細(xì)胞膜及其表面

第五章細(xì)胞膜及其表面細(xì)胞膜也稱質(zhì)膜。質(zhì)膜和各種細(xì)胞器的膜結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱生物膜。第一節(jié)細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)和特性教學(xué)要求：1.掌握：膜脂的類型：膜蛋白的類型及其功能：膜結(jié)構(gòu)模型；膜的特性。2.熟悉：膜脂的結(jié)構(gòu)。3.了解：膜結(jié)構(gòu)模型、膜特性的研究背景；一、膜的化學(xué)組成細(xì)胞膜的化學(xué)組成：脂質(zhì)分子、蛋白質(zhì)分子、糖類分子、還有少量的水、無(wú)機(jī)鹽和金屬離子。蛋白質(zhì)和脂質(zhì)分子的比例：常因細(xì)胞種類的不同而異，變化范圍在1∶4～4∶1之間。多數(shù)細(xì)胞：膜脂約占50%，膜蛋白質(zhì)約占40%～50%，膜糖類約占1%～10%。功能復(fù)雜的膜中蛋白質(zhì)的比例大（一）、膜脂磷脂（phospholipid）膽固醇（cholesterol）糖脂（glocolipid）親水脂分子（amphipahicmolecules）

1.磷脂磷脂酰膽堿分子結(jié)構(gòu)鞘磷脂磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸磷脂酰膽堿2.膽固醇3.糖脂F(xiàn)igure10-5.Across-sectionalviewofasyntheticlipidbilayer,calledablackmembrane.Thisplanarbilayerisformedacrossasmallholeinapartitionseparatingtwoaqueouscompartments.Blackmembranesareusedtomeasurethepermeabilitypropertiesofsyntheticmembranes.膜脂分子的排列特性

脂質(zhì)體（二）膜蛋白

是細(xì)胞膜的重要組成成分，同時(shí)也是細(xì)胞膜功能的主要承擔(dān)者膜蛋白種類繁多，功能各異，有：運(yùn)輸?shù)鞍住⒚傅鞍?、信?hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、免疫反應(yīng)、受體、連接蛋白參與細(xì)胞的運(yùn)動(dòng)冰凍裂解法證明許多細(xì)胞膜中均存在蛋白顆粒。1.內(nèi)在蛋白又稱鑲嵌蛋白（mosaicprotien）或整合蛋白（integralprotien）是兼性分子，親水區(qū)域暴露于膜兩側(cè)的水溶液中，疏水區(qū)則位于脂質(zhì)雙層內(nèi)部，并與脂質(zhì)分子的疏水尾相互作用不易分離，只有用去垢劑溶解和純化才能得到生物學(xué)功能極為復(fù)雜,與細(xì)胞的支持、物質(zhì)運(yùn)輸、能量轉(zhuǎn)化、信息傳遞、神經(jīng)傳導(dǎo)以及免疫反應(yīng)等功能有著密切關(guān)系。①,②integralprotein；③,④peripheralprotein；⑤,⑥lipid-anchoredprotein2.膜周邊蛋白（peripheralprotein）

分布于細(xì)胞膜的內(nèi)外表面，主要分布于細(xì)胞膜的內(nèi)表面一般用高濃度的鹽溶液可將許多膜外周蛋白從膜上洗脫與細(xì)胞的胞吞作用、細(xì)胞變形運(yùn)動(dòng)以及細(xì)胞分裂時(shí)細(xì)胞膜的縊縮有關(guān)（三）膜糖

1.糖脂：glycolipid2.糖蛋白：（glycoprotien）在細(xì)胞膜上，寡聚糖鏈只伸向細(xì)胞的外表面；在細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)中，糖殘基都存在于膜腔面。組成寡糖鏈的單糖數(shù)量、種類、結(jié)合方式、排列順序以及有無(wú)分支等不同，出現(xiàn)了無(wú)數(shù)種組合方式。幾乎涉及細(xì)胞所有的生物學(xué)現(xiàn)象。二、膜的分子結(jié)構(gòu)片層結(jié)構(gòu)模型單位膜模型液態(tài)鑲嵌模型晶格鑲嵌模型

（一）片層結(jié)構(gòu)模型

1935年Davson和Danielli提出：脂質(zhì)分子構(gòu)成細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙層；球形蛋白分子結(jié)合于脂質(zhì)雙層的內(nèi)外兩側(cè)。（二）單位膜模型

1959年J.D.Robertson

單位膜（7.5nm）該模型認(rèn)為：所有生物膜都是蛋白質(zhì)—脂質(zhì)雙層—蛋白質(zhì)式的三層結(jié)構(gòu)，厚度約為7.5nm。電鏡下觀察到的亮帶為脂質(zhì)雙分子層，厚約3.5nm；脂雙層兩側(cè)的兩條致密暗帶為蛋白質(zhì)層，各厚2nm。

優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)挝荒つＰ椭赋隽怂猩锬ば螒B(tài)結(jié)構(gòu)上的共性，并對(duì)膜的屬性作出了一定解釋。不足之處：把所有的生物膜看成靜態(tài)的單一結(jié)構(gòu)，忽視了膜的流動(dòng)性。（三）液態(tài)鑲嵌模型

