生理学第一节细胞膜的结构和物质转运功能.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第二章 细胞的基本功能,Function of cell,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能,一、,细胞膜的结构概述,液态镶嵌模型,(,fluid mosaic model,),以液态脂质双分子层为基架,其间镶嵌有,不同结构和功能的蛋白质,1.,脂质双分子层,:,磷脂、胆固醇,双嗜分子构,成基架,体温条件下具有,流动性,2.,蛋白质,:分,表面蛋白,(如:RBC骨架蛋白)和,整合蛋白,(载体、通道、离子泵、转运体),3.,糖类,:与脂质或蛋白,结合生成,糖蛋白,或,糖,脂,成为抗原决定簇、受体可识别部分,二、物质的跨膜转运,跨膜转运,transmembrane transport,:,体内各种物质经过细胞膜,进,出,细胞的过程。,转运方式,:,单纯扩散,被动转运,passive transport,易化扩散,原发性主动转运,主动转运,active transport,继发性主动转运,出胞和入胞作用,exocytosis&endocytosis,膜,蛋,白,介,导,(,二,),膜蛋白介导的跨膜转运,1,.通道介导的跨膜转运,经通道的易化扩散,Facilitated diffusion,via channel,：带电离子经,离子通道,顺,电化学,梯度进行的,被动,跨膜的流动。,离子通道,：一类贯穿脂质双层的、中央带有,亲水性孔道的膜蛋白。,通道的特征,：,离子选择性：指每种通道只对一种或几,种离子有较高通透性，对其他离子通透,性很小或不通透。如,钠通道,、,非选择性,阳离子通道,等,门控性：通道蛋白分子内有一些可移动,的结构或化学基团，在通道内起,“闸门”,作用，导致通道的开闭。,通道的分类,：,化学门控通道,Chemically-gated channel,电压门控通道,Voltage-gated channel,机械门控通道,Mechanical-gated channel,非,门控通道：少数通道始终是持续开发的。如,神经纤维膜上的钾漏通道，缝隙,连接通道。,通道转运的功能特点,：,转运速率比载体快,无饱和现象，无竞争性抑制,通道有不同的功能状态,电压门控通道,不同门控机制的离子通道,机械门控通道,化学门控通道,2,.载体介导的跨膜转运,载体：,又称转运体，是介导,小分子物质,跨膜转运,的一种膜蛋白。,载体转运的特点：,结构特异性,:只转运一种或几种物质，是载,体分子上的结合位点与被转运物质上,分子结,构上的位点特异结合的结果。如对GS，只,转运右旋GS，因为载体是,D-GS carrier,或,称,glucose transporter,;,结合后可引发载体蛋白的,构象变化,，使被转,运物质,顺,浓度差,转运，随之被转运物质与载,体解离,，即发生一个,“,结合,-,构象变化,-,解离,”,的过程。,最大反应(扩散)速度(率),Vmax:,反映某种,载体蛋白象转换的,最大速率,。,米氏常数,Km,：,反映载体蛋白对被转运物,分子的,亲和力,和,转运效率,。,Km,越小，表示亲和力和转运效率越高，反之,亦然,。,竞争抑制,competitive inhibition,:,两种结,构相似的物质能被同一载体转运,则,Km较,大,或,浓度较低者,转运被抑制,。,(1)经载体的易化扩散,属于被动转运,Facilitated diffusion,via carrier,概念：,水溶性小分子,物质借经,载体介导,顺,浓度梯度和,(或),电位梯度进行的,被动跨膜转运,。,载体：,是贯穿脂质双层的整合蛋白。,转运体,transporter,：,同向转运体,反向转运体,(,交换体,),转运物质:,小分子水溶性物质,如,GS、AA、,核苷酸,(,2,),原发性主动转运,Primary active transport,指细胞膜上的,离子泵,(,ion pump,)利用,分解,ATP,产生的能量,将离子,逆浓度梯度,和(或)电位梯度,进行的跨膜转运过程。,如：,钠-钾泵,sodium-potassium pump,简称钠泵,sodium pump,又称Na,+,-K,+,-,ATP酶,(,Na,+,-K,+,-ATPase,)，主要分布在质,膜上。,1,),Na,+,-K,+,依赖式ATP酶,由一对,和,一对,亚,单位构成的四联体，水解ATP及与,阳离,子结合,部位均在,亚单位,(,功能亚单位,)。