細胞膜的功能

●細胞膜對物質的運輸功能●細胞膜受體●細胞膜受體與信號轉導●細胞膜與疾病第五章細胞膜的功能1整理ppt第一節(jié)細胞膜對物質的運輸功能一、細胞膜對小分子物質和離子的運輸二、細胞膜對大分子物質的膜泡運輸2整理ppt一、細胞膜對小分子物質和離子的運輸1、被動運輸⑴單純擴散⑵閘門通道擴散⑶易化擴散

2、主動運輸⑴鈉鉀泵

⑵鈣泵

⑶離子濃度梯度驅動的主動運輸3整理ppt一、細胞膜對小分子物質和離子的運輸

1、被動運輸

⑴單純擴散(simplediffusion)非極性或脂溶性小分子物質(苯)(核苷)(甘油)(乙醇)(葡萄糖)4整理ppt⑵閘門通道擴散：各種非脂溶性的極性分子，如各種離子、葡萄糖、氨基酸等電壓閘門通道配體閘門通道通道水通道：直徑為0.35～0.8nm的小孔，通道蛋白的親水基團鑲在小孔的外表，小孔能持續(xù)開放，因而能使水和一些大小適宜的分子與帶電荷的溶質，經此小孔從膜的一側以擴散的方式運送到膜的另一側。閘門通道5整理ppt

所謂通道，即細胞膜上的通道蛋白質。它是膜蛋白分子構型中出現的允許某種物質迅速通過的水相孔洞。6整理ppt⑶易化擴散〔facilitateddiffusion〕定義：親水性物質，借助膜上載體蛋白，由高濃度向低濃度通過細胞膜。如：K+，Na+,Ca2+等帶電離子的轉運和葡萄糖、氨基酸等的轉運。如，葡萄糖載體對葡萄糖有很高的親和力，1秒鐘可傳送180個葡萄糖分子進入細胞。維生素D可以促進小腸粘膜中鈣離子載體的合成，所以維生素D可以促進機體對鈣的吸收。7整理ppt8整理ppt2、主動運輸〔activetransport〕通過膜本身的某種耗能過程，物質逆電、化學梯度的跨膜運動。主動運輸鈉鉀泵

鈣泵

離子濃度梯度驅動的主動運輸K+Na+Ca2+Cl-9整理ppt⑴Na-K泵(Na+-K+ATP酶)k電化學梯度Na電化學梯度10整理pptNa+-K+泵——Na+-K+ATP酶Na+-K+泵的作用：第一、維持細胞膜內外Na+、K+的濃度梯度；第二、維持膜電位；第三、控制細胞的體積，并為細胞主動轉運葡萄糖和氨基酸創(chuàng)造條件。11整理ppt紅細胞影泡的定位研究證明：第一、Na+、K+的轉運與ATP的水解緊緊地偶聯(lián)在一起，缺一方，另一方就不能發(fā)生；第二、當Na+與ATP酶在膜內側，K+在膜外側時，離子的傳送和ATP的水解才可發(fā)生；第三、一個ATP酶分子每秒鐘可水解100個ATP分子，水解一個ATP分子可排出3個Na+，泵入2個K+。12整理ppt●轉運過程：Na+-K+ATP酶是由一個跨膜催化亞單位和一個糖蛋白組成，前者在細胞質面有Na+和ATP的連接部位，Na+在膜內側與酶結合，促使ATP水解，釋放能量的同時，使酶在膜內側磷酸化，引起酶的變構，即與Na+結合的部位轉向膜外側，將Na+排出細胞，同時即與K+結合轉向膜內側，K+與酶結合后，促進酶的去磷酸化，使酶恢復原來的構象，K+泵入細胞內。Na+-K+ATP酶通過發(fā)生可逆的變構、反復的磷酸化與去磷酸化來完成排Na+吸

K+的作用。13整理ppt細胞內細胞外14整理ppt鈣泵位于細胞膜上和肌漿網膜上肌漿網是肌肉細胞中的滑面內質網，它是肌肉細胞內Ca2+存貯器。鈣泵負責將肌肉細胞質是的Ca2+泵入肌漿網內，使肌漿網內的Ca2+保持高濃度。假設神經發(fā)生沖動，肌肉細胞膜去極化，Ca2+從肌漿網釋放入細胞質內，引起肌肉收縮。釋放入細胞質內的Ca2+，由肌漿網膜上的鈣泵，泵入肌漿網，維持膜內外鈣離子的濃度差。每個Ca2+ATP酶每秒鐘可水解10個ATP分子，每個ATP分子可轉運2個Ca2+進入肌漿網⑵鈣泵——Ca2+ATP酶15整理ppt(細胞膜)(細胞液)Na+驅動的反向Ca2+泵16整理ppt這種主動運輸是由離子濃度梯度貯存的能量來驅動的，不需要消耗細胞的代謝能(ATP)。如，小腸上皮細胞攝取腸腔內的葡萄糖時需要腸腔內高濃度的Na+驅動。(如圖5-6) ⑶離子濃度梯度驅動的主動運輸17整理ppt二、細胞膜對大分子物質的膜泡運輸指大分子物質或物質團塊，通過復雜的膜結構的功能改變進出細胞的過程。

