細胞膜與物質(zhì)轉(zhuǎn)運

關(guān)于細胞膜與物質(zhì)轉(zhuǎn)運一、關(guān)于膜的化學組成和結(jié)構(gòu)的早期研究1895年，E.Overton認為：細胞膜由脂質(zhì)組成。1917年，Langmuir脂類單分子膜技術(shù)（膜平衡）：

磷脂：親水區(qū)（極性區(qū)）疏水區(qū)（非極性區(qū)）第2頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1925年E.Gorter-F.Grendel學說:

人紅細胞直徑7um表面積100um21.8～2.2：1由雙層脂質(zhì)分子構(gòu)成第3頁,共56頁，2024年2月25日，星期天二、幾種有代表性的質(zhì)膜模型（一）Danielli-Davson模型（1935年）：

（片層模型、夾層模型、三明治模型）Cole(1932)和Shapiro(1934)：

海膽卵細胞膜張力<油滴J.F.Danielli和H.Harvey(1935)：鮐魚卵油滴實驗

加入蛋白質(zhì)表面張力↓推想：細胞膜←脂質(zhì)，蛋白質(zhì)第4頁,共56頁，2024年2月25日，星期天靜電作用球形蛋白質(zhì)第5頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（二）單位膜模型：（Robertson,1959年）“暗___明___暗”細胞膜細胞質(zhì)2nm3.52++=7.5nm暗明暗

②脂質(zhì)分子極性頭+蛋白質(zhì)層→暗脂雙層非極性尾→亮①蛋白質(zhì)：單層伸展的片狀，β折疊，靜電作用，

內(nèi)、外層不對稱第6頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

合理性：生物膜形態(tài)學上的共性，與觀察到的膜形態(tài)吻合。質(zhì)膜有高電阻；脂溶性的不同物質(zhì)，通透性不同。

不足：把膜看成是靜止的，各種生物膜功能上差異性；各種膜厚度不完全相同；酶的活性同構(gòu)型的關(guān)系；膜蛋白分離難易度不同。

60年代，蛋白和脂結(jié)合主要是疏水鍵；膜脂雙分子層中心分布有蛋白顆粒；膜蛋白是

-螺旋的球形結(jié)構(gòu)。

60年代后期到70年代初期，生物膜具有流動的性質(zhì)。

第7頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（三）流動鑲嵌模型（液態(tài)鑲嵌模型）：

Singer和Nicolson1972年1、脂質(zhì)雙分子層。2、球形膜蛋白鑲嵌在脂雙分子層中。整合、外周、脂錨定式總之：生物膜是嵌有球形蛋白質(zhì)的脂類二維排列的液態(tài)體。鑲嵌蛋白附著蛋白3、流動性。不對稱性。成分、功能生物膜兩大特性第8頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（四）晶格鑲嵌模型：

1975Wallach提出1、脂質(zhì)相變

無序（液態(tài)）有序（固態(tài)）2、膜蛋白對脂類分子的活動有控制作用。界面脂晶格第9頁,共56頁，2024年2月25日，星期天細胞內(nèi)脂雙層膜蛋白生物膜結(jié)構(gòu)的一般模型糖鏈（分布在非胞質(zhì)面）第10頁,共56頁，2024年2月25日，星期天一、膜脂

(一)類型:磷脂生物膜的主要成份。糖脂膽固醇第二節(jié)細胞膜的化學成分脂類、蛋白質(zhì)、糖類1、磷脂：甘油磷脂鞘磷脂第11頁,共56頁，2024年2月25日，星期天X極性頭部基團（親水）非極性尾部基團（疏水）鞘胺醇第12頁,共56頁，2024年2月25日，星期天3、膽固醇：極性頭部平面固醇環(huán)結(jié)構(gòu)非極性尾部2、糖脂：鞘胺醇鞘胺醇半乳糖苷脂第13頁,共56頁，2024年2月25日，星期天水水水磷脂分子團磷脂雙層磷脂脂質(zhì)體第14頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（二）膜脂的流動性：1、運動方式：側(cè)向擴散旋轉(zhuǎn)擺動翻轉(zhuǎn)

2、影響流動性的因素：脂肪酸鏈的長度長-----小脂肪酸鏈的飽和程度大-----小膽固醇的含量多-----小卵磷脂/鞘磷脂大-----大第15頁,共56頁，2024年2月25日，星期天脂質(zhì)雙層非胞質(zhì)面胞質(zhì)面整合蛋白（跨膜蛋白）極性鍵非極性鍵（疏水鍵）

