醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜與物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)第三講-趙崴課件_第1頁(yè)
醫(yī)學(xué)細(xì)胞生物學(xué)細(xì)胞膜與物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)第三講-趙崴課件_第2頁(yè)
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小腸上皮細(xì)胞層各種細(xì)胞連接緊密連接黏合帶橋粒角質(zhì)纖維間隙連接半橋?;讓蛹?xì)胞膜與物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)膜內(nèi)外物質(zhì)的運(yùn)輸小分子物質(zhì)穿膜運(yùn)輸大分子物質(zhì)膜泡運(yùn)輸被動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸胞吞作用胞吐作用

細(xì)胞膜是選擇性半透膜圖示人工脂雙層對(duì)各種分子的相對(duì)通透性高濃度低濃度電化學(xué)梯度一、單純擴(kuò)散(simplediffusion)單純擴(kuò)散:不需要消耗能量不依靠專一膜蛋白分子順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1.通道蛋白在膜上形成親水孔道介導(dǎo)離子轉(zhuǎn)運(yùn)2.載體蛋白通過(guò)構(gòu)象改變進(jìn)行物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)二、離子通道擴(kuò)散以其親水區(qū)構(gòu)成親水通道和離子通道有些通道蛋白處于持續(xù)開(kāi)放狀態(tài):例如:鉀泄漏通道多數(shù)通道為閘門通道電壓門控通道(voltage-gatedchannel)通道蛋白在跨膜電位變化時(shí)開(kāi)放電壓門控通道主要存在于可興奮細(xì)胞配體門控通道(ligand-gatedchannel)是離子通道型受體與胞外特定配體結(jié)合,構(gòu)象改變,“閘門”打開(kāi),允許某種離子快速跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)如圖:乙酰膽堿受體是典型的配體門控通道

通道蛋白配體高濃度低濃度配體閘門通道特點(diǎn):通道蛋白在與神經(jīng)遞質(zhì)或其他信號(hào)分子結(jié)合時(shí)開(kāi)放神經(jīng)肌肉接頭處離子通道的作用

神經(jīng)-肌接頭處的閘門通道載體蛋白高濃度低濃度三、易化擴(kuò)散不需要消耗細(xì)胞代謝的能量,而將物質(zhì)從濃度高的一側(cè)經(jīng)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)至濃度低的一側(cè)。單純擴(kuò)散易化擴(kuò)散離子通道擴(kuò)散被動(dòng)運(yùn)輸哺乳動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)外離子濃度比較)成份細(xì)胞內(nèi)濃度(mmol/L細(xì)胞外濃度(mmol/L)107×10(pH7.2)Na+K+Mg2+Ca2+H+Cl-×14551~21~2410-55~151400.5-75~15110-5(pH7.2)固定的陰離子高0四、主動(dòng)運(yùn)輸(activetransport)主動(dòng)運(yùn)輸:載體蛋白介導(dǎo)

逆濃度梯度或電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)運(yùn)主動(dòng)運(yùn)輸ATP直接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸

(離子泵)

間接利用ATP的主動(dòng)運(yùn)輸

(協(xié)同運(yùn)輸)

細(xì)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鈉鉀泵的生物學(xué)意義維持了細(xì)胞內(nèi)低鈉高鉀的特殊離子濃度1.調(diào)節(jié)細(xì)胞容積,維持滲透壓2.膜電位的產(chǎn)生3.促進(jìn)物質(zhì)吸收1、同向協(xié)同(symport)物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相同如小腸細(xì)胞對(duì)葡萄糖吸收2、反向協(xié)同(antiport)

物質(zhì)跨膜運(yùn)動(dòng)的方向與離子轉(zhuǎn)移的方向相反如Na+/H+反向協(xié)同運(yùn)輸調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的PH值Na+驅(qū)動(dòng)的Cl--HCO3-交換

腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖入血主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn):①逆濃度梯度(逆化學(xué)梯度)運(yùn)輸;②需要能量;③都有載體蛋白。主動(dòng)運(yùn)輸所需的能量來(lái)源主要有:①通過(guò)水解ATP獲得能量;②離子濃度梯度;

大分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸EndocytosisandExocytosis胞吐作用吞噬作用吞噬體phagosome胞飲作用吞飲體pinosome一、胞吞作用(endocytosis)又稱入胞作用或內(nèi)吞作用,是通過(guò)質(zhì)膜的變形運(yùn)動(dòng)將細(xì)胞外物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞內(nèi)的過(guò)程。分為三類1.吞噬作用2.吞飲作用3.受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用攝入直徑大于1μm的顆粒物質(zhì)如細(xì)菌、細(xì)胞碎片等。形成的小囊泡稱吞噬體。(一)、吞噬作用(phagocytosis)是細(xì)胞攝入溶質(zhì)或液體的過(guò)程。形成的小囊泡稱胞飲體。(二)、胞飲作用(pinocytosis)(三)受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用(receptor—mediatedendocytosis)與受體結(jié)合特異、高效的攝取細(xì)胞外大分子的方式LDL、轉(zhuǎn)鐵蛋白、VB12、鐵離子的攝取2.受體介導(dǎo)的LDL內(nèi)吞作用低密度脂蛋白顆粒的分子結(jié)構(gòu):中心含有大約1500個(gè)酯化的膽固醇分子,其外包圍著800個(gè)磷脂分子和500個(gè)游離的膽固醇分子,載脂蛋白LDL受體:具有839個(gè)氨基酸殘基

的單次跨膜糖蛋白。LDL受體介導(dǎo)的內(nèi)吞過(guò)程:低密度脂蛋白顆粒細(xì)胞質(zhì)LDL顆粒LDL受體有被小窩有被小泡無(wú)被小泡胞內(nèi)體受體與大分子顆粒分開(kāi)胞內(nèi)體部分胞內(nèi)體部分

初級(jí)溶酶體吞噬溶酶體受體再循環(huán)LDL受體介導(dǎo)的內(nèi)吞過(guò)程圖中所示是培養(yǎng)的成纖維細(xì)胞質(zhì)膜對(duì)LDL的內(nèi)吞作用。LDL顆粒與含鐵的轉(zhuǎn)鐵蛋白共價(jià)相連,電子顯微鏡下所見(jiàn)的黑點(diǎn)是小分子的鐵。(a)LDL與細(xì)胞表面的受體結(jié)合并形成有網(wǎng)格蛋白包被的小窩;(b)含有LDL的被膜小窩向下凹陷逐漸形成被膜小泡;(c)含有轉(zhuǎn)鐵蛋白標(biāo)記的LDL被膜小泡;(d)含有轉(zhuǎn)鐵蛋白標(biāo)記的LDL顆粒的無(wú)被小泡。

二、胞吐作用(exocytosis)某些代謝廢物及細(xì)胞分泌物被質(zhì)膜包裹形成的小囊泡從細(xì)胞內(nèi)部移至細(xì)胞表面,與質(zhì)膜融合,將物質(zhì)排出細(xì)胞之外。兩種胞吐形式:1.結(jié)構(gòu)性分泌(constitutivepathwayofsecretion):分泌蛋白、高爾基體分泌囊泡。

