第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件

第二章細胞膜動力學和跨膜信號通訊

目的：了解細胞膜的分子結構，掌握細胞膜的物質轉運的形式和影響因素。第一節(jié)細胞膜超微結構和物質跨膜轉運一、生物膜的分子結構及其組成第二章細胞膜動力學和跨膜信號通訊1（一）細胞膜（或質膜）：把C內容物與外界分開，允許某些物質通透。細胞膜的功能：１、保護：屏障作用。２、轉運：載體、通道、離子泵。３、識別：膜外側的糖鏈。４、信息傳遞：受體——化學信息。通道——生物電信息。（二）膜（生物膜、單位膜）的組成和分子結構組成：電鏡下三層：內外側致密帶、中間透明帶各2.5nm。由脂質、蛋白質、少量糖組成。結構：1972年singer提出“流體鑲嵌模型”（fluidmosaicmodel）學說，即：C膜以液態(tài)的脂質雙分子層為基架，其中鑲嵌著不同生理功能的α—螺旋或球形蛋白質。（一）細胞膜（或質膜）：把C內容物與外界分開，允許某些物質通21.脂質雙分子層親水磷酸和堿基朝向C內外。磷脂>70%疏水的烴基，朝向膜中間。脂質膽固醇<30%1.脂質雙分子層32.細胞膜蛋白質表面蛋白質（peripheralprotein）：肽鏈的氨基酸集團與脂質極性基團結合，分布于膜的內側或外側表面。整合蛋白質（integratedprotein）：肽鏈一次或反復多次貫穿脂質雙分子層，兩端露出膜的兩側。膜蛋白質的作用：（1）構成C膜的載體、通道或離子泵，與物質轉運有關。（2）構成C膜的受體，與激素結合后把信息傳入C內。（3）酶：起催化作用。（4）免疫功能（5）肌纖蛋白（actin）：具收縮作用，在C吞噬、吞飲、變形運動中發(fā)揮作用。2.細胞膜蛋白質43.細胞膜的糖類量少、有寡糖、多糖，與膜脂質及蛋白質在碳氫鏈端以共價鍵形式結合形成糖脂或糖蛋白，作為C“標記”膜受體的“識別”部分4.膜的特征：流動性、不對稱。3.細胞膜的糖類5二、細胞的跨膜物質轉運通透性：物質通過膜的難易程度。（一）單純擴散：指脂溶性物質通過細胞膜由高濃度側向低濃度側擴散的過程。如氧氣、二氧化碳、一氧化氮、尿素等；水分子極小，膜對它高度通透，從低滲透壓區(qū)域向高滲透壓區(qū)域移動；水溶性分子可通過水孔蛋白形成的特異通道跨膜轉運。二、細胞的跨膜物質轉運通透性：物質通過膜的難易程度。6擴散通量：跨膜轉運物質在單位時間內的凈移動量。影響因素：①

細胞膜兩側該物質的濃度差②

該物質通過細胞膜的難易程度。擴散通量：跨膜轉運物質在單位時間內的凈移動量。7（二）膜蛋白介導的跨膜轉運1．易化擴散：水溶性小分子或離子(Na＋、K＋、Ca2＋等）在特殊膜蛋白的幫助下，由細胞膜的高濃度一側向低濃度一側擴散的過程.（1）經載體介導的易化擴散如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等經載體易化擴散具有以下特性：①結構特異性。②飽和現(xiàn)象。③競爭性抑制。（二）膜蛋白介導的跨膜轉運1．易化擴散：水溶性小分子或離子(8（2）經通道介導的易化擴散溶液中的Na+、K+、Ca2+、Cl-等帶電離子.中介這一過程的膜蛋白稱為離子通道,如K+通道、Na+通道、Ca+通道等。離子通道的特征主要是：①

