細(xì)胞生物學(xué)-細(xì)胞-4章課件

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(jí)講師

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：1:4~4:1；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(gè)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(gè)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(zhǎng)短不一，通常14~24個(gè)碳原子，一條脂肪酸鏈不含雙鍵，另一條含有一個(gè)或幾個(gè)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、鞘氨醇、1-磷酸鞘氨醇參與細(xì)胞活動(dòng)；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(dòng)性膽固醇分子較小，散布在磷脂分子之間；動(dòng)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(duì)磷脂的脂肪酸尾部的運(yùn)動(dòng)有干擾作用膽固醇分子調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性和加強(qiáng)膜的穩(wěn)定性，沒有膽固醇，細(xì)胞膜會(huì)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)菌和植物的糖脂均是甘油磷脂衍生物，一般是磷脂酰膽堿衍生來動(dòng)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(gè)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(jiǎn)單的糖脂是腦苷脂，極性頭部只是一個(gè)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(gè)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)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20~30個(gè)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：①疏水氨基酸形成α-螺旋，跨膜并與脂雙層脂肪酸鏈通過范德華力相互作用②某些α-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α-螺旋，也有以β-折疊片多次穿膜形成筒狀結(jié)構(gòu)，稱β-筒，如孔蛋白(porin)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(jià)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)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：TritonX-100(對(duì)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)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞識(shí)別、能量轉(zhuǎn)化等功能膜的不對(duì)稱性決定膜功能的方向性1.膜脂的不對(duì)稱性脂雙層的膜脂分布不對(duì)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(duì)稱性各種膜蛋白在質(zhì)膜中有特定位置，分布絕對(duì)不對(duì)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(duì)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(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等，脂筏周圍磷脂富含不飽和脂肪酸，流動(dòng)性高膜組分分布不對(duì)稱的意義：各組分分布不對(duì)稱跟膜功能不對(duì)稱、膜的方向性有關(guān)膜的流動(dòng)性是膜功能活動(dòng)的保證膜的流動(dòng)性主要是膜脂流動(dòng)性、膜蛋白的運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)在相變溫度以上，膜脂分子可進(jìn)行如下5種運(yùn)動(dòng)：①側(cè)向擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：脂質(zhì)分子間交換位置；107次/秒；主要運(yùn)動(dòng)方式②翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：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③旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：膜脂分子自旋運(yùn)動(dòng)④伸縮振蕩運(yùn)動(dòng)：脂肪酸鏈伸縮最快，甘油骨架次之，親水頭部最慢，顯示膜的流動(dòng)梯度細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)⑤烴鏈的旋轉(zhuǎn)異構(gòu)運(yùn)動(dòng)：烴鏈沿C-C自由旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體；低溫時(shí)，烴鏈呈反式構(gòu)象；溫度升高，歪扭構(gòu)象增多，烴鏈流動(dòng)性高烴鏈中各-CH2-之間的構(gòu)象轉(zhuǎn)換，是膜流動(dòng)性的基礎(chǔ)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)⑤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(dòng)，嵌入蛋白越多，膜脂流動(dòng)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(dòng)性4.膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)①側(cè)向擴(kuò)散：人鼠雜交細(xì)胞表面抗原分布變化可證明②旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：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(dòng)；膜蛋白周圍脂質(zhì)的流動(dòng)性影響膜蛋白的流動(dòng)性膜蛋白的運(yùn)動(dòng)不需要消耗能量單位膜模型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β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(dòng)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(dòng)態(tài)的、不對(duì)稱的具有流動(dòng)性特點(diǎn)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(dòng)性是局部的1977年，“板塊鑲嵌模型”流動(dòng)的脂雙層中存在能獨(dú)立移動(dòng)脂類板塊細(xì)胞膜的化學(xué)組成與分子結(jié)構(gòu)細(xì)胞在生命活動(dòng)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(jiǎn)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(duì)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(jiǎn)單擴(kuò)散(simplediffusion):小分子的熱運(yùn)動(dòng)使分子自由地由膜一側(cè)擴(kuò)散到另一側(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(jiǎn)單擴(kuò)散跨膜簡(jiǎn)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(dòng)擴(kuò)散”passivediffusion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(jiǎn)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，通道開放時(shí)，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(shì)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(dòng)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)輸小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸1.配體門控通道(ligand-gatedchannel)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(acetylcholinereceptor,nAChR)：4種5個(gè)亞單位組成，每個(gè)亞單位由1個(gè)大的跨膜N端，4段跨膜(M1~M4)和1個(gè)短的C端組成受體上有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，無Ach時(shí)，各個(gè)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γ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(gè)亞單位組成跨膜離子通道；通透Na+、K+、Ca2+等陽(yáng)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(duì)跨膜電位改變敏感，可改變構(gòu)象打開通道，開放時(shí)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(dòng)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(hào)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(yáng)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(shí)間短暫，幾個(gè)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(dòng)離子通道活動(dòng)(神經(jīng)-肌肉接頭處)：①神經(jīng)沖動(dòng)→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②釋放的乙酰膽堿→結(jié)合突觸后膜的乙酰膽堿受體→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③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(gè)肌細(xì)胞膜進(jìn)一步去極化④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(jiǎn)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(duì)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(duì)溶質(zhì)的親和力下降，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α-螺旋，α-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(diǎn)以紅細(xì)胞為例，膜上存在5萬(wàn)個(gè)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(dòng)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(dòng)運(yùn)輸產(chǎn)生，對(duì)維持生命活動(dòng)至關(guān)重要主動(dòng)運(yùn)輸需要消耗能量，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(dòng)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(dòng)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(gè)α亞基兩個(gè)β亞基組成四聚體α亞基胞質(zhì)面有3個(gè)高親和Na+結(jié)合位點(diǎn)；α亞基膜外表面有2個(gè)高親和K+結(jié)合位點(diǎn)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(gè)Na+

