第六章細(xì)胞的基本功能

第六章細(xì)胞的基本功能膜的通透性

(permeability)---膜有選擇性地允許或阻止一定物質(zhì)穿越的性能。概述物質(zhì)運(yùn)輸形式跨膜運(yùn)輸

——小分子和離子的運(yùn)輸（Transmembranetransport）膜泡運(yùn)輸

——大分子和顆粒物質(zhì)的運(yùn)輸（Vesiculartransport）第一節(jié)細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能一、跨膜運(yùn)輸1、膜對(duì)物質(zhì)分子的通透性

------取決于物質(zhì)本身分子特性及膜的結(jié)構(gòu)屬性物質(zhì)本身分子特性1、分子量大小2、脂溶性程度人工脂雙層膜對(duì)不同分子的相對(duì)透性膜結(jié)構(gòu)屬性1、脂質(zhì)雙層2、膜蛋白特性(一)小分子和離子的跨膜機(jī)制2、膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)工具----膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：轉(zhuǎn)運(yùn)特定類型物質(zhì)的膜蛋白①載體蛋白(carrierprotein)：通過蛋白質(zhì)發(fā)生可逆的構(gòu)象變化進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸②通道蛋白(channelprotein)：蛋白質(zhì)在膜上形成一個(gè)親水性通道，允許特定溶質(zhì)穿越★按運(yùn)輸機(jī)制分類3、膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方向的控制因素----物質(zhì)的電化學(xué)梯度（包括濃度梯度和跨膜電壓）★根據(jù)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與能量耦聯(lián)，分為兩種運(yùn)輸方式：①被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(passivetransport)：物質(zhì)借助于膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，順著電化學(xué)梯度自發(fā)穿越細(xì)胞膜，不需消耗能量②主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(activetransport)：物質(zhì)借助于膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，逆著電化學(xué)梯度穿越細(xì)胞膜，需消耗能量載體蛋白----既可參與主動(dòng)運(yùn)輸又可參與被動(dòng)運(yùn)輸通道蛋白----只參與被動(dòng)運(yùn)輸1、單純擴(kuò)散(simplediffusion)特點(diǎn)：不需要消耗細(xì)胞代謝能，不依靠專一膜蛋白分子，使物質(zhì)順濃度梯度從膜一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)到另一側(cè)(二)小分子和離子的穿膜運(yùn)輸方式2、離子通道擴(kuò)散（Ion

channeldiffusion）特點(diǎn)：快速、特異性強(qiáng)，由通道蛋白構(gòu)成的閘門控制間斷開放，順電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)，不需要消耗細(xì)胞代謝能離子通道蛋白的類型：A電壓門控通道(voltagegatedchannel)B配體門控通道(ligandgatedchannel)C機(jī)械門控通道(mechanicalgatedchannel)3、易化擴(kuò)散（facilitateddiffusion)特點(diǎn)：借助于載體蛋白的幫助，不消耗代謝能，

順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)4、離子泵（Ionpump）★★鈉鉀泵(Na+-K+pump)①化學(xué)本質(zhì)：Na+-K+ATP酶，兼有載體蛋白和酶的雙重活性②化學(xué)組成：大亞基：跨膜蛋白，催化部位小亞基：膜外半嵌入的糖蛋白，作用不詳內(nèi)側(cè)：Na+、ATP的結(jié)合部位外側(cè)：K+、烏本苷的結(jié)合部位特點(diǎn)：借助于載體蛋白的幫助，消耗代謝能Na+Na+PNa+PPK+PK+K+③運(yùn)輸過程：——逆電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)運(yùn)Na+和K+④工作效率1個(gè)ATP酶分子每秒鐘水解1000個(gè)ATP分子，進(jìn)行1000次Na+、K+的主動(dòng)運(yùn)輸；每水解1分子ATP所釋放的能量可泵出3個(gè)Na+，同時(shí)泵入2個(gè)K+。⑤生理意義A、維持細(xì)胞內(nèi)外鈉、鉀離子的濃度梯度；B、維持膜電位；C、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外滲透壓；D、為細(xì)胞主動(dòng)運(yùn)輸葡萄糖、氨基酸提供驅(qū)動(dòng)力。5、伴隨運(yùn)輸(cotransport)由Na+-K+泵與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式?！镡c離子濃度梯度驅(qū)動(dòng)的葡萄糖主動(dòng)運(yùn)輸