離子選擇性。②

門控特性。（2）經通道介導的易化擴散溶液中的Na+、K+、Ca2+9被動轉運:以單純擴散和易化擴散的方式轉運物質時，物質分子移動的動力是膜兩側存在的濃度差（或電位差）所含的勢能，它不需要細胞另外提供能量.2．主動轉運：指細胞通過本身的耗能過程，將物質分子或離子由膜的低濃度一側移向高濃度一側的過程。原發(fā)性主動轉運（由ATP直接供能）繼發(fā)性主動轉運（由ATP間接供能）。被動轉運:以單純擴散和易化擴散的方式轉運物質時，物質分子移10（1）原發(fā)性主動轉運：細胞直接利用代謝產生的能量，將物質分子或離子逆濃度梯度或電位梯度跨膜轉運的過程。介導這一過程的膜蛋白稱為離子泵。離子泵具有水解ATP的能力，稱作ATP酶(ATPase)。（1）原發(fā)性主動轉運：細胞直接利用代謝產生的能量，將物質分11①鈉-鉀泵：簡稱鈉泵、Na+/K+-ATPase、鈉-鉀依賴ATP酶、Na+-K+dependentATPase。有Mg2+時，每分解一個ATP泵出3個Na+，泵入2個K+。鈉泵活動重要的生理意義：A、維持細胞正常的滲透壓與形態(tài)。B、建立的Na+濃度勢能貯備是營養(yǎng)物質（G、aa）跨小腸和腎小管上皮等跨膜主動轉運的能量來源叫繼發(fā)性主動轉運或聯(lián)合轉運。①鈉-鉀泵：簡稱鈉泵、Na+/K+-ATPase、鈉-鉀依賴12②Ca2+-ATPase存在于質膜和一些細胞器膜中。位于肌質網(wǎng)中的Ca2+-ATPase由10次跨膜a螺旋構成，有兩個Ca2+結合位點。③H+-ATPase存在于質膜和一些細胞器膜中，如線粒體內膜和溶酶體膜。將H+移出細胞。④H+/K+-ATPase存在于胃和腎的一些泌酸細胞的質膜中。每水解1分子ATP.可將1個H+泵出細胞并泵回1個K+。②Ca2+-ATPase存在于質膜和一些細胞器膜中。位于肌質13第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件14（2）繼發(fā)性主動轉運同向轉運：如果被轉運的離子或分子都向同一方向運動，相應的轉運體也稱為同向轉運體，例如腎小管液中的葡萄糖、氨基酸和Cl-等與Na+的同向轉運相偶聯(lián)。反向轉運：如果被轉運的離子或分子彼此向相反方向運動，相應的轉運體也稱為反向轉運體。如腎小管細胞分泌H+、K+與Na+的反向轉運相偶聯(lián)。（2）繼發(fā)性主動轉運同向轉運：如果被轉運的離子或分子都向同15第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件16（三）胞吞與胞吐

1.胞吞(1)吞噬:細菌、病毒等異物以及血漿脂蛋白顆粒、大分子營養(yǎng)物質、組織碎片、多膚類激素等代謝產物

(2)胞飲:胞吮:無選擇性允許細胞外液進入胞內胞膜窖胞吮:濃縮和內質化小分子物質，有利于轉運大分子進入毛細血管內皮細胞，并參與細胞信號轉導過程。

受體介導式胞吞:蛋白類激素、生長因子、抗體、胞質蛋白，如攜帶Fe2+的運鐵蛋白、低密度脂蛋白等（三）胞吞與胞吐1.胞吞(2)胞飲:胞吮:無選擇性允許細172.胞吐：又稱出胞，是指細胞內物質以分泌囊泡的形式排出細胞的過程，主要見于細胞的分泌活動，如內分泌腺細胞分泌激素，外分泌腺分泌酶原顆粒，粘液，神經細胞軸突末梢釋放神經遞質等。

在大多數(shù)細胞中，激發(fā)胞吐的過程都與鈣濃度的變化有關。

2.胞吐：又稱出胞，是指細胞內物質以分泌囊泡的形式排出細胞的18第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件19第二節(jié)

細胞間通訊和信號轉導

一、離子通道受體介導的跨膜信號傳遞(一)化學門控通道：當細胞外物質與膜上的特異膜蛋白結合時，能引起這些蛋白構型的變化，使通道開放。

煙堿型ACh受體；細胞內cGMP（磷酸二脂酶）的濃度發(fā)生變化時，將引起Na+通道的開放與關閉；氨基酸受體以及ATP受體、5-羥色胺受體等。第二節(jié)細胞間通訊和信號轉導一、離子通道受體介導的跨膜信20第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件21(二)電壓門控通道：分子結構中，存在若干對跨膜電位變化敏感的基團。當膜去極化(或稱除極化，下同)達到一定水平時，通道蛋白質的分子構象發(fā)生改變，于是通道的閘門即被打開，離子通過開放的通道實現(xiàn)跨膜轉運。在細胞膜上，有一些離子通道總是處于開放狀態(tài)，這些通道屬于被動的非門控通道，但大多數(shù)通道是屬門控式的。目前發(fā)現(xiàn)至少有三種Na+通道、五種K+通道和三種Ca2+通道屬于電壓門控通道。