,当：,细胞内Na,+,ATP,激活,钠泵,细胞外K,+,ADP+Pi+,E,将3Na,+,(,移出胞外,),:2K,+,(,移入胞内,),A.,转运周期,10ms,；,B.,转运结果,：,细胞内K,+,约为细胞外30倍，细胞外Na,+,约为胞质内的10倍。,Primary active transport,Na,+,-K,+,依赖式ATP酶（钠泵）,3Na,+,(,由胞,内,向胞,外,),:,2K,+,(,由胞,外,向胞,内,),2,),钠泵活动的生理意义,：,细胞内高K,+,胞内,代谢反应,所必需，如,核糖,体合成蛋白质就需要高,K,+,环境,；,维持胞质渗透压,和,细胞容积的相对稳定；,建立Na,+,的跨膜浓度梯度，为继发主动转运,提供势能储备：,GS、AA在小肠和肾小管继发性主动转运；,Na,+,-H,+,交换,维持胞内pH稳定；,Na,+,-Ca,2+,交换,维持胞内Ca,2+,浓度稳定；,膜内外K,+,、Na,+,浓度差,RP、AP产生前提;,生,电性活动,影响RP数值；,H,+,-K,+,-ATP酶,(,质子,泵),:,分布于胃腺壁细胞和肾,小管闰细胞膜上，主要功能是分泌,H,+,。,5,),其它泵,：,4,),Ca,2+,泵,(,Ca,2+,-ATP酶,),：,主要分布于质膜、内质网或肌质网上。,每分解1分子ATP，,质膜钙泵,可将1个Ca,2+,由胞质运至胞,外,，而,内质网或肌质网上钙泵,可将2个Ca,2+,由,胞质,内,运至,内质网或肌质网,内,。,两种钙泵共同作用造成,胞内低钙,经钙通道流入,胞质,，成为触发或激活的生理过程的关键。如肌细胞收缩、突触囊泡递质释放等。,示各种泵,H,+,-ATP,酶,(质子泵)：,分布于各种细胞器膜上。可将,H,+,由胞质转运至溶酶体、内质网、突触囊 泡等细胞器内，以维持胞质的中性和细胞器内酸,性，使不同部位的酶都处于最适pH环境中，同 时建立起跨细胞器的H,+,浓度梯度,，为溶质的跨细胞器膜提供动力。,(3)继发主动转运(又简称联合转运),secondary active transport,概念：,细胞膜利用原发,主动,转运形成的离,子浓度梯度(即驱动力)而进行的物,质逆浓度和(或)电位梯度的跨膜转,运方式。,如：小肠黏膜上皮细胞和肾小管上皮细,胞吸收,GS,、,AA,为继发主动转运。,肾小管上皮细胞对,GS,的转运,基侧膜,钠泵活动,Na,+,浓度势能差,管腔膜,Na,+,、GS,同向转运体,GS,再,易化扩散,入血,典型的继发性主动转运,：,GS,和,AA,在小肠粘膜上皮被吸收,和,在肾小管,上皮的重吸收；,甲状腺上皮细胞的聚碘；,神经递质在突触间隙被神经末梢所重摄取,和,突触囊泡从胞质中摄取神经递质,；,Na,+,-H,+,交换、Na,+,-Ca,2+,交换；,Na,+,-,K,+,-Cl,-,同向转运,；,在绝大多数情况下，溶质,跨膜,转运的动力来,自,Na,+,泵建立起的,Na,+,的跨膜浓度梯度；而溶,质,跨细胞器膜,的转运的动力来自质子泵(,H,+,-,ATP酶,),建立起的H,+,的跨膜浓度梯度。,分泌物的出胞过程,粗面内质网核糖体上合成,转移到高尔基体,修饰，由质膜包裹,分泌囊泡,移向细胞膜内侧,融合、破裂，分泌,信号,Endocytosis,：大分子物质或物质团块借助于细胞膜形成,吞噬泡,或,吞饮泡,的方式进入细胞的过程，包括吞噬和吞饮,(液相入胞,fluid phase endocytosis,和受体介导入胞),。,例如：,白细胞,吞噬,细菌、异物等,受体介导式入胞过程,receptor mediated endocytosis,被运物与R结合,；,受体配体复合物移,向有被小窝,；,有被小窝处的受体复合物,聚集到一定程度，便引发,入胞,；,有被囊,泡表面的网格蛋白随即分离，并重新回到,质膜的有被小窝部位，有被囊泡,失去网格,蛋白成为吞饮泡,，随即与胞内体融合；,胞内体内部的,pH,值很低，这种酸性环境,有助于,受体与配体分离,；,受体与配体分,离后的吞饮泡又分为二部分，含有,配体,的,囊泡,转运,到高尔基体或溶酶体被进一步利用,；,含有,受体的囊泡向细胞膜移动,，与,细胞膜的内侧接触、融合而成为细胞膜的组成部分，实现受体的再利用。,如:,Fe,2+,的运铁蛋白、低密度脂蛋白、V,B12,转运蛋白、多种生长因子、胰岛素等即以此等方式入胞。某些人由于缺乏低密度脂蛋白,(,low density lipoprotein，,LDL,),受体，使LDL不能被正常利用，血浆中LDL,(,含胆固醇,),浓度,，,导致高胆固醇血症。,