S.J.Singer和G.Nicolson

1972年膜的冰凍蝕刻示意圖膜的液態(tài)鑲嵌模型（1）認(rèn)為生物膜是流動(dòng)的。膜中的脂質(zhì)分子和蛋白質(zhì)分子均可在膜平面上進(jìn)行側(cè)向移動(dòng)。（2）認(rèn)為膜蛋白的分布是不對(duì)稱性的。在膜的內(nèi)部或膜的內(nèi)外表面以各種形式結(jié)合著功能各異的蛋白質(zhì)。缺點(diǎn)：忽視了蛋白質(zhì)分子對(duì)脂質(zhì)分子流動(dòng)性的控制作用，忽視了膜的各部分流動(dòng)性的不均勻性等問(wèn)題。液態(tài)鑲嵌模型的主要特點(diǎn)是：1975年，Wallach提出了晶格鑲嵌模型：脂質(zhì)雙層可逆地進(jìn)行著有序（晶態(tài)）和無(wú)序（液態(tài)）的相變；膜蛋白分子對(duì)磷脂分子的流動(dòng)性具有限制作用（界面脂、晶格）；脂質(zhì)的流動(dòng)性是局部的。優(yōu)點(diǎn)：比較合理地解釋了生物膜既有流動(dòng)性，又有相對(duì)完整性和穩(wěn)定性的原因。

對(duì)液態(tài)鑲嵌模型的補(bǔ)充:(四）脂伐是質(zhì)膜上富含膽固醇和鞘磷脂的微結(jié)構(gòu)域，結(jié)構(gòu)致密，是蛋白質(zhì)的停泊平臺(tái)，與膜的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、蛋白質(zhì)的分選有關(guān)。1977年Jain和White又提出了板塊模型（blockymodel）

三、膜的理化特性細(xì)胞膜的不對(duì)稱性細(xì)胞膜的流動(dòng)性（一）細(xì)胞膜的不對(duì)稱性1.膜蛋白的不對(duì)稱性分布（絕對(duì)性）外周蛋白的不對(duì)稱分布內(nèi)在蛋白的不對(duì)稱分布糖蛋白

EFPF小鼠肝細(xì)胞膜冰凍蝕刻糖脂全部分布在細(xì)胞膜的外側(cè)單層

組成膜兩個(gè)單層的膜脂種類不同2.脂質(zhì)雙層的不對(duì)稱性膜脂、膜蛋白以及膜表面的糖脂和糖蛋白在細(xì)胞膜上的不對(duì)稱分布，導(dǎo)致膜功能的不對(duì)稱以及物質(zhì)運(yùn)輸和信號(hào)傳遞的方向性，從而保證了細(xì)胞代謝功能的正常進(jìn)行。（二）膜的流動(dòng)性細(xì)胞膜的流動(dòng)性（fluidity）是指膜蛋白和膜脂分子的運(yùn)動(dòng)性

1.膜脂分子的運(yùn)動(dòng)側(cè)向擴(kuò)散旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自身擺動(dòng)翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)2.膜蛋白分子的運(yùn)動(dòng)側(cè)向擴(kuò)散旋轉(zhuǎn)擴(kuò)散1970年，Edidin等人用細(xì)胞融合間接熒光抗體免疫標(biāo)記實(shí)驗(yàn)證明了膜蛋白的側(cè)向擴(kuò)散。光脫色恢復(fù)技術(shù)（fluorescencerecoveryafterphotobleaching,FRAP）細(xì)胞融合間接免疫熒光法光致漂白熒光恢復(fù)法3.影響細(xì)胞膜流動(dòng)性的因素

