ATP結(jié)合部位，外端有2個K＋和1個哇巴因結(jié)合部位，通過反復(fù)磷酸化和去磷酸化進行活動。

（二）主動運輸（activetransport）指物質(zhì)從低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)的跨膜轉(zhuǎn)運，即逆濃度梯度方向的運輸，這種運輸既需要細胞膜上的載體蛋白參與，也需要消耗細胞的代謝能。（二）主動運輸（activetransport142細胞質(zhì)Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+小亞基大亞基大亞基ATPADP+Pi鉀濃度梯度[30倍]鈉濃度梯度[13倍]小亞基大亞基大亞基小亞基大亞基大亞基Pi鈉結(jié)合部位鉀結(jié)合部位Na+Na+Na+Na+K+Na++Mg+PiPiK+K+K+大亞基小亞基大亞基大亞基小亞基大亞基大亞基細胞質(zhì)Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K143細胞質(zhì)Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+小亞基大亞基大亞基ATPADP+Pi鉀濃度梯度[30倍]鈉濃度梯度[13倍]小亞基大亞基大亞基小亞基大亞基大亞基Pi鈉結(jié)合部位鉀結(jié)合部位Na+Na+Na+Na+K+Mg+PiPiK+K+K+大亞基小亞基大亞基大亞基小亞基大亞基大亞基細胞質(zhì)Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K144第二章生命的細胞基礎(chǔ)課件145

鈉鉀泵工作原理鈉鉀泵工作原理1462.離子梯度驅(qū)動的主動運輸——伴隨運輸

伴隨運輸是與離子梯度相偶聯(lián)的主動運輸過程，具體地講，這種過程是由膜上的Na+-K+泵和特異性的載體蛋白共同協(xié)作完成的。根據(jù)溶質(zhì)運輸方向與離子順電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)移方向的關(guān)系，分為同向運輸與逆向運輸。2.離子梯度驅(qū)動的主動運輸——伴隨運輸伴隨運輸是147離子梯度驅(qū)動的主動運輸離子梯度驅(qū)動的主動運輸148小腸上皮細胞轉(zhuǎn)運葡萄糖入血小腸上皮細胞轉(zhuǎn)運葡萄糖入血149

上述各種“主動運輸”方式的特點是：①主動運輸為小分子物質(zhì)逆濃度或電化學(xué)梯度跨膜轉(zhuǎn)運；②需要消耗量，可直接利用水解ATP或來自離子電化學(xué)梯度提供能量；③需要膜上特異性載體介導(dǎo)，這些載體蛋白不僅具有結(jié)構(gòu)上的特異性(特異的結(jié)合位點)，而且具有結(jié)構(gòu)上的可變性(構(gòu)象變化影響親和力的改變)。上述各種“主動運輸”方式的特點是：150

二、大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡運輸

膜泡運輸（membrane-vesicletransport）：大分子和顆粒物質(zhì)在細胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運是由膜包圍形成小泡進行運輸。

膜泡運輸特點：①伴隨著膜的運動，主要是膜本身結(jié)構(gòu)的融合、重組和移位。②與主動運輸一樣，也需要能量的供應(yīng)。膜