1、第一节第一节 细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能 细胞细胞膜膜 脂质双分子层：脂质双分子层：蛋白质：蛋白质：糖类糖类 屏障作用屏障作用 与物质、能量和信与物质、能量和信息的跨膜转运有关。息的跨膜转运有关。一、一、细胞膜的分子结构细胞膜的分子结构 表面蛋白表面蛋白 整合蛋白整合蛋白 膜的结构和组成膜的结构和组成:1972,Singer Nicholson (fluid mosaic model)“液态镶嵌模型”:脂质双分子层脂质双分子层 +蛋白质蛋白质 在电镜下可分为三层，总厚度约在电镜下可分为三层，总厚度约7.5-10 nm。蛋白质蛋白质55%，磷脂类，磷脂类25%，胆固醇，胆固醇13%
2、，其他脂，其他脂类类4%，少量糖类，少量糖类3%。(一一)脂质：脂质：磷脂、鞘脂、胆固醇、糖脂等：形成液态磷脂、鞘脂、胆固醇、糖脂等：形成液态双分子层双分子层 (二二)蛋白质蛋白质 表面蛋白质与整合蛋白质：细胞骨架，识表面蛋白质与整合蛋白质：细胞骨架，识别、酶、受体、转运、载体、通道别、酶、受体、转运、载体、通道(三三)糖类糖类 主要为寡糖和多糖链：细胞的特异性主要为寡糖和多糖链：细胞的特异性“标标志志”受体识别、抗原决定簇受体识别、抗原决定簇 二、跨细胞膜的物质转运二、跨细胞膜的物质转运 质膜对绝大多数极性分子是不通透的屏障（一）单纯扩散（一）单纯扩散(simple diffusion)1、
3、扩散：、扩散：高浓度区域中的溶质分子向低浓度区域移动。2、单纯扩散：、单纯扩散：脂溶性物质分子按扩散原理作跨膜运脂溶性物质分子按扩散原理作跨膜运 动或转运。动或转运。3、某一物质跨膜扩散量的大小由膜两侧该物质、某一物质跨膜扩散量的大小由膜两侧该物质的浓度差和的浓度差和通透性通透性（通过膜的难易程度：脂溶性（通过膜的难易程度：脂溶性的大小以及分子大小、所带电荷）等决定。的大小以及分子大小、所带电荷）等决定。4、O2,NO,CO2 乙醇等，水乙醇等，水=单纯扩散单纯扩散+水通道水通道(二二)易化扩散易化扩散 1.经载体易化扩散经载体易化扩散 高浓度高浓度 低浓度低浓度 溶质溶质 载体载体 载体变构
4、载体变构 结合位点结合位点 其特点：其特点：(1)结构特异性结构特异性(2)饱和现象饱和现象(3)竞争性抑制竞争性抑制 葡萄糖、氨基酸等 载体介导载体介导 （Carrier mediated Carrier mediated diffusiondiffusion）溶质浓度与扩散速度的关系(载体介导)Vmax 扩散速度 溶质浓度 特点：结构特异性 饱和现象 竞争性抑制 2.经通道易化扩散经通道易化扩散 概念：带电离子由通道蛋白的介导，顺电化学梯概念：带电离子由通道蛋白的介导，顺电化学梯度的跨膜扩散。度的跨膜扩散。水水 相相 孔孔 道道 通道通道 离子离子 高浓度高浓度 低浓度低浓度 离子通道：离
5、子通道：贯穿脂质双贯穿脂质双层，中央带有亲水性孔道的层，中央带有亲水性孔道的膜蛋白。膜蛋白。Ca2+通道：通道：3种以上。种以上。K+通道：通道：7种以上种以上。特性特性：（1）离子的选择性：）离子的选择性：每种通道对一种或几种离子每种通道对一种或几种离子 有较高有较高 的通透性，对其他离子不易或不能通过。取决于孔道的口的通透性，对其他离子不易或不能通过。取决于孔道的口 径、其内壁的化学结构和带电状况。径、其内壁的化学结构和带电状况。Na+通道、通道、K+通道、通道、Ca2+通道等。通道等。（2）门控（）门控（gating)特性：特性：通道内的闸门通道内的闸门(gate)样结构控制其样结构控制
6、其 开放和关闭开放和关闭,其过程称为其过程称为 电压门控通道（电压门控通道（voltage-gated ion channel)：通道的开闭受膜两侧电位差控制通道的开闭受膜两侧电位差控制 化学门控通道（化学门控通道（chemically-gated ion channel)通道的开闭受某些化学物质控制通道的开闭受某些化学物质控制 机械门控通道（机械门控通道（mechanically-gated ion channel)机械变化导致通道的开闭机械变化导致通道的开闭 离子通道的选择性离子通道的选择性 离子通道离子通道 开放和关闭开放和关闭 被动转运被动转运特点：特点：（1 1）其动力来自物质自身的