脂肪酸鏈的長(zhǎng)度與不飽和度的影響膽固醇的影響卵磷脂和鞘磷脂比值的影響蛋白質(zhì)的影響溫度的影響第二節(jié)細(xì)胞表面及其特化結(jié)構(gòu)教學(xué)要求：1.掌握：細(xì)胞外被的概念；橋粒、封閉、間隙連接的結(jié)構(gòu)分布和功能；細(xì)胞外基質(zhì)的主要物質(zhì)類型和功能。2.了解：細(xì)胞表面的特式結(jié)構(gòu)概念：包圍在細(xì)胞質(zhì)外層的一個(gè)復(fù)合結(jié)構(gòu)體系和多功能體系，是細(xì)胞與外環(huán)境物質(zhì)相互作用，并產(chǎn)生各種復(fù)雜功能的部位。包括細(xì)胞的質(zhì)膜、質(zhì)膜外的細(xì)胞外被以及質(zhì)膜內(nèi)的胞質(zhì)溶膠層。功能復(fù)雜：對(duì)細(xì)胞起支持和保護(hù)，與整個(gè)細(xì)胞的行為、生理活動(dòng)、相互識(shí)別、黏著、物質(zhì)運(yùn)輸、信息轉(zhuǎn)導(dǎo)、細(xì)胞運(yùn)動(dòng)、生長(zhǎng)分化、衰老以及病理過(guò)程都有密切關(guān)系。細(xì)胞表面一、細(xì)胞外被和胞質(zhì)溶膠層（一）細(xì)胞外被概念：細(xì)胞外被（cellcoat）或糖萼，是動(dòng)物細(xì)胞膜外的一層絨毛狀的多糖物質(zhì)，厚5～20nm，由細(xì)胞膜糖蛋白、蛋白聚糖和糖脂的糖鏈向外伸展、交織而成。糖鏈通常不超過(guò)15個(gè)單糖殘基，稱低聚糖鏈。特點(diǎn)：寡聚糖鏈末端常連接帶負(fù)電荷的唾液酸，使寡糖鏈彼此排斥，僵直分布；糖鏈交織成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，細(xì)胞得到支持和保護(hù)；糖鏈上的親水集團(tuán)和負(fù)電荷能吸引大量的水分子和Na+、Ca2+等陽(yáng)離子，為細(xì)胞生命活動(dòng)提供穩(wěn)定的微環(huán)境。功能：寡糖鏈蘊(yùn)藏著巨大的信息，是細(xì)胞識(shí)別、信號(hào)傳遞、免疫應(yīng)答和粘著的分子基礎(chǔ)。（二）胞質(zhì)溶膠概念：質(zhì)膜下面一層厚0.1-0.2μm的較粘滯無(wú)結(jié)構(gòu)的液體物質(zhì)。特點(diǎn)：含較高濃度的蛋白質(zhì)，分布著較多的微絲和微管。功能：賦予細(xì)胞強(qiáng)的抗張強(qiáng)度，維持細(xì)胞的極性、形態(tài)和調(diào)節(jié)膜蛋白的分布，與細(xì)胞運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)。二、細(xì)胞表面的特殊結(jié)構(gòu)微絨毛褶皺圓泡細(xì)胞內(nèi)褶纖毛和鞭毛微絨毛皺褶（ruffle）細(xì)胞表面的扁形突起，也稱為片足（lamellipodia）。在巨噬細(xì)胞的表面上，普遍存在著皺褶結(jié)構(gòu)，與吞噬顆粒物質(zhì)有關(guān)。內(nèi)褶內(nèi)褶（infolding）是質(zhì)膜由細(xì)胞表面內(nèi)陷形成的結(jié)構(gòu)，以相反的方式擴(kuò)大了細(xì)胞的表面積。這種結(jié)構(gòu)常見(jiàn)于液體和離子交換活動(dòng)比較旺盛的細(xì)胞。纖毛和鞭毛纖毛（cilia）和鞭毛（flagella）是細(xì)胞表面伸出的條狀運(yùn)動(dòng)裝置。二者在發(fā)生和結(jié)構(gòu)上并沒(méi)有什么差別。纖毛和鞭毛都來(lái)源于中心粒。三、細(xì)胞的連接細(xì)胞連接（celljunction）：是多細(xì)胞生物各種組織的相鄰細(xì)胞，通過(guò)細(xì)胞膜局部的特化區(qū)域形成的細(xì)胞裝配結(jié)構(gòu)。功能：加強(qiáng)細(xì)胞間的機(jī)械聯(lián)系和組織牢固性；溝通細(xì)胞間信息傳遞和物質(zhì)交流；將相關(guān)細(xì)胞連接成協(xié)調(diào)活動(dòng)的有機(jī)整體。類型：緊密連接、錨定連接、通訊連接。（一）緊密連接（tightjunction）概述：亦稱封閉連接（occludingjunction），廣泛存在于各種有腔臟器管腔面上皮細(xì)胞游離緣的側(cè)表面，如小腸上皮細(xì)胞。結(jié)構(gòu)：封閉索（sealingstrand）是緊密連接的基本結(jié)構(gòu)——緊密結(jié)合的膜蛋白顆粒組成嵴，相鄰細(xì)胞膜上的嵴對(duì)應(yīng)排列，就像拉鏈頭對(duì)頭地連接成封閉索。封閉索交織成網(wǎng)狀，將相鄰細(xì)胞緊密連接在一起。功能：連接相鄰細(xì)胞外；封閉上皮細(xì)胞間隙，保證組織內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定；將上皮細(xì)胞游離面和基底面不同功能的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白限制在各自的范圍，保證物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的方向性。TightJunctioninEpitheliaofRabbitTightJunctions

Sealoffbodycavities Restrictdiffusionof membranecomponentsTightJunction（二）錨定連接anchoringjunction錨定連接由骨架纖維介導(dǎo)，可分為粘著連接和橋粒連接。1.粘著連接（adheringjunction）