胞吞作用

膜泡運輸

胞吐作用吞噬作用吞飲作用細胞膜有被小窩和有被小泡與受體介導的胞吞作用18整理ppt是指顆粒或液體借形成小泡通過細胞膜，被成批攝取的過程。其過程是被吞入的物質與細胞膜外表接觸，即該物質與膜上某些蛋白質有特殊的親和力，附著在膜上，兩邊的膜向外突起，接觸處的膜向內凹陷、收縮并與細胞膜脫離，形成一個包含攝入物的小泡，稱為胞吞小泡。1、胞吞作用:19整理ppt⑴吞噬作用：細胞攝取大顆粒的過程，如吞噬細菌和細胞碎片。吞噬作用廣泛存在于生物體內。原生動物草履蟲等是以吞噬作用作為攝取食物的一種方式，哺乳動物大多數細胞沒有吞噬作用，只有少數特化細胞具有這一功能，它們不再是攝食的一種方式，而是起著防御的功能。專用于對抗細菌、塵埃等外來的有害異物，如單核-吞噬細胞系統(tǒng)的巨噬細胞、單核細胞和多形核白細胞等。它們廣泛分布于組織和血液中，共同防御細菌的侵入，并去除衰老和死亡的細胞等。巨噬細胞每天要去除1011個衰老的紅細胞。20整理ppt細胞的吞噬作用21整理ppt⑵吞飲作用：

指細胞攝取液體和溶質的過程。由細胞膜包裹的液體內陷而形成的小泡，稱為吞飲小泡或吞飲體。22整理ppt⑶細胞膜有被小窩和有被小泡與受體介導的胞吞作用：大分子與細胞外表的受體結合，通過有被小窩進入細胞，此過程稱為受體介導的胞吞作用。有被小窩：在細胞膜外表有攝取蛋白質的特化部位，該部位細胞膜向內凹陷，在膜的細胞質面覆蓋了一層與有被小泡相似的包被結構，此特化區(qū)域稱為有被小窩。有被小泡：直徑約50～250nm之間，其細胞質面覆蓋了毛刺狀的包被，故稱為有被小泡。有被小泡由細胞膜或高爾基復合體形成。23整理ppt網格蛋白從冰凍蝕刻技術觀察有被小窩與有被小泡的衣被呈多角形網狀結構。將衣被別離提純，發(fā)現小泡膜含有數種蛋白質，其中最具有特征性的是網格蛋白，它是一種高度穩(wěn)定的纖維狀蛋白。網格蛋白是由三條較大的肽鏈(重鏈)和三條小的肽鏈(輕鏈)形成的三腳蛋白復合體。由三腳蛋白在小泡的外表排列成五角形或六角形的籃網狀結構，包在小泡膜的外外表形成了有被小窩與有被小泡。24整理ppt

冰凍蝕刻技術：將標本用液氮超低溫冷凍，真空中割斷，稍升溫使冰升華，細胞內外凡空隙處或含游離水較多的地方將因失水而下陷，膜和其它一些結構被顯露出來。25整理ppt02-10-15

26

26整理ppt網格蛋白的功能：第一、從有被小窩處選擇或排除分子；第二、為細胞膜凹陷提供結構支架。27整理ppt細胞對膽固醇的攝取

食物肝細胞內合成膽固醇→血液→LDL→組織細胞低密度脂蛋白(LDL)：血液中的膽固醇與蛋白質結合而成，其形狀為圓形顆粒，直徑約22nm，顆粒核心含有大約1500個膽固醇分子，它們與脂肪酸結合形成膽固醇脂，外層包繞著脂質單層，一種特異性蛋白嵌在脂質層中。