7、热运动。其动力来自物质自身的热运动。（2 2）由高浓度移向低浓度：有选择性）由高浓度移向低浓度：有选择性 （3 3）通透性可改变）通透性可改变 被动转运被动转运(passive transport)：不消耗能量，顺浓度或：不消耗能量，顺浓度或电位梯度的转运：电位梯度的转运：经载体和通道介导的易化扩散经载体和通道介导的易化扩散 主动转运主动转运(active transport)：消耗能量，逆浓度或电位：消耗能量，逆浓度或电位梯度的转运梯度的转运 主动转运主动转运 Active transport 低浓度向高浓度转运低浓度向高浓度转运 被动转运被动转运 Passive Passive trans
8、porttransport 高浓度向低浓度转运高浓度向低浓度转运 3.原发性主动转运原发性主动转运 1.概念：概念：细胞直接利用代谢产生的能量将某种物质细胞直接利用代谢产生的能量将某种物质 逆电逆电化学梯度进行跨膜转运的过程。化学梯度进行跨膜转运的过程。介导这一过程的膜蛋白称为离子泵介导这一过程的膜蛋白称为离子泵(ion pump)具有水解具有水解ATP的能力，称为的能力，称为ATP酶。酶。2.钠钠-钾泵钾泵 在哺乳动物细胞膜上普遍存在在哺乳动物细胞膜上普遍存在 钠泵，钠泵，Na+-K+依赖式依赖式 ATP酶酶（1）激活：细胞内）激活：细胞内Na+或细胞外或细胞外K+（2）效应：）效应：Na+
9、-K+泵（钠泵）泵（钠泵）2K+高高K+（高高 30倍）倍）高高Na+（高（高10倍）倍）每分解每分解1分子分子ATP 3Na+Na+-K+泵的结构（3）Na+泵的生理意义泵的生理意义 Na+泵活动泵活动建立势能储备（建立势能储备（膜内外的Na+、K+浓度差）以供其他耗能过程利用以供其他耗能过程利用 例如：例如：是生物电活动的前提是生物电活动的前提；膜内高膜内高K+是许多代谢过程的必须条件是许多代谢过程的必须条件 维持胞质渗透压维持胞质渗透压细胞容积、细胞容积、PH和细胞内和细胞内Ca+稳定稳定 膜内外的膜内外的Na+浓度差是其他物质继发主动浓度差是其他物质继发主动 转运的动力转运的动力 生电
10、性的，影响静息电位生电性的，影响静息电位 钙泵，等 4.继发性主动转运继发性主动转运 概念概念：间接利用间接利用ATP能量的主动转运过程。多是利用能量的主动转运过程。多是利用 Na+在膜内外的浓度势能差进行。需要膜上的在膜内外的浓度势能差进行。需要膜上的 转运体蛋白的帮助转运体蛋白的帮助 同向转运体同向转运体 反向转运体（交换体）反向转运体（交换体）主动转运与被动转运的区别主动转运与被动转运的区别 主动转运主动转运 被动转运被动转运 需由细胞提供能量需由细胞提供能量 不需外部能量不需外部能量 逆电逆电-化学势差化学势差 顺电顺电-化学势差化学势差 使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更大 使膜两侧
11、浓度差更小使膜两侧浓度差更小（三）出胞和入胞（三）出胞和入胞 大分子、物质颗粒（固态或液态）的跨膜转运大分子、物质颗粒（固态或液态）的跨膜转运 出胞：细胞内的大分子物质以分泌囊泡的出胞：细胞内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程形式排出细胞的过程 粗面内质粗面内质网网 排出排出（囊泡膜成为（囊泡膜成为细胞膜的一部分细胞膜的一部分）融合，破裂融合，破裂 囊泡的移动囊泡的移动 受调节受调节Ca 2+内内流触发流触发。不间断不间断 地排出地排出 入胞：入胞：概念：大分子物质借助吞噬泡或吞饮泡进入概念：大分子物质借助吞噬泡或吞饮泡进入细胞内的过程细胞内的过程 类型：吞噬：物质颗粒进入细胞，吞噬泡