（1）粘著帶（adhesionbelt）：位于上皮細(xì)胞頂端的外側(cè)面、緊密連接的下方。通過(guò)一種依賴Ca2+的粘合機(jī)制使相鄰細(xì)胞的跨膜糖蛋白相互粘著；微絲束平行環(huán)繞細(xì)胞膜并與跨膜糖蛋白相連；相鄰細(xì)胞膜在粘著帶處有15～20nm的間隙。功能：增強(qiáng)組織的機(jī)械性能；在脊椎動(dòng)物形態(tài)發(fā)生過(guò)程中起重要作用。AdhesionBelt是細(xì)胞與胞外基質(zhì)的一種連接方式。粘著斑是膜下微絲束的終末，通過(guò)粘著斑連接蛋白與跨膜糖蛋白連接?？缒ぬ堑鞍资羌?xì)胞外基質(zhì)中纖粘連蛋白的受體，介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)粘著。粘著斑的形成與解離對(duì)細(xì)胞的鋪展和遷移有重要意義，如成纖維細(xì)胞在培養(yǎng)過(guò)程中的貼壁、鋪展等。（2）粘著斑（adhesionplaque）2.橋粒連接desmosomejunction（1）點(diǎn)狀橋粒（spotdesmosome）：似鉚釘，相鄰細(xì)胞膜相互平行，有寬約30nm的間隙。結(jié)構(gòu)：盤(pán)狀胞質(zhì)斑（cytoplasmicplaque），厚約15～20nm；中間纖維被更細(xì)的纖維系牢在胞質(zhì)斑上；跨膜連接糖蛋白附著于胞質(zhì)斑上，將兩個(gè)細(xì)胞連接在一起。功能：抵抗外來(lái)的張力、壓力及撕裂力。與疾病：天皰瘡是一種橋粒結(jié)構(gòu)缺陷疾病，上皮層細(xì)胞松開(kāi)，組織液漏入表皮，導(dǎo)致水皰形成。（2）半橋粒（hemidesmosome）：只有點(diǎn)狀橋粒的一半，通過(guò)與胞質(zhì)斑相連的跨膜連接糖蛋白將上皮組織與基底膜連接在一起。Desmosome（三）通訊連接包括間隙連接、化學(xué)突觸、胞間連絲。1.間隙連接相鄰細(xì)胞膜間深處，存在著2～3nm的間隙。連接子間隙連接單位Gapjunction間隙連接介導(dǎo)的細(xì)胞通訊代謝偶聯(lián)：間隙連接允許離子、葡萄糖、氨基酸、核苷酸和維生素等代謝物從一個(gè)細(xì)胞迅速到達(dá)另一個(gè)細(xì)胞，使細(xì)胞產(chǎn)生代謝偶聯(lián)，借以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞間通訊，進(jìn)而協(xié)調(diào)細(xì)胞群的各種代謝活動(dòng)。如在胚胎早期發(fā)育和細(xì)胞的分化。電偶聯(lián)：連接子有離子通道作用，間隙連接區(qū)的電阻遠(yuǎn)低于膜的其它部位，便于離子通過(guò)迅速進(jìn)入相鄰細(xì)胞，使相鄰細(xì)胞膜去極化，產(chǎn)生興奮。如心肌細(xì)胞的同步收縮和舒張。間隙連接的通透性調(diào)節(jié)：實(shí)驗(yàn)證明，間隙連接的通透性受細(xì)胞內(nèi)Ca2+水平、pH值、電壓梯度和細(xì)胞外信號(hào)的調(diào)節(jié)。2.化學(xué)突觸化學(xué)突觸（chemicalsynapse）是存在于神經(jīng)元和神經(jīng)元之間、神經(jīng)元和效應(yīng)器細(xì)胞之間的細(xì)胞連接方式。由突觸前膜、突觸間隙和突觸后膜構(gòu)成，通過(guò)釋放神經(jīng)遞質(zhì)傳導(dǎo)神經(jīng)沖動(dòng)。四、細(xì)胞外基質(zhì)ECM(extracellularmatrix)是細(xì)胞外大分子構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。包括：膠原、非膠原糖蛋白、氨基聚糖與蛋白聚糖、彈性蛋白等。ECM在結(jié)締組織中含量較高。ECM的成分及組裝形式由所產(chǎn)生的細(xì)胞決定，并與組織的功能相適應(yīng)。如：角膜、肌腱。ECM影響細(xì)胞的存活、死亡、增殖和分化。MACROMOLECULARORGANIZATIONOFECM（一）氨基聚糖及蛋白聚糖1．氨基聚糖（glycosaminoglycan，GAG）GAG是重復(fù)二糖單位構(gòu)成的無(wú)分枝長(zhǎng)鏈多糖。二糖單位通常由氨基已糖和糖醛酸組成?？煞譃榱N：透明質(zhì)酸、硫酸軟骨素、硫酸皮膚素、硫酸乙酰肝素、肝素、硫酸角質(zhì)素。透明質(zhì)酸(HA)是唯一不硫酸化的GAG，含多達(dá)10萬(wàn)個(gè)糖基?？山Y(jié)合大量水分子，賦予組織一定的抗壓性。氨基聚糖的分子特性及分布2．蛋白聚糖proteoglycan是氨基聚糖（除HA）與核心蛋白質(zhì)的共價(jià)結(jié)合物。核心蛋白質(zhì)的Ser殘基在高爾基體中裝配上GAG鏈。首先合成由四糖組成的連接橋（Xyl-Gal-Gal-GlcUA）連接到Ser殘基上，然后再延長(zhǎng)糖鏈。除HA及肝素外，其他GAG均不游離存在。HA以非共價(jià)鍵連接許多蛋白聚糖單體巨分子。AProteoglycanComplex.Galactose N-Acetyl-D-glucosamineD-glucuronicacidN-Acetyl-D-galactosamine（二）膠原和彈性蛋白1.膠原Collagen的組成：由原膠原交聯(lián)而成，原膠原是三條肽鏈形成的三股螺旋，含有三種結(jié)構(gòu)：螺旋區(qū)，非螺旋區(qū)及球形結(jié)構(gòu)域。collagenstructureStructuresofthecollagen原膠原間共價(jià)交聯(lián)，呈階梯狀排列，形成膠原纖維，在電鏡下可見(jiàn)間隔67nm的橫紋。合成：由成纖維細(xì)胞、軟骨細(xì)胞、成骨細(xì)胞、上皮細(xì)胞分泌。原膠原共價(jià)交聯(lián)后成為具有抗張強(qiáng)度的不溶性膠原。胚胎及新生兒的膠原因缺乏分子間的交聯(lián)而易于抽提。隨年齡增長(zhǎng)，交聯(lián)日益增多，組織僵硬老化。類型：已知至少19種膠原，由不同的結(jié)構(gòu)基因編碼。I、II、III、V、XI型膠原為有橫紋的纖維形結(jié)構(gòu)。是人體最豐富的蛋白，占蛋白總量的30％以上。功能：參與形成結(jié)締組織，如骨、韌帶、基膜、皮膚。Collagenfibrilsaroundafibroblast2.彈性蛋白（elastin)形態(tài)：是彈性纖維的主要成分，高度疏水，呈無(wú)規(guī)則卷曲狀。分布：皮膚的結(jié)締組織中。Figure

19-50

Stretchinganetworkofelastinmolecules.