由兩種載體蛋白協(xié)同完成①鈉鉀泵：將Na+泵出細(xì)胞，造成胞內(nèi)外的Na+濃度梯度②葡萄糖特異性載體蛋白：利用Na+勢(shì)能驅(qū)動(dòng)，結(jié)合葡萄糖，使之與Na+相伴進(jìn)入細(xì)胞（因此又稱共運(yùn)輸或同向協(xié)同運(yùn)輸）單運(yùn)輸：葡萄糖載體蛋白、鈉鉀泵等載體單純轉(zhuǎn)運(yùn)一種物質(zhì)的運(yùn)輸方式。協(xié)同運(yùn)輸：鈉鉀泵和葡萄糖特異性載體蛋白同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)兩種物質(zhì)的運(yùn)輸方式。 如果同方向轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)，稱為共運(yùn)輸或同向協(xié)同運(yùn)輸。 如果相反方向轉(zhuǎn)運(yùn)兩種物質(zhì)，稱為對(duì)向運(yùn)輸或逆向協(xié)同運(yùn)輸。二、膜泡運(yùn)輸概念：大分子及顆粒物質(zhì)并不直接穿越細(xì)胞膜，而是通過一系列膜囊泡的形成和融合來完成物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，此過程需消耗能量?！铩锓诸惏套饔冒伦饔猛淌勺饔冒嬜饔檬荏w介導(dǎo)的胞吞作用結(jié)構(gòu)性分泌調(diào)節(jié)性分泌（一）胞吞作用(endocytosis)定義：細(xì)胞表面發(fā)生內(nèi)陷，由細(xì)胞膜將胞外大分子或顆粒物質(zhì)包圍成小泡，脫離細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)輸過程。1.吞噬作用(phagocytosis)※指細(xì)胞內(nèi)吞較大固體顆?；蚍肿訌?fù)合物的過程，如細(xì)菌、無機(jī)塵粒、細(xì)胞碎片等※吞噬作用形成的囊泡稱吞噬體（phagosome)※是原生動(dòng)物獲取營(yíng)養(yǎng)的重要方式※在高等動(dòng)物和人類是機(jī)體免疫系統(tǒng)的重要功能2.胞飲作用(pinocytosis)※指細(xì)胞內(nèi)吞大分子溶液物質(zhì)或極微小顆粒物的活動(dòng)※吞飲形成的囊泡稱胞飲體（pinosome）或胞飲小泡★

3.受體介導(dǎo)的胞吞作用(receptormediatedendocytosis)概念：特異性很強(qiáng)的胞吞作用，大分子與質(zhì)膜上的受體特異性結(jié)合，然后內(nèi)陷成有被小窩，繼之形成有被小泡，完成物質(zhì)傳送。細(xì)胞對(duì)膽固醇的攝取為例：（二）胞吐作用(exocytosis)細(xì)胞內(nèi)某些物質(zhì)由膜包圍成小泡從細(xì)胞內(nèi)部逐步移到質(zhì)膜下方，與質(zhì)膜融合，把物質(zhì)排到細(xì)胞外的運(yùn)輸過程。概念按作用方式分類組成性分泌（constitutive

secretion）調(diào)節(jié)性分泌（

regulatedsecretory）第三節(jié)細(xì)胞通訊（一）直接通訊★縫隙連接（gapjunction）——通訊連接的主要形式組織分布：普遍存在各種組織細(xì)胞中(成熟骨骼肌細(xì)胞和循環(huán)系統(tǒng)中的血細(xì)胞除外)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：連接子（connexon）是間隙連接的結(jié)構(gòu)單位。每個(gè)連接子由6個(gè)穿膜的膜內(nèi)在蛋白質(zhì)分子圍成，中央有直徑2nm的通道，相鄰細(xì)胞膜的連接子一一對(duì)接，孔道相通，允許一定分子量的物質(zhì)通過。特殊功能：除使細(xì)胞牢固連接外，主要介導(dǎo)細(xì)胞間通訊。細(xì)胞膜細(xì)胞間隙2-4nm連接小體跨膜蛋白分子孔道φ2.0nm9-10nm兩個(gè)連接小體間的通道相對(duì)接（間隙連接的基本單位）（二）間接通訊細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）通過化學(xué)信號(hào)分子而實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞的生命活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)的現(xiàn)象。細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程包括①胞外信號(hào)分子，即信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的第一信使，包括激素、神經(jīng)遞質(zhì)、藥物、光子等；②細(xì)胞表面以及細(xì)胞內(nèi)部能接受這些化學(xué)信號(hào)分子的受體；③受體將信號(hào)分子所攜帶的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)信號(hào)分子，也稱為信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中的第二信使；④信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的蛋白質(zhì)變化及其所引發(fā)的細(xì)胞行為的改變。

