1、细胞膜对物质的运输功能细胞膜对物质的运输功能 细胞膜受体细胞膜受体 细胞膜受体与信号转导细胞膜受体与信号转导 细胞膜与疾病细胞膜与疾病 第五章第五章 细胞膜的功能细胞膜的功能 第一节第一节 细胞膜对物质的运输功能细胞膜对物质的运输功能 一、一、细胞膜对小分子物质和离子的运输细胞膜对小分子物质和离子的运输 二、二、细胞膜对大分子物质的膜泡运输细胞膜对大分子物质的膜泡运输 一、细胞膜对小分子物质和离子的运输一、细胞膜对小分子物质和离子的运输 1 1、被动运输、被动运输 单纯扩散单纯扩散 闸门通道扩散闸门通道扩散 易化扩散易化扩散 2 2、主动运输主动运输 钠钾泵钠钾泵 钙泵钙泵 离子浓度梯度驱动的
2、主动运输离子浓度梯度驱动的主动运输 一、细胞膜对小分子物质和离子的运输一、细胞膜对小分子物质和离子的运输 1 1、被动运输、被动运输 单纯扩散单纯扩散 (simple diffusion)(simple diffusion)非极性或脂溶性小分子物质非极性或脂溶性小分子物质(苯苯)(核苷核苷)(甘油甘油)(乙醇乙醇)(葡萄糖葡萄糖)闸门通道扩散：闸门通道扩散：各种非脂溶性的极性分子各种非脂溶性的极性分子，如如各种离子各种离子、葡萄糖葡萄糖、氨基酸等氨基酸等 电压闸门通道电压闸门通道 配体闸门通道配体闸门通道 通通道道 水通道水通道：直径为：直径为0.350.350.8nm0.8nm的小孔，通道蛋
3、的小孔，通道蛋白的亲水基团镶在小孔的表面，小孔能持续开白的亲水基团镶在小孔的表面，小孔能持续开放，因而能使水和一些大小适宜的分子与带电放，因而能使水和一些大小适宜的分子与带电荷的溶质，经此小孔从膜的一侧以扩散的方式荷的溶质，经此小孔从膜的一侧以扩散的方式运送到膜的另一侧。运送到膜的另一侧。闸门通道闸门通道 所谓通道，即所谓通道，即细胞膜上的通道蛋细胞膜上的通道蛋白质。它是膜蛋白白质。它是膜蛋白分子构型中出现的分子构型中出现的允许某种物质迅速允许某种物质迅速通过的水相孔洞。通过的水相孔洞。易化扩散（易化扩散（facilitated diffusionfacilitated diffusion）一
4、定义：亲水性物质定义：亲水性物质，借助膜上载体蛋白借助膜上载体蛋白，由高浓度由高浓度向低浓度通过细胞膜向低浓度通过细胞膜。如：如：K K+，NaNa+,CaCa2 2+等带电离等带电离子的转运和葡萄糖子的转运和葡萄糖、氨基酸等的转运氨基酸等的转运。一如如，葡萄糖载体对葡萄糖有很高的亲和力葡萄糖载体对葡萄糖有很高的亲和力，1 1秒钟可秒钟可传送传送180180个葡萄糖分子进入细胞个葡萄糖分子进入细胞。维生素维生素D D可以促进可以促进小肠粘膜中钙离子载体的合成小肠粘膜中钙离子载体的合成，所以维生素所以维生素D D可以可以促进机体对钙的吸收促进机体对钙的吸收。2 2、主动运输（、主动运输（acti
5、ve transportactive transport）一通过膜本身的某种通过膜本身的某种耗能过程耗能过程，物质逆物质逆电电、化学梯度的跨膜运动化学梯度的跨膜运动。主主动动运运输输 钠钾泵钠钾泵 钙泵钙泵 离子浓度梯度驱动的主动运输离子浓度梯度驱动的主动运输 K+Na+Ca2+Cl-Na-K泵泵(Na+-K+ATP酶酶)k电化学梯度电化学梯度 Na电化学梯度电化学梯度 NaNa+-K K+泵泵NaNa+-K K+ATPATP酶酶 一 NaNa+-K K +泵的作用：泵的作用：第一第一、维持细胞膜内外维持细胞膜内外NaNa+、K K+的浓度梯度；的浓度梯度；第二第二、维持膜电位；维持膜电位；第
6、三第三、控制细胞的体积控制细胞的体积，并为细胞主动转运葡并为细胞主动转运葡萄糖和氨基酸创造条件萄糖和氨基酸创造条件。一红细胞影泡的定位研究证明：红细胞影泡的定位研究证明：第一第一、NaNa+、K K+的转运与的转运与ATPATP的水解紧紧地偶联在的水解紧紧地偶联在一起一起，缺一方缺一方，另一方就不能发生；另一方就不能发生；第二第二、当当NaNa+与与ATPATP酶在膜内侧酶在膜内侧，K K+在膜外侧时在膜外侧时，离子的传送和离子的传送和ATPATP的水解才可发生；的水解才可发生；第三第三、一个一个ATPATP酶分子每秒钟可水解酶分子每秒钟可水解100100个个ATPATP分子分子，水解一个水解