Themoleculesarejoinedtogetherbycovalentbonds(indicatedinred)togenerateacross-linkednetwork.Inthemodelshowneachelastinmoleculeinthenetworkcanexpandandcontractasarandomcoil,sothattheentireassemblycanstretchandrecoillikearubberband.3.非膠原糖蛋白已鑒定的FN亞單位20種以上。由同一基因編碼，轉(zhuǎn)錄后拼接不同，形成多種異型分子。纖連蛋白（fibronectin,FN)纖粘連蛋白Fibronectin（FN）類型：血漿FN：V字形二聚體，可溶，存在于血漿、體液。細(xì)胞FN：多聚體，不溶，存在于ECM及細(xì)胞表面。結(jié)構(gòu)：含糖4.5－9.5％。每條FN有5－7個(gè)有特定功能的結(jié)構(gòu)域。fibronectindimer組裝：FN不自發(fā)組裝成纖維，通過(guò)細(xì)胞表面受體指導(dǎo)下進(jìn)行。腫瘤細(xì)胞表面的FN纖維減少，因細(xì)胞表面的FN受體異常所致。功能：FN可將細(xì)胞連接到ECM上；FN上的RGD（Arg-Gly-Asp）序列可與細(xì)胞表面的整合素結(jié)合。人工合成的RGD三肽可抑制細(xì)胞在FN基質(zhì)上粘附。Fibronectinhelpsconnecttheinsideofthecelltotheoutside第三節(jié)細(xì)胞膜與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸穿膜運(yùn)輸（transmembrane)小分子物質(zhì)和離子膜泡運(yùn)輸(transportbyvesicleformation)大分子和顆粒物質(zhì)教學(xué)要求：1.掌握：膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類型和特點(diǎn)；簡(jiǎn)單擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散和主動(dòng)運(yùn)輸；胞吞作用、胞吐作用和受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用；2.熟悉：膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)異常與疾病一、穿膜運(yùn)輸（一）小分子和離子的穿膜機(jī)制介導(dǎo)運(yùn)輸?shù)哪み\(yùn)輸?shù)鞍卓蓪⑺鼈兎譃閮深悾和ǖ赖鞍祝╟hannelprotein）載體蛋白（carrierprotein）所有結(jié)構(gòu)已知的膜運(yùn)輸?shù)鞍锥际嵌啻未┠さ哪さ鞍住Ｒ环N膜運(yùn)輸?shù)鞍淄荒苓\(yùn)輸一種特定的離子或分子，基因突變會(huì)引起細(xì)胞膜上某些相關(guān)運(yùn)輸?shù)鞍椎臏p少或缺失，導(dǎo)致先天性的對(duì)某種特異性物質(zhì)的吸收障礙。通道蛋白（channelprotein）K+channel

4thsubunitnotshown載體蛋白小分子物質(zhì)和離子的穿膜運(yùn)輸被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（passivetransport)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（activetransport)\代謝相關(guān)轉(zhuǎn)運(yùn)（二）小分子和離子的穿膜運(yùn)輸方式1.簡(jiǎn)單擴(kuò)散2.離子通道擴(kuò)散電壓門(mén)控通道配體門(mén)控通道機(jī)械門(mén)控通道神經(jīng)肌肉連接3.易化擴(kuò)散(幫助擴(kuò)散)概念：是物質(zhì)由低濃度一側(cè)通過(guò)膜到高濃度一側(cè)，同時(shí)消耗代謝能的一種物質(zhì)運(yùn)輸方式。在運(yùn)輸過(guò)程中，需要載體蛋白的參與。（1）鈉泵（2）鈣泵4.離子泵（1）鈉泵構(gòu)成：由2個(gè)大亞基、2個(gè)小亞基組成的4聚體，實(shí)際上就是Na+-K+ATP酶，分布于動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜。Na+-K+-ATP酶有兩種互變的構(gòu)象，每秒可水解100個(gè)ATP分子，水解一個(gè)ATP分子能同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)3個(gè)Na+出胞和2個(gè)K+入胞細(xì)胞質(zhì)鉀濃度梯度[30倍]鈉濃度梯度[13倍]大亞基大亞基小亞基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亞基大亞基大亞基K+ATPADP+Pi鈉結(jié)合部位K+Pi大亞基大亞基小亞基鉀結(jié)合部位Mg+++NaK泵小結(jié)鈉鉀泵的作用：維持細(xì)胞膜兩側(cè)正常的離子梯度膜的正常興奮性細(xì)胞滲透壓的平衡以細(xì)胞容積的恒定

2.Ca2+-ATP酶位置：肌質(zhì)網(wǎng)膜上。結(jié)構(gòu)：Ca2+-泵是由約1000個(gè)氨基酸組成的跨膜蛋白，鈣調(diào)蛋白通過(guò)與Ca2+-泵的結(jié)合調(diào)節(jié)其活性，催化ATP水解產(chǎn)生的能量。通過(guò)變構(gòu)、反復(fù)的磷酸化和去磷酸化，將Ca2+-逆向轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞外或進(jìn)入肌質(zhì)網(wǎng)。Ca2+-泵每秒鐘能水解10個(gè)ATP分子，每水解一個(gè)ATP分子，能轉(zhuǎn)運(yùn)兩個(gè)Ca2+出胞或進(jìn)入肌質(zhì)網(wǎng)。

5.伴隨運(yùn)輸是一種間接消耗代謝能的運(yùn)輸方式，溶質(zhì)分子逆濃度梯度跨膜運(yùn)輸所需的能量來(lái)自離子的電化學(xué)梯度，同時(shí)也需要膜上的特異性載體。在動(dòng)物細(xì)胞中，驅(qū)動(dòng)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)碾x子通常是Na+。在植物和細(xì)菌，驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)分子逆濃度梯度運(yùn)輸?shù)牟皇荖a+而是H+。鈉鉀泵驅(qū)動(dòng)的葡萄糖主動(dòng)運(yùn)輸二、膜泡運(yùn)輸細(xì)胞在轉(zhuǎn)運(yùn)某些大分子和顆粒物質(zhì)的過(guò)程中，物質(zhì)被包裹在膜脂雙分子層圍成的囊泡中，通過(guò)囊泡與細(xì)胞膜的融合進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，故稱為膜泡運(yùn)輸。膜泡運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是：被轉(zhuǎn)運(yùn)的大分子物質(zhì)不與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)其它大分子或細(xì)胞器直接接觸和混合囊泡只與特定的膜融合，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)外大分子的直接轉(zhuǎn)運(yùn)在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中需要消耗代謝能。膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)可分為胞吞作用和胞吐作用。（一）胞吞作用胞吞作用（endocytosis）是指顆?；蛞后w物質(zhì)通過(guò)細(xì)胞膜內(nèi)陷形成內(nèi)吞泡，將外界物質(zhì)攝入細(xì)胞的過(guò)程。根據(jù)內(nèi)吞物質(zhì)的形態(tài)、大小和特異程度不同，胞吞作用可分為：吞噬作用（phagocytosis）胞飲作用（pinocytosis）受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用胞吐作用吞噬作用胞飲作用吞噬體吞飲體1.吞噬作用