(二)電壓門控通道：分子結構中，存在若干對跨膜電位變化敏感22第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件23二、G蛋白耦聯(lián)受體介導的信號轉導

1．G蛋白耦聯(lián)受體。2．G蛋白

鳥苷酸結合蛋白，簡稱G蛋白，G蛋白的種類很多。G蛋白通常由、、

三個亞單位組成。3．G蛋白效應器

指催化生成或分解第二信使的酶。G調控的效應器酶主要有腺苷酸環(huán)化酶(AC)，磷脂酶C(PLC)，磷脂酶A2(PLA2)，鳥苷酸環(huán)化酶(GC)和cGMP磷酸二脂酶(PDE)。4．第二信使

激素、遞質和細胞因子等信號分子即第一信使作用于細胞膜后產生的細胞內信號分子，它們可把細胞外信號分子所攜帶的信息轉入細胞內。重要的第二信使有環(huán)-磷酸腺苷(cAMP)，三磷酸肌醇(IP3)，二酰甘油(DG)、環(huán)-磷酸鳥苷(cGMP)和鈣離子等。二、G蛋白耦聯(lián)受體介導的信號轉導

1．G蛋白耦聯(lián)受體。24第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件25三、酶耦聯(lián)受體介導的信號轉導

不需要G蛋白的參與，也沒有第二信使的產生。酶耦聯(lián)受體分子的胞質一側自身具有酶的活性，或者可直接結合并激活胞質中的酶。（一）酪氨酸激酶受體：貫穿脂質雙層的整合蛋白，一般只有一個跨膜螺旋，它在膜外側有配體的結合位點，而伸入胞質的一端具有酪氨酸激酶的結構域，但也有一些受體本身并不具有酶活性部位，但可直接與胞質中的酪氨酸激酶結合。

三、酶耦聯(lián)受體介導的信號轉導不需要G蛋白的參與，也沒有第二26（二）鳥苷酸環(huán)化酶受體

一種位于質膜上，另一種可存在于胞質中。位于質膜中的鳥苷酸環(huán)化酶受體有一個跨膜a螺旋，分子N端位于胞外，有與配體結合的位點;位于膜內側的C端有鳥苷酸環(huán)化酶的結構域，可被激活調節(jié)胞內cGMP的生成。在有些細胞中，鳥苷酸環(huán)化酶受體位于胞質中，第一信使如NO是通過擴散進入細胞內，然后與之結合再誘導cGMP生成的。

（二）鳥苷酸環(huán)化酶受體一種位于質膜上，另一種可存在于胞質中27(三)JAK相關激酶受體酪氨酸激酶活性不是位于受體自身，而且位于與受體直接作用的一類胞內激酶家族，稱為JAK激酶，受體和它的相關JAK激酶是作為一個復合單位存在的。當胞外第一信使與此受體結合時，受體產生變構并激活JAK激酶。不同的受體涉及不同的JAK家族，而不同的JAK激酶磷酸化不同的蛋白，這些蛋白中有許多是轉錄因子，此過程最終涉及許多新蛋白的合成。

(三)JAK相關激酶受體酪氨酸激酶活性不是位于受體自身，而且28第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件29第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件30第二章細胞膜動力學和跨膜信號通訊