7、一个ATPATP分子可排出分子可排出3 3个个NaNa+，泵入泵入2 2个个K K+。转运过程：转运过程：NaNa+-K K+ATPATP酶是由一个跨膜催化亚单位和一个酶是由一个跨膜催化亚单位和一个糖蛋白组成，前者在细胞质面有糖蛋白组成，前者在细胞质面有NaNa+和和ATPATP的连接部位，的连接部位，NaNa+在膜内侧与酶结合，促使在膜内侧与酶结合，促使ATPATP水解，释放能量的同时，使酶水解，释放能量的同时，使酶在膜内侧磷酸化，引起酶的变构，即与在膜内侧磷酸化，引起酶的变构，即与NaNa+结合的部位转向结合的部位转向膜外侧，将膜外侧，将NaNa+排出细胞，同时即与排出细胞，同时即与K K
8、+结合转向膜内侧，结合转向膜内侧，K K+与酶结合后，促进酶的去磷酸化，使酶恢复原来的构象，与酶结合后，促进酶的去磷酸化，使酶恢复原来的构象，K K+泵入细胞内。泵入细胞内。NaNa+-K K+ATPATP酶通过发生可逆的变构、反复的磷酸化与去磷酶通过发生可逆的变构、反复的磷酸化与去磷酸化来完成排酸化来完成排NaNa+吸吸 K K+的作用。的作用。细胞内细胞内 细胞外细胞外 钙泵位于细胞膜上和肌浆网膜上钙泵位于细胞膜上和肌浆网膜上 肌浆网是肌肉细胞中的滑面内质网，它是肌肉细胞内肌浆网是肌肉细胞中的滑面内质网，它是肌肉细胞内CaCa2+2+存存贮器。钙泵负责将肌肉细胞质是的贮器。钙泵负责将肌肉细
9、胞质是的CaCa2+2+泵入肌浆网内，使肌浆泵入肌浆网内，使肌浆网内的网内的CaCa2+2+保持高浓度。若神经发生冲动，肌肉细胞膜去极化，保持高浓度。若神经发生冲动，肌肉细胞膜去极化，CaCa2+2+从肌浆网释放入细胞质内，引起肌肉收缩。释放入细胞质从肌浆网释放入细胞质内，引起肌肉收缩。释放入细胞质内的内的CaCa2+2+，由肌浆网膜上的钙泵，泵入肌浆网，维持膜内外钙，由肌浆网膜上的钙泵，泵入肌浆网，维持膜内外钙离子的浓度差。离子的浓度差。每个每个CaCa2+2+ATPATP酶每秒钟可水解酶每秒钟可水解1010个个ATPATP分子，每个分子，每个ATPATP分子可分子可转运转运2 2个个CaC
10、a2+2+进入肌浆网进入肌浆网 钙泵钙泵CaCa2+2+ATPATP酶酶 (细胞膜细胞膜)(细胞液细胞液)Na+驱动的反向驱动的反向Ca2+泵泵 这种主动运输是由离子浓度梯度贮存的能这种主动运输是由离子浓度梯度贮存的能量来驱动的，不需要消耗细胞的代谢能量来驱动的，不需要消耗细胞的代谢能(ATP)(ATP)。如，小肠上皮细胞摄取肠腔内的葡萄糖时如，小肠上皮细胞摄取肠腔内的葡萄糖时需要肠腔内高浓度的需要肠腔内高浓度的NaNa+驱动。驱动。(如图如图5 5-6)6)离子浓度梯度驱动的主动运输离子浓度梯度驱动的主动运输 二、细胞膜对大分子物质的膜泡运输二、细胞膜对大分子物质的膜泡运输 一指大分子物质或
11、物质团块指大分子物质或物质团块，通过复杂的膜结构通过复杂的膜结构的功能改变进出细胞的过程的功能改变进出细胞的过程。胞吞作用胞吞作用 膜泡运输膜泡运输 胞吐作用胞吐作用 吞噬作用吞噬作用 吞饮作用吞饮作用 细胞膜有被小窝和有被小细胞膜有被小窝和有被小 泡泡与受体介导的胞吞作用与受体介导的胞吞作用 是指颗粒或液体借形成小泡通过细胞膜，被是指颗粒或液体借形成小泡通过细胞膜，被成批摄取的过程。其过程是被吞入的物质与细成批摄取的过程。其过程是被吞入的物质与细胞膜表面接触，即该物质与膜上某些蛋白质有胞膜表面接触，即该物质与膜上某些蛋白质有特殊的亲和力，附着在膜上，两边的膜向外突特殊的亲和力，附着在膜上，两