細(xì)胞內(nèi)吞較大的固體顆粒物質(zhì)，如細(xì)菌、細(xì)胞碎片等，稱為吞噬作用。2.胞飲作用

細(xì)胞攝取液體和溶質(zhì)分子，形成胞飲泡（pinocyticvesicle）的過(guò)程。胞飲泡或稱胞飲體（pinosome）。3.受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用

指被轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)與細(xì)胞膜上專一性的受體結(jié)合誘發(fā)的內(nèi)吞作用，是細(xì)胞攝入特定溶質(zhì)大分子的過(guò)程。這種胞吞作用是在細(xì)胞膜的特化區(qū)域進(jìn)行的，這個(gè)區(qū)域稱有被小窩（coatedpit）。

動(dòng)物細(xì)胞攝取膽固醇顆粒LDL顆粒（二）胞吐作用胞吐作用（exocytosis）是指細(xì)胞將合成的外輸性物質(zhì)和代謝廢物由內(nèi)膜系統(tǒng)包圍形成分泌小泡，從細(xì)胞內(nèi)部逐漸移向細(xì)胞膜并與細(xì)胞膜融合，將內(nèi)容物排至細(xì)胞外的過(guò)程。真核細(xì)胞的分泌活動(dòng)幾乎都是以胞吐的方式進(jìn)行的

胞吐作用有兩種：結(jié)構(gòu)分泌途徑（constitutivepathwayofsecretion）調(diào)節(jié)分泌途徑（regulatedpathwayofsecretion）結(jié)構(gòu)分泌幾乎存在于所有細(xì)胞中，而調(diào)節(jié)分泌只存在于某些特化的分泌細(xì)胞

細(xì)胞通過(guò)胞吞和胞吐作用加速了細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交流和膜相系統(tǒng)的循環(huán)更新第六、八節(jié)細(xì)胞膜與細(xì)胞識(shí)別教學(xué)要求：1.掌握：受體的概念、類型、結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特性。2.了解：受體的分布和數(shù)量；受體與細(xì)胞識(shí)別的機(jī)制信號(hào)分子根據(jù)其溶解性可分為水溶性和脂溶性兩類。水溶性信號(hào)分子必須通過(guò)膜受體的轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制起作用脂溶性信號(hào)分子，如甾體激素（性激素、腎上腺皮質(zhì)激素、蛻皮激素等）則直接進(jìn)入細(xì)胞核，與相應(yīng)受體結(jié)合為復(fù)合體，直接調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。一細(xì)胞膜受體的概念受體（receptor）是一種能夠識(shí)別和選擇性結(jié)合某種配體的大分子。分布于細(xì)胞表面的稱膜受體或稱細(xì)胞表面受體，與細(xì)胞識(shí)別（cellrecognition）、免疫反應(yīng)（immunoreaction）、細(xì)胞間信號(hào)傳遞（intercellularsignalstransport）以及代謝調(diào)節(jié)等密切相關(guān)。分布于胞漿內(nèi)或細(xì)胞核內(nèi)的受體稱細(xì)胞內(nèi)受體。配體配體（ligand）是指能與特異受體識(shí)別并結(jié)合，經(jīng)過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制的作用，轉(zhuǎn)變成細(xì)胞內(nèi)信使，引起細(xì)胞內(nèi)各種生物效應(yīng)的細(xì)胞外信號(hào)分子，它們一般不參與細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)代謝和能量代謝過(guò)程。例如:激素、神經(jīng)遞質(zhì)、化學(xué)介質(zhì)、細(xì)胞因子（生長(zhǎng)因子、淋巴因子等）、細(xì)菌毒素、化學(xué)藥物、物理因子（如光子）等。膜表面受體胞內(nèi)受體1膜受體的分子結(jié)構(gòu)單體型受體