二、膜蛋白：（一）類型：

外周蛋白（附著蛋白）

靜電鍵脂錨定蛋白

共價鍵第16頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

（二）膜蛋白分子的流動：側(cè)向運動旋轉(zhuǎn)人鼠細胞體外融合間接免疫熒光法：

——Frye和Edidin（1970年）成纖維細胞融合——雜交細胞表面抗原分布的變化第17頁,共56頁，2024年2月25日，星期天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）誘導融合膜蛋白(抗原）第18頁,共56頁，2024年2月25日，星期天膜糖類糖類+膜脂共價鍵糖脂糖類+膜蛋白糖蛋白共價鍵細胞內(nèi)三、膜糖類脂雙層膜蛋白細胞衣（糖萼）：細胞外表的糖鏈+

該細胞分泌的糖蛋白細胞衣第19頁,共56頁，2024年2月25日，星期天物質(zhì)的跨膜運輸通透性選擇性細胞

環(huán)境交換的方式：小分子和離子的穿膜運輸。大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡轉(zhuǎn)運。半透膜☆

運輸方式☆

轉(zhuǎn)運機理（難點）☆

基本概念第三節(jié)小分子物質(zhì)的跨膜運輸?shù)?0頁,共56頁，2024年2月25日，星期天一、被動運輸（passivetransport)：

是指物質(zhì)順濃度梯度、不消耗細胞代謝能的穿膜運輸。包括:簡單擴散、易化擴散、通道蛋白介導的運輸（一）簡單擴散

（simplediffusion）：單純擴散、自由擴散(freediffusion)

指不借助膜蛋白、不消耗細胞代謝能而使物質(zhì)順濃度梯度自由穿膜的運輸方式。第21頁,共56頁，2024年2月25日，星期天高濃度低濃度脂質(zhì)雙分子層電化學梯度影響通透性的因素：分子大小、脂溶程度、帶電性適合簡單擴散的物質(zhì)：

非極性小分子:苯、醇、O2、CO2、N2

。不帶電荷的極性小分子：H2O、尿素、甘油。

第22頁,共56頁，2024年2月25日，星期天＊

膜轉(zhuǎn)運蛋白(membranetransportprotein)：通道蛋白（channelprotein)載體蛋白(carrierprotein)（二）易化擴散(facilitateddiffusion)

：

——葡萄糖的轉(zhuǎn)運為例

①概念：

借助于載體的幫助、不消耗細胞代謝能、使物質(zhì)順濃度梯度轉(zhuǎn)運的方式。幫助擴散第23頁,共56頁，2024年2月25日，星期天③特點：速度快、高度選擇性、速率最大值。②機制：④適于易化擴散的物質(zhì)：

親水性物質(zhì)：葡萄糖、氨基酸、核苷酸無機離子：Na+、K+、CIˉ、H+

高濃度低濃度電化學梯度脂雙分子層載體蛋白第24頁,共56頁，2024年2月25日，星期天②機理：通道蛋白高濃度低濃度電化學梯度簡單擴散（三）通道蛋白介導的運輸：①可轉(zhuǎn)運的物質(zhì)：適當大小的帶電荷的分子或離子，如：Na+,K+,Ca2+,H2O。第25頁,共56頁，2024年2月25日，星期天③通道蛋白類型：持續(xù)開放間斷開放——閘門通道高濃度低濃度電化學梯度通道蛋白配體配體閘門通道電壓閘門通道第26頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共56頁，2024年2月25日，星期天神經(jīng)肌肉連接處的閘門通道④通道蛋白特點：運輸速度快（10000000個/S）；具有選擇性（已發(fā)現(xiàn)50）多種。第28頁,共56頁，2024年2月25日，星期天二、主動運輸(activetransport)：

借助于載體蛋白、通過消耗代謝能、將物質(zhì)逆濃度梯度轉(zhuǎn)移的運輸方式。

能量來源:ATP、吸收光能、間接利用

（一）ATP提供能量的離子泵轉(zhuǎn)運:1、鈉鉀泵（Na+–K+

pump）實質(zhì)：Na+–k+ATP酶（鈉鉀泵），載體和酶。工作原理：結(jié)構(gòu)2個α大亞基2個β小亞基胞質(zhì)側(cè)結(jié)合Na+、ATP非胞質(zhì)側(cè)結(jié)合k+

、烏苯苷第29頁,共56頁，2024年2月25日，星期天細胞質(zhì)鉀濃度梯度[30倍]鈉濃度梯度[13倍]KNa++泵大亞基大亞基小亞基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亞基大亞基大亞基K+ATPADP+Pi鈉結(jié)合部位K+Pi大亞基大亞基小亞基鉀結(jié)合部位Mg+Pi第30頁,共56頁，2024年2月25日，星期天水解1分子ATP：排出3Na+、攝入2k+，

100個ATP/秒。2、Ca+-ATP酶（鈣泵）：細胞膜外高Ca+內(nèi)低ATPCa+3、H+-ATP酶（質(zhì)子泵）：線粒體葉綠體溶酶體胃壁細胞

肌細胞膜肌漿網(wǎng)膜高Ca+泵Ca+ATP第31頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（二）耦聯(lián)運輸（coupledtransport）：