組成細胞膜合成類固醇激素合成膽汁酸膽固醇用于28整理ppt攝取過程：當細胞需要膽固醇時，細胞先合成LDL受體，并將其受體鑲嵌于細胞膜的特化區(qū)—有被小窩區(qū)，LDL與其受體在有被小窩區(qū)結合，結合后有被小窩向細胞內凹陷，與細胞膜脫離，進入細胞，形成有被小泡。有被小泡很快失去衣被，成為無被小泡，與細胞內體融合，形成較大的內吞小體。內吞小體在細胞內移動的過程中逐漸酸化，使受體與LDL解離，各自形成小泡。裝有受體的小泡又返回到細胞膜的有被小窩區(qū)，再次被利用；而裝有LDL的小泡那么與溶酶體融合，形成吞噬性溶酶體，LDL在其內被分解成游離的膽固醇和蛋白質。如果細胞內膽固醇的量已過剩，這時，膽固醇即可抑制LDL受體的合成，細胞停止對膽固醇的攝取。29整理pptLDL受體缺陷有兩種表現①受體對LDL連接部位的缺失；②受體有被小窩結合部位的缺失。30整理ppt31整理ppt2．胞吐作用胞吐作用:主要見于內分泌細胞的激素分泌和神經末梢的遞質釋放以及細胞內代謝產物的排出。其過程是在細胞內形成由膜包被的小泡，逐漸移動到細胞膜的內外表與細胞膜接觸，在接觸點兩者的膜蛋白發(fā)生構象變化，膜互相融合，產生通道，使物質排出。32整理ppt胞吐作用的簡單過程：細胞內的分泌蛋白是在RER上的多核糖體上合成，合成的分泌蛋白進入RER管腔內，在管腔內運輸，最后由RER膜包裹形成轉運小泡，并與RER脫離。轉運小泡與高爾基復合體膜融合，在扁平膜囊泡內分泌加工修飾好的分泌蛋白裝入分泌囊泡中與扁平膜囊泡別離。分泌囊泡向細胞膜的一定部位移動，并與細胞膜融合，融合的膜產生小孔道，將分泌蛋白釋放到細胞外，分泌泡的膜隨即參加到細胞膜。33整理ppt

細胞內局部Cａ2+濃度增高，Cａ2+作用于分泌小泡，促使小泡膜與細胞膜融合；另外，細胞內形成的分泌小泡在細胞內骨架系統(tǒng)的驅使下，使分泌小泡沿著一定的路線運輸。胞吐作用發(fā)生的機制：34整理ppt胞吐作用的形式結構性分泌途徑：連續(xù)地排放。調節(jié)性分泌途徑：分泌物質暫時貯存于分泌小泡中，只有當細胞接受分泌指令時，才釋放分泌物。分泌指令通常是指一些化學信號，例如激素，它們與膜受體結合，使受體活化，引起細胞質內Cａ2+濃度暫時性升高，升高的Cａ2+濃度啟動了胞吐作用，這是調節(jié)途徑。35整理ppt36整理ppt37整理ppt受體與配體受體與細胞識別膜抗原與免疫反響受體與信息傳遞(參見第三節(jié)內容)第二節(jié)細胞膜受體38整理ppt一、受體與配體受體〔recepter〕：是指鑲嵌在細胞膜脂質雙分子層中的各種特異性蛋白質分子，它們能夠有選擇性地和周圍環(huán)境中一定的活性物質相結合，產生相應的信號，以啟動細胞內的一系列過程，最終表現為某種生物學效應。39整理ppt配體(ligand)：凡能與受體特異性結合并產生效應的物質，統(tǒng)稱為配體或化學信號。如激素、神經遞質、抗原、藥物等。40整理ppt受體(membranereceptor)細胞膜上的糖蛋白,脂蛋白和糖脂蛋白。胞內受體：膜受體：(細胞核、胞內膜上)1.膜受體的化學成分與分子結構膜受體單體型受體：由一個鑲嵌蛋白分子構成。聚合體型受體：由兩個或多個鑲嵌蛋白聚合在一起形成。41整理ppt單體型受體調節(jié)部位催化部位〔識別器〕：受體蛋白向著細胞外局部，多為糖蛋白，可識別不同的配體，狹義受體指此部位?！残鳌常菏荏w蛋白向著細胞質局部，一般具有酶的活性，配體與受體結合前，它是無活性的，只有受體與配體結合后才被激活，引起一系列變化，產生相應的生物效應。42整理ppt聚合體型受體調節(jié)受體：催化受體：轉換蛋白：露出膜外外表，具有和配體結合的功能朝向膜內外表，具有引發(fā)生物學效應的功能偶聯(lián)調節(jié)受體和催化受體，起著轉換器的作用。43整理ppt1.特異性:受體與配體兩者以三維空間結構的選擇性互補結合，包括分子的幾何形狀、反響基團的定位和構型等。(不絕對)2.高親合性：受體與配體的結合迅速敏感，即使配體濃度很低，也能產生強大的生物效應。3.可飽和性：細胞膜上每種受體的數目根本上是固定的，所以受體與配體的結合是可以飽和的。2.受體的特點：44整理ppt4.可逆性：受體與配體分子以非共價鍵結合，受體與配體解離后，受體恢復原狀。5.特定的組織定位：受體在體內分布，在種類、數量上均呈現特定的模式。如腎上腺皮質激素受體。6.強大的生物效應：受體與配體結合后引起細胞內一系列代謝反響，逐級放大。45整理ppt3.膜受體的分類⑴離子通道偶聯(lián)受體(配體閘門通道)⑵催化受體：多為一次穿膜單體型受體，自身具有蛋白激酶活性，或者可與酶結合在一起。如表皮生長因子受體、血小板來源的生長因子、胰島素受體等。⑶G蛋白偶聯(lián)受體：為細胞外表受體，當與相應配體結合后激活一種結合GTP的調節(jié)蛋白(G蛋白)，活化的G蛋白可再激活產生特異第二信使的酶類，通過第二信使完成細胞的生物學效應。如β受體、M受體等。46整理ppt離子通道偶聯(lián)受體與酶偶聯(lián)受體G蛋白偶聯(lián)受體無活性的催化結構域47整理ppt二、受體與細胞識別

