動(dòng)物及人體生理學(xué)

第二章

細(xì)胞膜動(dòng)力學(xué)和跨膜信號(hào)通訊一、細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)及其組成

Themoleculestructuresofcellmembrane.

質(zhì)膜(plasmamembrane),單位膜(unitmembrane)化學(xué)組成脂質(zhì)(lipids)蛋白質(zhì)(proteins)糖(carbohydrates)第一節(jié)細(xì)胞膜超微結(jié)構(gòu)及物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)液態(tài)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)

(Singer和Nicholson提出,1972年)基本內(nèi)容：膜的結(jié)構(gòu)特征是以液態(tài)的類脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌著具有不同生理功能的各種蛋白質(zhì)分子。Themolecularstructureofcellmembrane.Amammaliancellmembraneiscomposedoftwolayersoflipidinwhichproteinmoleculesareembedded.脂質(zhì)以雙分子層形式存在磷脂：＞70%親水性的極性基團(tuán)(磷酸和堿基)疏水性的非極性基團(tuán)(脂肪酸側(cè)鏈)膽固醇：＜30%鞘脂：少量脂質(zhì)的性質(zhì)：液態(tài)，脂溶性，柔軟性和一定的流動(dòng)性。其流動(dòng)性大小與某些成分的含量有關(guān)。脂質(zhì)的作用：屏障Compositionofbiologicalmembranesinpercentage(w/w) Ery Liver ER Phosphatidylethanolamine 18 7 17 Phosphatidylserine 7 4 5 Phosphatidylcholine 17 24 40 Sphingomyelin 18 19 5 Glycolipids 3 7 trace Cholesterol 23 17 6 Others 14 22 27 蛋白質(zhì)

a－螺旋或球形結(jié)構(gòu)整合蛋白質(zhì)或內(nèi)在蛋白質(zhì)(integralproteinsorintrinsicproteins)周圍蛋白質(zhì)或表面蛋白質(zhì)(peripheralproteinsorextrinsicproteins)膜蛋白質(zhì)的主要功能物質(zhì)、能量、信息的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)或轉(zhuǎn)換.載體(carrier)通道(channel)離子泵(pump)受體(receptor)酶(enzyme)免疫(immune)細(xì)胞膜的糖類寡糖或多糖鏈形成糖脂和糖蛋白糖被或細(xì)胞外衣(glycocalyxorcellcoat)主要功能：①細(xì)胞的“標(biāo)記”，如作為抗原決定簇②膜受體的“識(shí)別”部分二、細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)

Thetransportfunctionacrosscellmembrane.轉(zhuǎn)運(yùn)形式包括被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(passivetransport)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(activetransport)(一)單純擴(kuò)散(simplediffusion)脂溶性物質(zhì)或氣體順濃度差的跨細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)。如O2、CO2、乙醇、脂肪酸。高濃度區(qū)低濃度區(qū)跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的擴(kuò)散通量決定于電化學(xué)梯度膜的通透性(permeability)Lipid-solublemoleculesarecapableofmovingfreelyacrossthecellmembranebysimplediffusiondowntheirconcentrationgradients.水孔蛋白(aquaporin)

水溶性分子可通過水孔蛋白形成的特異通道進(jìn)出細(xì)胞。(二)膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

易化擴(kuò)散(facilitateddiffusion)

不溶于脂質(zhì)或難溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，在膜蛋白的幫助下從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。如葡萄糖、氨基酸、離子等。以載體(carrier)為中介的易化擴(kuò)散以通道(channel)為中介的易化擴(kuò)散1.由載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散

(carrier-mediateddiffusion)特點(diǎn)：高度結(jié)構(gòu)特異性(specificity)飽和現(xiàn)象(saturation)競爭性抑制(competition)順濃度梯度，不需額外供能2.由通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散

(channel-mediateddiffusion)特點(diǎn)：有一定特異性，但沒有載體嚴(yán)格;可以處于開放或關(guān)閉的不同功能狀態(tài)，通透性變化快?？缒る娏?transmembranecurrent)：當(dāng)通道開放引起帶電離子跨膜移動(dòng)形成的電流。被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)：

順濃度梯度移動(dòng)，無需細(xì)胞額外供能(三)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(activetransport)概念：細(xì)胞膜通過本身的某種耗能過程，將某些物質(zhì)經(jīng)細(xì)胞膜逆濃度梯度或電位梯度轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。特點(diǎn)：逆濃度梯度進(jìn)行，消耗能量。Insomesituations,themoleculespassthoughthemembraneagainstaconcentrationgradientandthisprocessiscalledactivetransport.