配體（ligand）：細(xì)胞所接受的信號(hào)，包括物理信號(hào)（光、熱、電流）和化學(xué)信號(hào)，在有機(jī)體間和細(xì)胞間的通訊中最廣泛的信號(hào)是化學(xué)信號(hào)，也統(tǒng)稱為第一信使（firstmessenger）。從化學(xué)結(jié)構(gòu)來看細(xì)胞信號(hào)分子包括：短肽、蛋白質(zhì)、氣體分子（NO、CO）、以及氨基酸、核苷酸、脂類和膽固醇衍生物等。

從產(chǎn)生和作用方式來看：

可將胞外的化學(xué)信號(hào)分為內(nèi)分泌激素、神經(jīng)遞質(zhì)、局部化學(xué)介導(dǎo)因子和氣體分子等四類。

受體（receptor）

作為一種具有特定功能的蛋白質(zhì)，或存在于細(xì)胞膜上，或存在于細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核內(nèi)，它能接受外界的信號(hào)并將這一信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的一系列生物化學(xué)反應(yīng)，從而對(duì)細(xì)胞的結(jié)構(gòu)或功能產(chǎn)生影響。

受體所接受的外界信號(hào)包括：

神經(jīng)遞質(zhì)、激素、生長(zhǎng)因子、光子、某些化學(xué)物質(zhì)（如可誘導(dǎo)嗅覺和味覺的化學(xué)物質(zhì)）及其他細(xì)胞外信號(hào)。這些不同的配體作用于不同的受體而產(chǎn)生不同的生物學(xué)效應(yīng)。根據(jù)受體存在的部位可分為：細(xì)胞表面受體（cellsurfacereceptor）以及細(xì)胞內(nèi)受體（intracellularreceptor）。此外，還有一種類型受體存在于細(xì)胞膜上，配體與這種受體特異性結(jié)合介導(dǎo)了細(xì)胞的內(nèi)吞作用，形成內(nèi)吞體從而將配體分子帶入細(xì)胞。

細(xì)胞表面受體——膜受體

包括：

酪氨酸激酶受體(tyrosinekinasereceptor)G蛋白偶聯(lián)受體(G-protein-coupledreceptor,

GPCR)

細(xì)胞因子受體(cytokinereceptor)

配體閘門通道(ligandgatedchannel

)

鳥苷環(huán)化酶受體（guanylylcyclasereceptor）

腫瘤壞死因子受體(tumournecrosisfactorreceptor,

TNFR)Toll樣受體Notch受體Hedgehog受體Wnt受體胞內(nèi)受體：胞質(zhì)受體(cytosolreceptor

)

核受體

(nuclearreceptor)

胞內(nèi)受體的配體多為甾體類激素，如類固醇激素類、甲狀腺素類激素等。這些小分子可直接以簡(jiǎn)單擴(kuò)散的方式或借助于某些載體蛋白跨越靶細(xì)胞膜，與位于胞質(zhì)或胞核內(nèi)的受體結(jié)合。

細(xì)胞質(zhì)中介導(dǎo)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的蛋白質(zhì)主要涉及：蛋白激酶、蛋白磷酸酶、GTP結(jié)合蛋白以及銜接蛋白。

蛋白激酶、蛋白磷酸酶和GTP結(jié)合蛋白通過幾乎同樣的方法調(diào)控細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，即都涉及到磷酸基團(tuán)的添加或去除。GTP結(jié)合蛋白與GTP結(jié)合后即被活化，活化后的GTP結(jié)合蛋白發(fā)揮GTP酶（GTPase）的作用，將