2.調(diào)節(jié)性分泌(regulatedpathwayofsecretion):儲(chǔ)存于分泌囊泡、外界信號(hào)。結(jié)構(gòu)性分泌調(diào)節(jié)性分泌有被小泡的被是什么?囊泡為什么會(huì)從質(zhì)膜上脫落下來(lái)?分泌小泡為什么會(huì)與靶膜特異性融合呢???三、分子基礎(chǔ)(一)衣被類型網(wǎng)格蛋白(clathrin)COPICOPII主要作用:1.選擇性的將特定蛋白聚集在一起,形成運(yùn)輸小泡2.如同模具一樣決定運(yùn)輸小泡的外部特征。網(wǎng)格蛋白衣被小泡相關(guān)運(yùn)輸途徑:質(zhì)膜→內(nèi)體,高爾基體→內(nèi)體,高爾基體→溶酶體。結(jié)構(gòu):由3個(gè)重鏈和3個(gè)輕鏈組成,形成一個(gè)具有3個(gè)曲臂的形狀。許多網(wǎng)格蛋白的曲臂部分交織在一起,形成具有5邊形網(wǎng)孔的籠子。A三腿復(fù)合物B包被亞基C網(wǎng)格蛋白小泡Clathrincoatedvesicles網(wǎng)格衣被小泡的形態(tài)銜接蛋白(adaptin):也稱接合素,介于網(wǎng)格蛋白與配體受體復(fù)合物之間,起連接作用。目前至少發(fā)現(xiàn)4種,分別結(jié)合不同類型的配體受體復(fù)合物,形成不同性質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)小泡。目前AP1、AP2、AP3性質(zhì)已經(jīng)明確。接合素捕獲轉(zhuǎn)運(yùn)分子,并與網(wǎng)格蛋白一起組成轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng),定向轉(zhuǎn)運(yùn)生物大分子。有被小窩與有被小泡的形成動(dòng)力素(dynamin):當(dāng)網(wǎng)格蛋白衣被小泡形成時(shí),可溶性蛋白dynamin聚集成一圈圍繞在芽的頸部,將小泡柄部的膜盡可能地拉近(小于1.5nm),從而導(dǎo)致膜融合,掐斷(pinchoff)衣被小泡。小結(jié)離子通道擴(kuò)散細(xì)胞膜異常與疾病一、載體蛋白異常與疾病二、離子通道缺陷與疾病三、膜受體異常與疾病四、癌細(xì)胞的細(xì)胞膜特性改變膜受體異常與疾病1.家族性高膽固醇血癥(familialhypercholesterolemia)編碼LDL受體的基因突變引起常染色體顯性遺傳病LDL受體異常主要包括:受體缺乏和受體結(jié)構(gòu)異常由于細(xì)胞不能攝取LDL顆粒,引起血液中膽固醇濃度升高并在血液中沉積,患者會(huì)過(guò)早地發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化和冠心病。細(xì)胞膜上LDL受體缺陷示意圖2、重癥肌無(wú)力癥也是一種受體異常的疾病,不缺乏N型乙酰膽堿受體(N-Ach),產(chǎn)生了抗N-Ach的抗體。抗N-Ach受體的抗體阻斷受體可能的效應(yīng)機(jī)制:阻斷受體-配體的結(jié)合,封閉配體作用引起細(xì)胞內(nèi)吞受體,導(dǎo)致受體數(shù)目減少激活補(bǔ)體,導(dǎo)致受體從膜上脫落癌細(xì)胞的細(xì)胞膜特性改變

㈠腫瘤細(xì)胞膜表面特性發(fā)生改變

當(dāng)細(xì)胞癌變后,質(zhì)膜發(fā)生很多功能上的變化:

1、細(xì)胞膜通透性增強(qiáng)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)速度大,促使腫瘤細(xì)胞快速生長(zhǎng)腫瘤細(xì)胞水解酶及代謝產(chǎn)物向外“滲漏”,破壞正常組織,有助于腫瘤細(xì)胞侵襲。

2、接觸抑制喪失腫瘤細(xì)胞不斷分裂,造成惡性增殖。

3、細(xì)胞膜粘著力降低癌細(xì)胞容易從原發(fā)部位脫落、轉(zhuǎn)移。

4、與植物凝集素起凝集反應(yīng)腫瘤細(xì)胞表面的糖受體在分布上與正常細(xì)胞不同,能快速移動(dòng)集中,如:與conA高度結(jié)合,發(fā)生凝集。

5、抗原性的改變某些腫瘤細(xì)胞表面出現(xiàn)新特異性抗原,如:腸癌病人血清中出現(xiàn)癌胚抗原;O型血胃

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