目的：了解細胞膜的分子結構，掌握細胞膜的物質轉運的形式和影響因素。第一節(jié)細胞膜超微結構和物質跨膜轉運一、生物膜的分子結構及其組成第二章細胞膜動力學和跨膜信號通訊31（一）細胞膜（或質膜）：把C內容物與外界分開，允許某些物質通透。細胞膜的功能：１、保護：屏障作用。２、轉運：載體、通道、離子泵。３、識別：膜外側的糖鏈。４、信息傳遞：受體——化學信息。通道——生物電信息。（二）膜（生物膜、單位膜）的組成和分子結構組成：電鏡下三層：內外側致密帶、中間透明帶各2.5nm。由脂質、蛋白質、少量糖組成。結構：1972年singer提出“流體鑲嵌模型”（fluidmosaicmodel）學說，即：C膜以液態(tài)的脂質雙分子層為基架，其中鑲嵌著不同生理功能的α—螺旋或球形蛋白質。（一）細胞膜（或質膜）：把C內容物與外界分開，允許某些物質通321.脂質雙分子層親水磷酸和堿基朝向C內外。磷脂>70%疏水的烴基，朝向膜中間。脂質膽固醇<30%1.脂質雙分子層332.細胞膜蛋白質表面蛋白質（peripheralprotein）：肽鏈的氨基酸集團與脂質極性基團結合，分布于膜的內側或外側表面。整合蛋白質（integratedprotein）：肽鏈一次或反復多次貫穿脂質雙分子層，兩端露出膜的兩側。膜蛋白質的作用：（1）構成C膜的載體、通道或離子泵，與物質轉運有關。（2）構成C膜的受體，與激素結合后把信息傳入C內。（3）酶：起催化作用。（4）免疫功能（5）肌纖蛋白（actin）：具收縮作用，在C吞噬、吞飲、變形運動中發(fā)揮作用。2.細胞膜蛋白質343.細胞膜的糖類量少、有寡糖、多糖，與膜脂質及蛋白質在碳氫鏈端以共價鍵形式結合形成糖脂或糖蛋白，作為C“標記”膜受體的“識別”部分4.膜的特征：流動性、不對稱。3.細胞膜的糖類35二、細胞的跨膜物質轉運通透性：物質通過膜的難易程度。（一）單純擴散：指脂溶性物質通過細胞膜由高濃度側向低濃度側擴散的過程。如氧氣、二氧化碳、一氧化氮、尿素等；水分子極小，膜對它高度通透，從低滲透壓區(qū)域向高滲透壓區(qū)域移動；水溶性分子可通過水孔蛋白形成的特異通道跨膜轉運。二、細胞的跨膜物質轉運通透性：物質通過膜的難易程度。36擴散通量：跨膜轉運物質在單位時間內的凈移動量。影響因素：①

細胞膜兩側該物質的濃度差②

該物質通過細胞膜的難易程度。擴散通量：跨膜轉運物質在單位時間內的凈移動量。37（二）膜蛋白介導的跨膜轉運1．易化擴散：水溶性小分子或離子(Na＋、K＋、Ca2＋等）在特殊膜蛋白的幫助下，由細胞膜的高濃度一側向低濃度一側擴散的過程.（1）經載體介導的易化擴散如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等經載體易化擴散具有以下特性：①結構特異性。②飽和現(xiàn)象。③競爭性抑制。（二）膜蛋白介導的跨膜轉運1．易化擴散：水溶性小分子或離子(38（2）經通道介導的易化擴散溶液中的Na+、K+、Ca2+、Cl-等帶電離子.中介這一過程的膜蛋白稱為離子通道,如K+通道、Na+通道、Ca+通道等。離子通道的特征主要是：①

離子選擇性。②

門控特性。（2）經通道介導的易化擴散溶液中的Na+、K+、Ca2+39被動轉運:以單純擴散和易化擴散的方式轉運物質時，物質分子移動的動力是膜兩側存在的濃度差（或電位差）所含的勢能，它不需要細胞另外提供能量.2．主動轉運：指細胞通過本身的耗能過程，將物質分子或離子由膜的低濃度一側移向高濃度一側的過程。原發(fā)性主動轉運（由ATP直接供能）繼發(fā)性主動轉運（由ATP間接供能）。被動轉運:以單純擴散和易化擴散的方式轉運物質時，物質分子移40（1）原發(fā)性主動轉運：細胞直接利用代謝產生的能量，將物質分子或離子逆濃度梯度或電位梯度跨膜轉運的過程。介導這一過程的膜蛋白稱為離子泵。離子泵具有水解ATP的能力，稱作ATP酶(ATPase)。（1）原發(fā)性主動轉運：細胞直接利用代謝產生的能量，將物質分41①鈉-鉀泵：簡稱鈉泵、Na+/K+-ATPase、鈉-鉀依賴ATP酶、Na+-K+dependentATPase。有Mg2+時，每分解一個ATP泵出3個Na+，泵入2個K+。鈉泵活動重要的生理意義：A、維持細胞正常的滲透壓與形態(tài)。B、建立的Na+濃度勢能貯備是營養(yǎng)物質（G、aa）跨小腸和腎小管上皮等跨膜主動轉運的能量來源叫繼發(fā)性主動轉運或聯(lián)合轉運。①鈉-鉀泵：簡稱鈉泵、Na+/K+-ATPase、鈉-鉀依賴42②Ca2+-ATPase存在于質膜和一些細胞器膜中。位于肌質網(wǎng)中的Ca2+-ATPase由10次跨膜a螺旋構成，有兩個Ca2+結合位點。③H+-ATPase存在于質膜和一些細胞器膜中，如線粒體內膜和溶酶體膜。將H+移出細胞。④H+/K+-ATPase存在于胃和腎的一些泌酸細胞的質膜中。每水解1分子ATP.可將1個H+泵出細胞并泵回1個K+。②Ca2+-ATPase存在于質膜和一些細胞器膜中。位于肌質43第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件44（2）繼發(fā)性主動轉運同向轉運：如果被轉運的離子或分子都向同一方向運動，相應的轉運體也稱為同向轉運體，例如腎小管液中的葡萄糖、氨基酸和Cl-等與Na+的同向轉運相偶聯(lián)。反向轉運：如果被轉運的離子或分子彼此向相反方向運動，相應的轉運體也稱為反向轉運體。如腎小管細胞分泌H+、K+與Na+的反向轉運相偶聯(lián)。（2）繼發(fā)性主動轉運同向轉運：如果被轉運的離子或分子都向同45第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件46（三）胞吞與胞吐