，轉(zhuǎn)入2個(gè)K+多數(shù)動(dòng)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(gè)Ca2+肌漿網(wǎng)是肌細(xì)胞特化的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲(chǔ)存場(chǎng)所2.離子濃度驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲(chǔ)存了膜兩側(cè)的勢(shì)能，此勢(shì)能可供細(xì)胞此勢(shì)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(gè)Ca2+肌漿網(wǎng)是肌細(xì)胞特化的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲(chǔ)存場(chǎng)所2.離子濃度驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲(chǔ)存了膜兩側(cè)的勢(shì)能，此勢(shì)能可供細(xì)胞此勢(shì)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(gè)Ca2+肌漿網(wǎng)是肌細(xì)胞特化的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲(chǔ)存場(chǎng)所2.離子濃度驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲(chǔ)存了膜兩側(cè)的勢(shì)能，此勢(shì)能可供細(xì)胞此勢(shì)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(gè)Ca2+肌漿網(wǎng)是肌細(xì)胞特化的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲(chǔ)存場(chǎng)所2.離子濃度驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲(chǔ)存了膜兩側(cè)的勢(shì)能，此勢(shì)能可供細(xì)胞此勢(shì)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(gè)Ca2+肌漿網(wǎng)是肌細(xì)胞特化的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲(chǔ)存場(chǎng)所2.離子濃度驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲(chǔ)存了膜兩側(cè)的勢(shì)能，此勢(shì)能可供細(xì)胞此勢(shì)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(gè)Ca2+肌漿網(wǎng)是肌細(xì)胞特化的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，是Ca2+儲(chǔ)存場(chǎng)所2.離子濃度驅(qū)動(dòng)的協(xié)調(diào)運(yùn)輸細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸建立膜兩側(cè)的各種離子濃度梯度，儲(chǔ)存了膜兩側(cè)的勢(shì)能，此勢(shì)能可供細(xì)胞此勢(shì)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(dòng)運(yùn)輸方式此種跨膜運(yùn)輸?shù)闹苯觿?dòng)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(duì)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(gè)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(shì)能，與相伴進(jìn)入細(xì)胞；載體蛋白構(gòu)象變化，失去對(duì)葡萄糖的親和力，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(dòng)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(dòng)物都有Na+驅(qū)動(dòng)的對(duì)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(duì)啟動(dòng)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)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(shí)激活或失活，調(diào)節(jié)胞內(nèi)pH主動(dòng)運(yùn)輸特點(diǎn)：①逆濃度或電化學(xué)梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)②消耗能量，直接水解ATP或離子電化學(xué)梯度提供能量③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(dòng)運(yùn)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)胞在攝取大固體顆粒或分子復(fù)合物時(shí)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：①液相內(nèi)吞：非特異固有內(nèi)吞作用，攝入細(xì)胞外液及可溶性物質(zhì)；②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(dòng)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receptormediatedendocytosis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)膜表面積2%，此處質(zhì)膜向內(nèi)凹陷，直徑50~100nm，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(gè)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(dòng)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(dòng)質(zhì)膜凹陷，此時(shí)發(fā)動(dòng)蛋白(dynamin)——GTP結(jié)合蛋白，自動(dòng)組裝成一個(gè)螺旋狀領(lǐng)圈結(jié)構(gòu)，水解GTP，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(dòng)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(lowdensitylipoprotein,LDL)，在血液中運(yùn)輸LDL球狀，分子量3106，直徑22nm；中心是1500個(gè)酯化的膽固醇分子，外面包圍800個(gè)磷脂分子和500個(gè)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(shí)，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(dòng)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(zhǎng)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constitutivepathwayofsecretion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(yíng)養(yǎng)成分、信號(hào)分子等2.調(diào)節(jié)性分泌途徑regulatedpathwayofsecretion分泌蛋白合成后，包裹于分泌囊泡，儲(chǔ)存于胞質(zhì)中，受到細(xì)胞外信號(hào)刺激，引起細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度瞬時(shí)升高，才啟動(dòng)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)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(cellsurface)：包圍在細(xì)胞質(zhì)外層的一個(gè)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cellcoat：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(shí)別、物質(zhì)運(yùn)輸、接觸抑制、形態(tài)形成、分化過程、免疫識(shí)別、癌變等胞質(zhì)溶膠：質(zhì)膜下0.1～0.2μm較黏滯液態(tài)物質(zhì)，含高濃度蛋白質(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0.1μm，長(zhǎng)約0.2～1.0μm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(dòng)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(zhǎng)突起，比微絨毛粗、長(zhǎng)，能擺動(dòng)纖毛5～10μm，數(shù)目多；鞭毛約150μm，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(dòng)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(shí)性扁狀突起，厚約0.1μm，高幾微米主要出現(xiàn)在活動(dòng)細(xì)胞(免疫細(xì)胞)邊緣，是細(xì)胞膜下肌動(dòng)蛋白聚合結(jié)果，產(chǎn)生趨化運(yùn)動(dòng)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，腎小管上皮轉(zhuǎn)運(yùn)胱氨酸、二氨基氨基酸(賴氨酸、精氨酸、鳥氨酸)載體蛋白缺陷導(dǎo)致；尿中此四種氨基酸過量，血液中過低其中胱氨酸不溶于水，易形成尿路結(jié)石，引起腎損傷2.腎性糖尿腎小管上皮葡萄糖