:多是跨膜糖蛋白、脂蛋白或糖脂蛋白，是一條多肽鏈一次跨膜或是一條多肽鏈反復(fù)多次跨膜.（多數(shù)生長(zhǎng)因子受體、細(xì)胞因子受體、LDL受體等）活性部位+調(diào)節(jié)部位復(fù)合型受體:由多肽鏈組成亞單位，再由幾個(gè)亞單位聚合成多聚體（胰島素受體、N-乙酰膽堿受體等）調(diào)節(jié)受體+催化受體或稱效應(yīng)器+轉(zhuǎn)換蛋白（一）膜受體的結(jié)構(gòu)和類型2.膜受體的類型配體閘門(mén)通道受體G蛋白偶聯(lián)受體受體酪氨酸激酶（二）膜受體的特性特異性（specificity）高親和性（highaffinity）飽和性（saturability）可逆性（reversibility）特定的組織定位二、膜受體與細(xì)胞識(shí)別（一）細(xì)胞識(shí)別的現(xiàn)象細(xì)胞識(shí)別（cellrecognition）：是指細(xì)胞對(duì)同種和異種細(xì)胞、對(duì)同源和異源細(xì)胞的辨認(rèn)和鑒別過(guò)程。細(xì)胞識(shí)別還包括細(xì)胞的各種生物大分子與各種信號(hào)分子之間的相互作用。細(xì)胞識(shí)別和粘著的普遍性：細(xì)胞識(shí)別是生物界的一種普遍現(xiàn)象，具有種屬特異性和組織特異性。如受精是同種精子和卵子之間互相識(shí)別結(jié)合的過(guò)程；體外心肌細(xì)胞相互識(shí)別并聚集。腫瘤細(xì)胞表面抗原常有變異或受到遮蔽，T細(xì)胞表面受體失去對(duì)它的鑒別力，發(fā)生免疫逃避。（二）識(shí)別的分子基礎(chǔ)B.Theformsofcellcommunication-----DifferenttypesofchemicalsignalscanbereceivedbycellsGapjunctionEachcellisprogrammedtorespondtospecificcombinationsofexreaceluularsignalmolecules（三）細(xì)胞識(shí)別所引起的反應(yīng)類型第七節(jié)膜受體與細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)教學(xué)要求：1.掌握：G蛋白的類型、結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制2.熟悉：化學(xué)信號(hào)分子；cAMP、PIP2信號(hào)通路。3.了解：cGMP、NO、酪氨酸蛋白激酶等信號(hào)通路；一、細(xì)胞化學(xué)信號(hào)分子、受體及G蛋白信號(hào)分子根據(jù)其溶解性可分為水溶性和脂溶性兩類。水溶性信號(hào)分子必須通過(guò)膜受體的轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制起作用脂溶性信號(hào)分子，如甾體激素（性激素、腎上腺皮質(zhì)激素、蛻皮激素等）則直接進(jìn)入細(xì)胞核，與相應(yīng)受體結(jié)合為復(fù)合體，直接調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。（一）化學(xué)信號(hào)及其受體（二）G蛋白

具有特異的GTP結(jié)合位點(diǎn)，其活性受GTP調(diào)控，故稱之為G蛋白（G-protein，Gp）。G蛋白種類繁多，但它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)和功能上有許多共性。式量約100KDa的可溶性膜蛋白，由α、βγ三個(gè)亞單位組成異三聚體，位于膜受體和效應(yīng)器之間細(xì)胞膜的胞質(zhì)面。TheimportanceofG-proteins"fortheirdiscoveryofG-proteinsandtheroleoftheseproteinsinsignaltransductionincells"TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1994AlfredG.Gilman

MartinRodbell1、G蛋白家族根據(jù)α亞基的結(jié)構(gòu)和活性分為：GsGiGqGTP-bindingregulatoryproteinG蛋白偶聯(lián)的受體二、CAMP信號(hào)通路組成成分：信號(hào)受體(Receptor):7次跨膜的膜整合蛋白。激活型受體（Rs）或抑制型受體（Ri）；G-蛋白:

活化型調(diào)節(jié)蛋白（Gs）或抑制型調(diào)節(jié)蛋白（Gi）；催化成分：即腺苷酸環(huán)化酶（C）

（1）信號(hào)受體(Receptor)（2）G-蛋白

激活型抑制型受體激活型受體(Rs)抑制型受體(Ri)G-蛋白激活型的G-蛋白（Gs）抑制型G-蛋白(Gi)靶蛋白腺苷酸環(huán)化酶（C）腺苷酸環(huán)化酶：

跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，催化ATP生成cAMP。蛋白激酶A（ProteinKinaseA，PKA）：由兩個(gè)催化亞基和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基組成。cAMP與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，使調(diào)節(jié)亞基和催化亞基解離，釋放出催化亞基，激活蛋白激酶A的活性。環(huán)腺苷酸磷酸二酯酶（cAMPphosphodiesterase,PDE）：降解cAMP生成5’-AMP，起終止信號(hào)的作用。DegredationofcAMPcAMP信號(hào)途徑可表示為：激素→G蛋白耦聯(lián)受體→G蛋白→腺苷酸環(huán)化酶→cAMP→依賴cAMP的蛋白激酶A→基因調(diào)控蛋白磷酸化→基因轉(zhuǎn)錄。

不同細(xì)胞對(duì)cAMP信號(hào)途徑的反應(yīng)速度不同：在肌肉細(xì)胞，1秒鐘內(nèi)可啟動(dòng)糖原降解為葡糖1-磷酸，而抑制糖原合成。在某些分泌細(xì)胞，需要幾個(gè)小時(shí)，激活的PKA進(jìn)入細(xì)胞核，將CRE結(jié)合蛋白磷酸化，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)。CRE（cAMPresponseelement）是DNA上的調(diào)節(jié)區(qū)域2.DAG-PKC、IP3-Ca2+信號(hào)通路概述：甘油二酯、三磷酸肌醇和Ca2+信號(hào)通路是非核苷酸類的第二信使通路，三磷酸肌醇（IP3）和甘油二酯（DG或DAG）為第二信使。當(dāng)細(xì)胞外信號(hào)作用于靶細(xì)胞的相應(yīng)受體后，通過(guò)G-蛋白的轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，首先激活細(xì)胞膜胞質(zhì)面的磷脂酶C（phospholipasePLC），PLC將磷脂酰肌醇二磷酸（PIP2）降解為水溶性的IP3和脂溶性的DAG，IP3和DAG的濃度瞬間升高。IP3和DAG分別激活兩條獨(dú)立而又相互協(xié)調(diào)的信號(hào)傳導(dǎo)通路：即IP3-Ca2+和DAG-PKC（蛋白激酶C）信號(hào)通路。磷脂肌醇信號(hào)途徑磷脂酰肌醇信號(hào)通路G-蛋白激活磷酯酶C(PLC)PIP2IP3DG受體