（協(xié)同運輸）（cotransport）小腸上皮細胞Na+與葡萄糖的協(xié)同運輸?shù)?2頁,共56頁，2024年2月25日，星期天小腸上皮細胞吸收葡萄糖示意圖第33頁,共56頁，2024年2月25日，星期天協(xié)同運輸ATP離子濃度梯度（Na+）（離子梯度驅(qū)動的主動運輸）

“小分子物質(zhì)轉(zhuǎn)運”小結(jié):

*

物質(zhì)本身的性質(zhì)。

*

有無膜蛋白參與通道蛋白載體蛋白

*

物質(zhì)運輸方向

*

是否消耗細胞代謝能第34頁,共56頁，2024年2月25日，星期天被動運輸主動運輸小分子物質(zhì)的跨膜運輸方式：

通道蛋白的擴散易化擴散

主動運輸小結(jié)：被動運輸簡單擴散協(xié)同運輸鈉鉀泵無轉(zhuǎn)運蛋白參與有轉(zhuǎn)運蛋白參與第35頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜運輸（膜泡轉(zhuǎn)運）☆掌握：1、囊泡的類型；

2、轉(zhuǎn)運過程（機理）第36頁,共56頁，2024年2月25日，星期天一、轉(zhuǎn)運囊泡的類型：——包被囊泡第37頁,共56頁，2024年2月25日，星期天信號序列分選信號肽

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)駐留蛋白膜蛋白可溶性蛋白第38頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1、網(wǎng)格蛋白：電鏡下觀察到的有被小泡作用：牽動質(zhì)膜內(nèi)陷（一）網(wǎng)格蛋白包被的組成：二、網(wǎng)格蛋白囊泡的運輸3條重鏈+3條輕鏈→三叉蛋白復合體第39頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、接頭蛋白（接合素、調(diào)節(jié)素）：接頭蛋白的作用：識別并捕獲被轉(zhuǎn)運分子。把被轉(zhuǎn)運分子連接到網(wǎng)格蛋白上。信號序列AP家族:AP1A、AP1B、AP2AP3A、AP3B、AP4第40頁,共56頁，2024年2月25日，星期天蛋白包被的功能：牽拉生物膜形成芽泡；協(xié)助捕獲要轉(zhuǎn)運的物質(zhì)。（二）囊泡的形成有被小窩有被小泡動力素：GTP酶-----裝配反應因子(ARF)

作用：“縊割”囊泡使之脫離細胞膜第41頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第42頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（三）囊泡的錨定以及與靶膜的融合

——卸載轉(zhuǎn)運物質(zhì)1993年Rothman、Soller等提出SNARE假說：

①N–乙基馬來酰亞胺敏感性融合蛋白(因子)(NSF)：

ATP酶②NSF附著蛋白(SNAP)(融合錨定蛋白)：

增加NSF的ATP酶活性③SNAP受體(SNARE)：轉(zhuǎn)運小泡膜

V–SNARE

靶膜

t–SNARE

第43頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第44頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、分泌方式：

固有分泌

持續(xù)進行，普遍存在于所有細胞。調(diào)節(jié)分泌

暫存于分泌泡，細胞外信號物質(zhì)，特化細胞，分泌量大。第五節(jié)細胞膜的胞吐與胞吞作用一、胞吐作用（出胞作用）（exocytosis）：

——以分泌蛋白為例1、過程:

核糖體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→細胞膜第45頁,共56頁，2024年2月25日，星期天NSFSNAPV–SNAREt–SNARE“分子夾”突觸結(jié)合蛋白固有分泌細胞膜高爾基體ATPADP+Pi轉(zhuǎn)運小泡7S復合物20S復合物分泌至細胞外受調(diào)分泌細胞膜

轉(zhuǎn)運小泡其上有分子夾

此復合物上由于有分子夾，使SNAP不能與該復合物結(jié)合細胞外信號

分子夾移位或脫落，使SNAP與SNARE復合物結(jié)合ATPADP+Pi分泌至細胞外第46頁,共56頁，2024年2月25日，星期天二、胞吞作用（入胞作用)(endocytosis)1、吞噬作用:(phagocytosis)固態(tài)顆粒；囊泡Φ>250nm

單細胞生物原蟲——捕食動物的免疫細胞——抵御微生物清除衰老細胞第47頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、吞飲作用(pinocytosis)：

液體、小顆粒；囊泡Φ<150nm連續(xù)進行，存在于所有細胞，基本內(nèi)吞作用

第48頁,共56頁，2024年2月25日，星期天3、受體介導的內(nèi)吞作用

(receptor-mediatedendocytosis)：特異性過程選擇性濃縮（被轉(zhuǎn)運物質(zhì)）配體