細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)和跨膜轉(zhuǎn)運.ppt

第二章 細(xì)胞的基本功能,本 章 提 綱,第一節(jié) 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能,一、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)概述,液態(tài)鑲嵌模型Fluid Mosaic Model,膜是以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層為基架，其間鑲嵌著許多具有不同結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)及少量糖類。（又叫單位膜、生物膜）,Company Logo,脂質(zhì)雙分子層：磷脂(占70%)、膽固醇(占30%)， 屏障作用，保持細(xì)胞內(nèi)容物的相對穩(wěn)定； 細(xì)胞膜蛋白質(zhì)：可分為表面蛋白和整合蛋白。 組成膜通道蛋白，載體蛋白，受體，酶 細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)、能量、信息交換； 細(xì)胞膜糖類：糖蛋白，糖脂 是細(xì)胞特異性的標(biāo)志，作為膜蛋白受體識別 部分參與免疫反應(yīng)，如：RBC膜上的抗原 決定簇；,二、細(xì)胞膜的物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運功能 在新陳代謝過程中，細(xì)胞內(nèi)、外的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物不斷地進行交換，細(xì)胞膜是細(xì)胞內(nèi)、外物質(zhì)交換的唯一途徑。 可分為： （一）被動轉(zhuǎn)運：單純擴散； 易化擴散（通過載體、通道被動轉(zhuǎn)運）； （二）主動轉(zhuǎn)運：原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運； 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運； （三）出胞和入胞,圖中用較大號字母表示溶液的高濃度。（a）通過脂雙層的簡單擴散；（b）通過膜整合蛋白形成的水性通道進行的被動運輸；（c）通過同膜蛋白的結(jié)合進行的幫助擴散，也同（a）和（b）一樣，只能從高濃度向低濃度運輸；（d） 通過載體介導(dǎo)的主動運輸，這種載體主要是酶，能夠催化物質(zhì)從低濃度向高濃度運輸。,（一）被動轉(zhuǎn)運（passive transport） 1. 單純擴散（simple diffusion）： 指脂溶性高（疏水性或非極性程度較高）的小分子物質(zhì)順濃度梯度的跨膜物理擴散。 物質(zhì)：O2、N2、CO2、乙醇、尿素、水分子等； 決定因素：物質(zhì)的濃度梯度、構(gòu)型； 溫度； 膜對物質(zhì)的通透性； 脂溶性分子的大?。?特點：順化學(xué)梯度轉(zhuǎn)運； 不消耗ATP。,2. 易化擴散（facilitated diffusion）： 一些非脂溶性或脂溶性較小的小分子物質(zhì)，在膜上載體蛋白和通道蛋白的幫助下，順電-化學(xué)梯度，從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)擴散的過程。分通道介導(dǎo)和載體介導(dǎo)兩類。 特點： 順化學(xué)梯度轉(zhuǎn)運； 不消耗ATP； 膜蛋白對轉(zhuǎn)運物質(zhì)具有選擇性（膜蛋白分子本身有結(jié)構(gòu)特異性）； 膜通透性可變化.,（1）載體介導(dǎo)的易化擴散 物質(zhì)：Glu、aa和核苷酸等難通過胞膜的物質(zhì)； 轉(zhuǎn)運過程：載體蛋白與物質(zhì)結(jié)合載體蛋白分子變構(gòu) 轉(zhuǎn)運至低濃度側(cè)被轉(zhuǎn)運物與載體蛋白分離； 特點： 結(jié)構(gòu)特異性：每種載體蛋白只能轉(zhuǎn)運某一種或某幾種特定的物質(zhì)；（當(dāng)某種載體蛋白能同時同向或逆向轉(zhuǎn)運兩種或兩種以上物質(zhì)時，這類載體蛋白又常被稱為轉(zhuǎn)運體） 飽和現(xiàn)象：當(dāng)被轉(zhuǎn)運物的濃度升高至一定濃度后，對該物的轉(zhuǎn)運量將不再隨該物濃度的升高而增大，即達(dá)到極限； 競爭性抑制,經(jīng)載體易化擴散 Facilitated diffusion via carrier,飽和現(xiàn)象,（2）通道介導(dǎo)的易化擴散： 物質(zhì)： Na+、 K+、 Ca2+、 Cl- 等帶電離子，水分子（經(jīng)水通 道蛋白跨膜轉(zhuǎn)運）； 轉(zhuǎn)運過程：親水性孔道開放相應(yīng)的帶電離子經(jīng)通道順差 （順濃度梯度或電位梯度）跨膜快速移動； 特點：轉(zhuǎn)運效率大于載體介導(dǎo)的易化擴散； 具有離子選擇性（只允許某種或幾種離子通過）； 具有門控性； 通道門控性類型：a. 電壓門控通道； b. 化學(xué)門控通道； c. 機械門控通道；,a. 電壓門控通道（voltage-gated ion channel）,膜兩側(cè)電位差的改變，導(dǎo)致通道構(gòu)象改變，從而控制通道的“開、關(guān)”，也叫“電壓依從性通道”。如：鈉通道、鈣通道和鉀通道等。,鈉通道,鉀通道,電壓門控通道（voltage-gated ion channel）,膜通透性的大小取決于通道開放數(shù)目的多少,電壓門控通道（voltage-gated ion channel）,實例：神經(jīng)軸突細(xì)胞膜上的某些Na+通道； 心肌細(xì)胞上的鈉通道等；,電壓門控通道的功能狀態(tài)： 靜息狀態(tài)（又稱為備用狀態(tài)）：通道關(guān)閉，能被激活開放。 