細胞識別(cellrecognition)：是指細胞對同種和異種細胞、對同源和異源細胞的認識和鑒別。48整理ppt1、細胞識別的普遍性：細胞識別具有種的特異性，如受精過程；血液中的白細胞能識別入侵的細菌，將其吞噬，但從不吞噬血液中自體的正常細胞。細胞識別具有組織特異性：假設將同一個體的心肌細胞與腎細胞用胰酶予以分解、擴散、制成單細胞懸液，靜置假設干時間，心肌細胞就能識別出心肌細胞，并與之聚集，腎細胞也能識別出腎細胞。49整理ppt2、細胞識別的的分子根底是細胞外表受體之間或受體與大分子之間互補形式的相互作用。50整理ppt三、膜抗原與免疫反響膜抗原：細胞膜中的糖蛋白。具有特定的抗原性。細胞免疫：細胞外表抗原與抗體相互識別并產生免疫應答的過程。免疫應答：指機體免疫系統(tǒng)受抗原刺激后，淋巴細胞特異性識別抗原分子，發(fā)生活化、增生、分化、凋亡，進而表現出一定生物學效應的全過程。51整理ppt抗原：是一類能刺激機體免疫系統(tǒng)使之產生特異性免疫應答，并能與相應免疫應答產物(抗體和致敏淋巴細胞)在體內外發(fā)生特異性結合的物質。細胞外表抗原研究已滲透到現代醫(yī)學的各個領域，包括輸血、接種、器官移植、過敏性疾病和腫瘤等。52整理ppt1、人紅細胞膜外表抗原⑴ABO血型抗原：血型抗原是指紅細胞膜上的糖蛋白或糖脂。如ABO血型系統(tǒng)、MN血型系統(tǒng)和Rh血型系統(tǒng)等。