1.胞吞(1)吞噬:細菌、病毒等異物以及血漿脂蛋白顆粒、大分子營養(yǎng)物質、組織碎片、多膚類激素等代謝產物

(2)胞飲:胞吮:無選擇性允許細胞外液進入胞內胞膜窖胞吮:濃縮和內質化小分子物質，有利于轉運大分子進入毛細血管內皮細胞，并參與細胞信號轉導過程。

受體介導式胞吞:蛋白類激素、生長因子、抗體、胞質蛋白，如攜帶Fe2+的運鐵蛋白、低密度脂蛋白等（三）胞吞與胞吐1.胞吞(2)胞飲:胞吮:無選擇性允許細472.胞吐：又稱出胞，是指細胞內物質以分泌囊泡的形式排出細胞的過程，主要見于細胞的分泌活動，如內分泌腺細胞分泌激素，外分泌腺分泌酶原顆粒，粘液，神經細胞軸突末梢釋放神經遞質等。

在大多數(shù)細胞中，激發(fā)胞吐的過程都與鈣濃度的變化有關。

2.胞吐：又稱出胞，是指細胞內物質以分泌囊泡的形式排出細胞的48第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件49第二節(jié)

細胞間通訊和信號轉導

一、離子通道受體介導的跨膜信號傳遞(一)化學門控通道：當細胞外物質與膜上的特異膜蛋白結合時，能引起這些蛋白構型的變化，使通道開放。

煙堿型ACh受體；細胞內cGMP（磷酸二脂酶）的濃度發(fā)生變化時，將引起Na+通道的開放與關閉；氨基酸受體以及ATP受體、5-羥色胺受體等。第二節(jié)細胞間通訊和信號轉導一、離子通道受體介導的跨膜信50第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件51(二)電壓門控通道：分子結構中，存在若干對跨膜電位變化敏感的基團。當膜去極化(或稱除極化，下同)達到一定水平時，通道蛋白質的分子構象發(fā)生改變，于是通道的閘門即被打開，離子通過開放的通道實現(xiàn)跨膜轉運。在細胞膜上，有一些離子通道總是處于開放狀態(tài)，這些通道屬于被動的非門控通道，但大多數(shù)通道是屬門控式的。目前發(fā)現(xiàn)至少有三種Na+通道、五種K+通道和三種Ca2+通道屬于電壓門控通道。

(二)電壓門控通道：分子結構中，存在若干對跨膜電位變化敏感52第二章-細胞膜動力學和跨膜信號通訊課件53二、G蛋白耦聯(lián)受體介導的信號轉導

1．G蛋白耦聯(lián)受體。2．G蛋白

鳥苷酸結合蛋白，簡稱G蛋白，G蛋白的種類很多。G蛋白通常由、、

三個亞單位組成。3．G蛋白效應器

指催化生成或分解第二信使的酶。G調控的效應器酶主要有腺苷酸環(huán)化酶(AC)，磷脂酶C(PLC)，磷脂酶A2(PLA2)，鳥苷酸環(huán)化酶(GC)和cGMP磷酸二脂酶(PDE)。4．第二