12、边的膜向外突起，接触处的膜向内凹陷、收缩并与细胞膜脱起，接触处的膜向内凹陷、收缩并与细胞膜脱离，形成一个包含摄入物的小泡，称为胞吞小离，形成一个包含摄入物的小泡，称为胞吞小泡。泡。1 1、胞吞作用、胞吞作用:吞噬作用：吞噬作用：细胞摄取大颗粒的过程，如吞噬细菌细胞摄取大颗粒的过程，如吞噬细菌和细胞碎片。和细胞碎片。吞噬作用广泛存在于生物体内。原生动物草履虫等吞噬作用广泛存在于生物体内。原生动物草履虫等是以吞噬作用作为摄取食物的一种方式，哺乳动物大是以吞噬作用作为摄取食物的一种方式，哺乳动物大多数细胞没有吞噬作用，只有少数特化细胞具有这一多数细胞没有吞噬作用，只有少数特化细胞具有这一功能，它们不
13、再是摄食的一种方式，而是起着防御的功能，它们不再是摄食的一种方式，而是起着防御的功能。专用于对抗细菌、尘埃等外来的有害异物，如功能。专用于对抗细菌、尘埃等外来的有害异物，如单核单核-吞噬细胞系统的巨噬细胞、单核细胞和多形核白吞噬细胞系统的巨噬细胞、单核细胞和多形核白细胞等。它们广泛分布于组织和血液中，共同防御细细胞等。它们广泛分布于组织和血液中，共同防御细菌的侵入，并清除衰老和死亡的细胞等。巨噬细胞每菌的侵入，并清除衰老和死亡的细胞等。巨噬细胞每天要清除天要清除10101111个衰老的红细胞。个衰老的红细胞。细胞的吞噬作用细胞的吞噬作用 吞饮作用：吞饮作用：指细胞摄取液体指细胞摄取液体和溶质的
14、过程。由细和溶质的过程。由细胞膜包裹的液体内陷胞膜包裹的液体内陷而形成的小泡，称为而形成的小泡，称为吞饮小泡或吞饮体。吞饮小泡或吞饮体。细胞膜有被小窝和有被小泡与受体介导的胞吞作用：细胞膜有被小窝和有被小泡与受体介导的胞吞作用：大分子与细胞表面的受体结合，通过有被小窝进入细大分子与细胞表面的受体结合，通过有被小窝进入细胞，此过程称为受体介导的胞吞作用。胞，此过程称为受体介导的胞吞作用。有被小窝：有被小窝：在细胞膜表面有摄取蛋白质的特化部位，在细胞膜表面有摄取蛋白质的特化部位，该部位细胞膜向内凹陷，在膜的细胞质面覆盖了一层该部位细胞膜向内凹陷，在膜的细胞质面覆盖了一层与有被小泡相似的包被结构，此
15、特化区域称为有被小与有被小泡相似的包被结构，此特化区域称为有被小窝。窝。有被小泡：有被小泡：直径约直径约5050250nm250nm之间，其细胞质面覆盖之间，其细胞质面覆盖了毛刺状的包被，故称为有被小泡。有被小泡由细胞了毛刺状的包被，故称为有被小泡。有被小泡由细胞膜或高尔基复合体形成。膜或高尔基复合体形成。网格蛋白网格蛋白 从从冰冻冰冻蚀刻技术蚀刻技术观察有被小窝与有被小泡的衣被呈观察有被小窝与有被小泡的衣被呈多角形网状结构。将衣被分离提纯，发现小泡膜含多角形网状结构。将衣被分离提纯，发现小泡膜含有数种蛋白质，其中最具有特征性的是网格蛋白，有数种蛋白质，其中最具有特征性的是网格蛋白，它是一种高
16、度稳定的纤维状蛋白。它是一种高度稳定的纤维状蛋白。网格蛋白网格蛋白是由三条较大的肽链是由三条较大的肽链(重链重链)和三条小的肽链和三条小的肽链(轻链轻链)形成的三脚蛋白复合体。由三脚蛋白在小泡的形成的三脚蛋白复合体。由三脚蛋白在小泡的表面排列成五角形或六角形的篮网状结构，包在小表面排列成五角形或六角形的篮网状结构，包在小泡膜的外表面形成了有被小窝与有被小泡。泡膜的外表面形成了有被小窝与有被小泡。冰冻蚀刻技术：冰冻蚀刻技术：将标本用液氮超低温冷将标本用液氮超低温冷冻，真空中割断，稍升温使冰升华，细胞冻，真空中割断，稍升温使冰升华，细胞内外凡空隙处或含游离水较多的地方将因内外凡空隙处或含游离水较多的地方将因失水而下陷，膜和其它一些结构被显露出失水而下陷，膜和其它一些结构被显露出来。来。02-10-15 26 网格蛋白的功能：网格蛋白的功能：第一、从有被小窝处选择或排除分子；第一、从有被小窝处选择或排除分子；第二、为细胞膜凹陷提供结构支架。第二、为细胞膜凹陷提供结构支架。细胞对胆固醇的摄取细胞对胆固醇的摄取 食物食物 肝细胞内合成胆固醇肝细胞内合成胆固醇血液血液LDLLDL组织细胞组织细胞