1.

原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(primaryactivetransport)

轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(transporterprotein)

分解ATP鈉-鉀泵（sodium-potassiumpump）存在于細(xì)胞膜上的一種具有ATP酶活性的特殊蛋白質(zhì)。受Mg2+濃度的影響，分解ATP釋放能量，進(jìn)行Na+、K+逆濃度和電位梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)。ATP：Na+：K+＝1：3：2鈉-鉀泵的生理意義維持細(xì)胞內(nèi)高K+是許多代謝反應(yīng)進(jìn)行的必需條件。維持細(xì)胞外高Na+使得Na+不易進(jìn)入細(xì)胞，也阻止了與之相伴隨的水的進(jìn)入，對(duì)維持正常細(xì)胞的滲透壓與形態(tài)有著重要意義。建立勢(shì)能貯備是神經(jīng)、肌肉等組織具有興奮性的基礎(chǔ)，也是一些非離子性物質(zhì)如葡萄糖、氨基酸等進(jìn)行繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的能量來源。2.

繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

(secondaryactivetransport)

逆濃度梯度或逆電位梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，能量來自膜兩側(cè)Na+濃度差，而Na+濃度差是

Na+--K+泵分解ATP釋放的能量建立的。

同向轉(zhuǎn)運(yùn)

(symport,cotransport)

反向轉(zhuǎn)運(yùn)(antiport,countertransport)(四)胞吞和胞吐(endocytosis&exocytosis)指細(xì)胞外某些物質(zhì)團(tuán)塊（如蛋白質(zhì)、脂肪顆粒、侵入體內(nèi)的細(xì)菌或異物等）進(jìn)入細(xì)胞的過程。吞噬(phagocytosis)吞飲(pinocytosis)胞吮(potocytosis)

胞膜窖胞吮(caveolaepotocytosis)

受體介導(dǎo)式入胞(receptor-mediatedendocytosis)（現(xiàn)認(rèn)為是一種最重要的入胞形式）指一些大分子物質(zhì)或固態(tài)、液態(tài)的物質(zhì)團(tuán)塊由細(xì)胞排出的過程。Ifthemoleculesarebigger,theycannotcrossthemembranethroughthechannelorcarrier,andthosesubstancesgetintooroutofthecellthroughevenmorecomplicatedmechanismscalledendocytosisandexocytosis,respectively.入胞和出胞均要消耗能量細(xì)胞的跨膜信號(hào)傳遞

transmembranesignaltransmissionofcell膜通道跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)膜受體-G蛋白-第二信使跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

激酶相關(guān)受體介導(dǎo)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

(transmembranesignaltransduction)

第二節(jié)細(xì)胞間通訊和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（一）膜通道跨膜信號(hào)傳遞系統(tǒng)

(transmembranesignaltransmissionsystem

viamembranechannels)化學(xué)門控通道（興奮收縮耦聯(lián)）

nAChR：α1、α2、β、γ、δGlu、Asp、GABA、Gly、ATP、5-HT受體電壓門控通道（神經(jīng)、心肌）3種Na+、5種K+、3種Ca2+機(jī)械門控通道（平滑肌細(xì)胞、內(nèi)耳毛細(xì)胞）通道轉(zhuǎn)運(yùn)離子的機(jī)制

─門控(gatecontrol)通道的開放或關(guān)閉決定于：膜兩側(cè)的電位差電壓門控性通道(voltage-gatedchannel)膜兩側(cè)的特定化學(xué)性信號(hào)化學(xué)門控性通道（chemically-gatedchannel）膜的機(jī)械活動(dòng)機(jī)械門控性通道（mechanical-gatedchannel）

Ach受體離子通道型受體煙堿

(nicotine)毒蕈堿

(muscarine)電壓門