12、大，类型：吞噬：物质颗粒进入细胞，吞噬泡大，特殊细胞特殊细胞 吞饮：吞饮泡小，所有细胞吞饮：吞饮泡小，所有细胞 液相入胞：外液液相入胞：外液+溶质连续不断进入细胞溶质连续不断进入细胞 受体介导入胞：十分有效的转运方式受体介导入胞：十分有效的转运方式 许多大分子物质进入细胞许多大分子物质进入细胞 采用此方式采用此方式 入胞入胞 再循环小泡再循环小泡 细胞细胞膜可反膜可反复循环使用复循环使用 低低PH 胞内体胞内体 内移内移 吞饮小泡吞饮小泡 附膜蛋白附膜蛋白 受体受体 复衣凹陷复衣凹陷 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散 主动转运主动转运 出入胞出入胞 物质物质 脂溶性脂溶性 非脂溶性非脂溶性
13、非脂溶性非脂溶性 大分子大分子 方向方向 高低高低 高低高低 低高低高 出入胞出入胞 途径途径 脂质双层脂质双层 通道、载体通道、载体 生物泵生物泵 耗能耗能 不耗能不耗能 不耗能不耗能 耗能耗能 耗能耗能 特点特点 快快 特异特异 特异特异 无饱和无饱和 饱和饱和 竞争性竞争性 小小 结结 第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导 跨膜信号转导概念跨膜信号转导概念 各种外界信号（除少数可进入细胞外），作用到膜各种外界信号（除少数可进入细胞外），作用到膜表面表面膜内蛋膜内蛋 白分子变构，将信息以新的信号形白分子变构，将信息以新的信号形式传递到膜内式传递到膜内再引发靶细胞功能的改变，这
14、个过再引发靶细胞功能的改变，这个过程称为程称为 受受 体体 定义：能够识别和选择性结合某种配基（信号定义：能够识别和选择性结合某种配基（信号分子）的大分子。通过信号转导，将膜外的信分子）的大分子。通过信号转导，将膜外的信号转换为胞内化学或物理信号，产生一系列生号转换为胞内化学或物理信号，产生一系列生物学效应物学效应 多为糖蛋白，包括两个功能区：多为糖蛋白，包括两个功能区：与配基结合的区域结合特异性与配基结合的区域结合特异性 产生效应的区域效应特异性产生效应的区域效应特异性 细胞上存在的部位分为：细胞上存在的部位分为：细胞内受体细胞内受体 细胞表面受体细胞表面受体 各种各种外界外界刺激刺激 跨膜
15、信号转导跨膜信号转导 细胞膜细胞膜变化变化或其他或其他细胞细胞内功能内功能变化变化 种类非常多种类非常多 其途径为数不多，其途径为数不多，作用形式较类似，作用形式较类似，涉及的膜蛋白也涉及的膜蛋白也为数不多。为数不多。因不同的细胞因不同的细胞而异而异 细胞膜受体介导的信号转导途径细胞膜受体介导的信号转导途径 G G-蛋白偶联受体蛋白偶联受体的信号转导的信号转导 离子通道偶联受体离子通道偶联受体的信号转导的信号转导 酶偶联受体酶偶联受体-酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体的信号转导的信号转导 一、一、G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导 通过膜受体、通过膜受体、G蛋白、蛋白、G蛋白效
16、应器蛋白效应器和第二信使等膜上和胞质中的信号和第二信使等膜上和胞质中的信号分子的活动实现的分子的活动实现的。G蛋白偶联受体蛋白偶联受体(促代谢型受体促代谢型受体)G蛋白蛋白(Gs,Gi,Gq,G12)G蛋白效应器蛋白效应器(AC,PLC,PLA2,GC,PDE)第二信使第二信使(cAMP,IP3,DG,cGMP,Ca2+)第一信使（激素、递质、细胞因子）第一信使（激素、递质、细胞因子）G蛋白耦联受体跨膜信号转导蛋白耦联受体跨膜信号转导 第二信使（细胞内第二信使（细胞内cAMP、IP3、DG、cGMP和和Ca+）靶蛋白（蛋白激酶、离子通道）靶蛋白（蛋白激酶、离子通道）细胞功能改变细胞功能改变 G蛋白蛋白受体受体 G蛋白蛋白 G蛋白蛋白效应器效应器 G G-蛋白耦联受体介导的信号传递的途径蛋白耦联受体介导的信号传递的途径 信号分子与受体结合信号分子与受体结合 激活激活G G-蛋白蛋白 （亚单位同其他两个亚单位分离并具有催化活性）亚单位同其他两个亚单位分离并具有催化活性）腺苷酸环化酶改变腺苷酸环化酶改变(AC)cAMP浓度的改变浓度的改变 产生广泛的生物效应。产生广泛的生物效应。磷脂酶磷脂酶