激活狀態(tài)：通道開放，允許相應(yīng)離子順差跨膜移動。 失活狀態(tài)：通道關(guān)閉并不能被激活。,b. 化學(xué)門控通道（chemically-gated ion channel）,受膜兩側(cè)某種化學(xué)物質(zhì)控制開閉的通道。 如：骨骼肌細(xì)胞終板膜上的N2-乙酰膽堿受體陽離子通道；,受某種機械刺激控制開閉的通道。 如：血壓升高血管壁受到牽張刺激激活平滑肌細(xì)胞上的機械門控通道通道開放 Ca2+內(nèi)流血管收縮,c. 機械門控通道（mechanically-gated ion channel）,電壓和機械門控通道不單純是物質(zhì)（離子）的跨膜轉(zhuǎn)運通路，而且在實現(xiàn)體內(nèi)各種電信號和機械信號的跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)中起關(guān)鍵作用。,（二）主動轉(zhuǎn)運（active transport） 細(xì)胞通過本身的某種耗能過程, 將物質(zhì)逆濃度梯度或逆電位梯度跨膜轉(zhuǎn)運，包括原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（primary active transport）和繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（secondary active transport）； 與被動轉(zhuǎn)運的區(qū)別： 轉(zhuǎn)運方向：逆 & 順 轉(zhuǎn)運所需能量：ATP供能 & 不需能 轉(zhuǎn)運后果：膜兩側(cè)濃度差更大 & 濃度差小,1. 原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（primary active transport） 細(xì)胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量（ATP）將物質(zhì)逆電化學(xué)梯度進行跨膜轉(zhuǎn)運的過程，介導(dǎo)這一過程的膜蛋白稱為離子泵，也叫做ATP酶（ATPase）； 幾種重要的離子泵： 鈉-鉀泵（簡稱鈉泵）：逆差轉(zhuǎn)運3Na+和2K+（反方向），哺乳動物胞膜上普遍存在； 鈣泵：逆差轉(zhuǎn)運鈣離子，主要分布于骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞的肌漿網(wǎng)膜上，保持胞內(nèi)低鈣狀態(tài)； H+-K+泵：逆差轉(zhuǎn)運氫離子和鉀離子（反方向），主要分布于胃黏膜泌腺的壁細(xì)胞的頂膜上，又稱為質(zhì)子泵；,鈉泵,細(xì)胞膜上鈉泵的活動: 分解ATP獲得能量，將Na+泵出 細(xì)胞，同時將K+泵入細(xì)胞。 * 當(dāng)Na+i或K+o時，鈉泵的活動增強。 * 鈉泵的生電性作用：鈉泵每分解1個ATP分子，將 3個 Na+泵出細(xì)胞，同時將 2個K+泵入細(xì)胞，結(jié)果使跨膜 電位差增大。,鈉-鉀-ATP酶泵,鈉鉀泵 （Sodium-potassium Pump）, 細(xì)胞膜上鈉泵活動的結(jié)果: Na+外高內(nèi)低，K+外低內(nèi)高。 細(xì)胞膜上鈉泵活動的生理意義： 胞內(nèi)高鉀, 利于胞質(zhì)內(nèi)的某些代謝反應(yīng)（合成核糖體等）; 維持細(xì)胞正常的滲透壓和形態(tài)：將胞質(zhì)內(nèi)的鈉離子泵出細(xì) 胞，避免細(xì)胞內(nèi)鈉濃度升高，從而降低胞質(zhì)滲透壓，從而 防止過多水分進入細(xì)胞內(nèi)，維持正常的滲透壓和形態(tài)； 建立起一種生理性勢能儲備，為生物電產(chǎn)生、某些物質(zhì)的 （如：葡萄糖、氨基酸、氯離子、氫離子等）繼發(fā)性主動轉(zhuǎn) 運等功能活動提供能量； 維持細(xì)胞內(nèi)pH的穩(wěn)定，鈉泵維持的膜內(nèi)外的Na+差，可使細(xì)胞 代謝產(chǎn)生的H+通過鈉-氫交換機制排出胞外，保持細(xì)胞正常。,2. 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（secondary active transport）,驅(qū)動力并不直接來自ATP分解，而是來自另一物質(zhì)原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運所形成的離子濃度而進行的逆差轉(zhuǎn)運。,小腸上皮細(xì)胞主動轉(zhuǎn)運葡萄糖,繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的基本步驟： (以小腸黏膜上皮細(xì)胞對葡萄糖的吸收為例) 第一步：細(xì)胞基底側(cè)膜上鈉泵活動細(xì)胞內(nèi)Na+，低于腸腔 內(nèi)容物，形成細(xì)胞管腔膜兩側(cè)的Na+濃度梯度（細(xì)胞內(nèi) 低于腸腔內(nèi)容物）。 第二步：腸腔內(nèi)的Na+和Glu與管腔膜上的轉(zhuǎn)運體結(jié)合，順Na+ 的濃度（逆Glu濃度）將Na+和Glu同時移入細(xì)胞內(nèi)。 第三步：細(xì)胞內(nèi)Glu濃度，經(jīng)基底膜上Glu載體蛋白順Glu濃度 梯度轉(zhuǎn)運出細(xì)胞而進入組織液（被吸收）。,腎臟對Glu和aa的主動重吸收,（三）出胞和入胞 某些大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊是通過細(xì)胞復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能變化而進出細(xì)胞的，這是細(xì)胞活動的一種主動過程。 1. 出胞：分泌囊泡逐漸向細(xì)胞