組成成分：

◆信號(hào)受體：◆G-蛋白◆效應(yīng)物：磷脂酶C（PLC）磷脂酰肌醇信號(hào)通路效應(yīng)→IP3→胞內(nèi)Ca2+濃度升高→Ca2+結(jié)合蛋白(CaM)→細(xì)胞反應(yīng).→DG→激活PKC→蛋白磷酸化.或促Na+/H+交換使胞內(nèi)pH.內(nèi)源Ca2+庫(kù)（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中的Ca2+）鈣調(diào)蛋白（calmodulin，CaM）可結(jié)合鈣離子將靶蛋白（如：CaM-Kinase）活化。受CaM調(diào)節(jié)的酶:腺苷酸環(huán)化酶、鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶、鈣調(diào)蛋白激酶、Ca2+-ATP酶……蛋白激酶C位于細(xì)胞質(zhì)，Ca2+濃度升高時(shí)，PKC轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜內(nèi)表面，被DG活化(PIP2水解釋放出的DG是水不溶的(非極性的)，一直停留在質(zhì)膜上)。PKC屬蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶，PKC具有廣泛的作用底物，參與眾多生理過(guò)程，既涉及許多細(xì)胞“短期生理效應(yīng)”如細(xì)胞分泌、肌肉收縮等，又涉及細(xì)胞增殖、分化等“長(zhǎng)期生理效應(yīng)”。它們是兩條既獨(dú)立而又相互協(xié)調(diào)的信號(hào)通路，共同完成細(xì)胞內(nèi)的代謝調(diào)節(jié)活動(dòng)。

在細(xì)胞增殖和細(xì)胞癌變方面：IP3和DAG都有促進(jìn)細(xì)胞增殖的效應(yīng)。

在免疫反應(yīng)中：被激活的巨噬細(xì)胞形成IP3，使Ca2+濃度升高，觸發(fā)巨噬細(xì)胞的趨化、分泌及吞噬，參與免疫反應(yīng)。

對(duì)神經(jīng)細(xì)胞膜興奮性的作用：IP3能降低神經(jīng)細(xì)胞膜的興奮性；DAG-PKC增加神經(jīng)細(xì)胞膜的興奮性。IP3-Ca2+和DAG-PKC通路的關(guān)系IP3信號(hào)的終止是通過(guò)去磷酸化形成IP2、或磷酸化為IP4。Ca2+被質(zhì)膜上的鈣泵和Na+-Ca2+交換器抽出細(xì)胞，或被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣泵抽回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。DG通過(guò)兩種途徑終止其信使作用：一是被DG激酶磷酸化成為磷脂酸；二是被DG酯酶水解成單酯酰甘油。五、cGMP信號(hào)通路1.cGMP信號(hào)通路：環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷（cGMP）和鳥(niǎo)苷酸環(huán)化酶（GC）一起構(gòu)成與cAMP起拮抗作用的另一重要的環(huán)核苷酸類第二信使系統(tǒng)。NO能激活GC，是一種即有第一信使又有第二信使特征的信號(hào)分子。2.GC有兩種存在形式：二者的結(jié)構(gòu)特性不同。膜受體結(jié)合型GC：膜受體結(jié)合型GC具有細(xì)胞外肽類激素結(jié)合區(qū)，與細(xì)胞外肽類激素結(jié)合型使GC活化，GTP→cGMP。胞漿可溶型GC（sGC）：以血紅素為輔基，血紅素Fe2+與含NO化合物或NO親和力高，NO與之結(jié)合后形成亞硝基-血紅素復(fù)合物，激活sGC，促進(jìn)cGMP的合成。

NOsignalingTheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1998"fortheirdiscoveriesconcerningnitricoxideasasignallingmoleculeinthecardiovascularsystem"RobertF.Furchgott

LouisJ.Ignarro

FeridMurad

SUNYHealthScienceCenterBrooklyn,NY,USA1916-

UCLASchoolofMedicineLosAngeles,CA,USA1941-

UniversityofTexas,HealthScienceCenterDallas,TX,USA1936-

USAUSAUSA3.細(xì)胞中cGMP和cAMP的濃度和作用是拮抗的。cAMP水平升高時(shí)：促使糖原分解，促進(jìn)基因表達(dá)合成特異蛋白質(zhì)，進(jìn)而促進(jìn)細(xì)胞分化。cGMP水平升高時(shí)：則促進(jìn)糖原的合成，加速DNA的復(fù)制，導(dǎo)致細(xì)胞分cGM裂。4.cGMP的作用機(jī)制：cGMP通過(guò)調(diào)控離子通道的通透性、通過(guò)磷酸二脂酶（PDE）對(duì)細(xì)胞內(nèi)cGMP水平的調(diào)控、以及通過(guò)cGMP依賴性蛋白激酶G（PKG）對(duì)靶蛋白的磷酸化的調(diào)控，來(lái)介導(dǎo)cGMP在細(xì)胞中的生物效應(yīng)。例如，引起視網(wǎng)膜光信號(hào)的傳導(dǎo)，引起血管、氣管、胃腸道等多種平滑肌的舒張，促進(jìn)橫紋肌對(duì)糖原的合成等。5.cGMP的作用機(jī)制舉例：cGMP通過(guò)調(diào)控光受體特異的Na+-Ca2+通道的通透性介導(dǎo)視網(wǎng)膜光信號(hào)的傳導(dǎo)。在視網(wǎng)膜視桿細(xì)胞未受光刺激時(shí)：細(xì)胞內(nèi)cGMP濃度較高，cGMP直