ABO血型抗原不僅存在于紅細胞膜上，還廣泛分布于人體組織細胞和體液(如唾液、精液、羊水、乳汁、膽汁)中，所以在組織和器官移植時，也必須考慮紅細胞血型的配型。53整理ppt半乳糖.乙酰氨基葡萄糖.半乳糖.葡萄糖半乳糖.乙酰氨基葡萄糖.半乳糖.葡萄糖(前體物)巖藻糖(H抗原)半乳糖.乙酰氨基葡萄糖.半乳糖.葡萄糖半乳糖.乙酰氨基葡萄糖.半乳糖.葡萄糖巖藻糖α—Ｎ—乙酰氨基半乳糖巖藻糖半乳糖〔A抗原〕〔B抗原)〔AB抗原〕54整理ppt2.組織相容性抗原凡能引起個體間組織器官移植排斥反響的抗原。廣泛存在于組織細胞的細胞膜上，化學成分是糖蛋白。人組織相容性抗原：傳統(tǒng)上稱為人白細胞抗原(HLA)，主要組織相容性抗原有140多種，可組合成不同的組織型，它們代表個體的特征。55整理ppt第三節(jié)細胞膜受體與信號轉導信息傳遞是細胞膜的重要功能之一，它是通過鑲嵌在細胞膜上的受體蛋白完成的。受體蛋白能夠感受細胞外的各種化學信號，將信號傳入細胞內，經酶的調控產生細胞內信號，激活酶的活性，使細胞內產生一系列生化反響和生物學效應。56整理ppt57整理pptG蛋白〔Gliman和Rodbell，1994對G蛋白研究獲得諾貝爾獎〕。G蛋白是一種分子量約10萬的可溶性膜蛋白，由αβγ三個亞單位組成，位于細胞膜的胞質面，由于結合鳥苷酸GDP或GTP，故稱為結合鳥苷酸調節(jié)蛋白〔guaninenucleotide-bindingregulatorproteins,G-protein〕或信號轉導蛋白?？煞譃椋篏s：刺激性G蛋白；RsGi：抑制性G蛋白；Ri58整理ppt1、cAMP信使體系RsRi受體(R)cAMP信號體系的組成腺苷酸環(huán)化酶（AC）鳥苷酸調節(jié)蛋白（G）GsGi59整理ppt要點1.第一信號〔配體〕與專一性受體識別并結合。2.受體-配體復合物激活細胞膜中腺苷酸環(huán)化酶(AC)。3.ATP激活的ACMg2+cAMP4.以cAMP為第二信號激活蛋白激酶A〔PKA)啟動一系列胞內反響最終產生生物效應。1、cAMP信使體系60整理ppt

Ac腎上腺素受體ATPcAMP無活性PKA有活性PKA靶蛋白磷酸化胞內效應胞內第一信號.配體第二信號PDE5-AMP,注釋:Ac:腺苷酸環(huán)化酶PKA:蛋白激酶APDE:環(huán)核苷酸磷酸二脂酶cGMP信號體系:通過激活鳥苷酸環(huán)化酶,使胞內cGMP增高，而激活一種特異蛋白激酶A使胞內靶蛋白磷酸化從而產生效應。Mg2+1、cAMP信使體系61整理ppt62整理ppt刺激性信號途徑〔stimulatorysignalpathway〕1.信號〔配體如腎上腺素〕與受體結合，Rs被激活，構象改變，暴露與Gs結合的部位；2.配體-受體復合物與Gs結合，Gs活化，Gs的α-亞單位(Gsα)構象改變,轉變結合GDP為GTP；3.Gsα-GTP復合體與βγ二聚體脫離,與AC結合；4.AC活化,分解ATP,產生cAMP,細胞內cAMP↑,cAMP充當第二信使,磷酸化依賴cAMP的PKA被活化,依次磷酸化無活性的靶蛋白,引起連鎖反響和生物學效應(糖原分解)；5.Gsα分解結合的GTP成為GDP和Pi,Gsα與GDP結合,和AC脫離,AC失活.Gsα又重新與βγ形成三聚體,恢復靜息狀態(tài).63整理ppt抑制性信號途徑〔inhibitorysignalpathway〕α-腎上腺素、M-乙酰膽堿Ri→Gi→Ａｃ→cAMP↓。64整理ppt2、二酰甘油、三磷酸肌醇和Ca2+信使體系65整理ppt信號+R

Gp＋磷脂酶CPIP2IP3PKC

↓Na+/H+交換

↓

PH↑DG內質網Ca2++CaM↓活化CaM↓激活磷酸酶和蛋白激酶66整理pptIP3Ca2+通道〔入胞〕CaMCaM活化激活磷酸酶和蛋白激酶底物蛋白磷酸化啟動基因轉錄和蛋白質的合成DNA合成調節(jié)細胞增殖活動調節(jié)細胞內的代謝活動67整理pptcGMP由鳥苷酸環(huán)化酶分解GTP產生轉換蛋白為G蛋白cAMP信使體系與cGMP信使體系存在拮抗關系cAMP濃度升高，促進細胞分化

cGMP濃度升高，加快細胞內DNA復制，促進細胞分裂肝細胞中，cAMP濃度升高時，糖原分解；cGMP濃度升高時，糖原合成加快。3、cGMP信使體系68整理ppt四、受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信使體系受體酪氨酸激酶是細胞外表一大類受體家族其配體包括胰島素和多種生長因子第二信使是受體酪氨酸激酶的靶蛋白不需要受G蛋白調節(jié)和介導調節(jié)細胞增殖與分化，促進細胞存活，校正與調節(jié)細胞代謝69整理ppt受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路受體酪氨酸激酶〔receptortyrosinekinases，RTKs〕

包括6個亞族

信號轉導：配體→受體→受體二聚化→受體的自磷酸化→激活RTK→胞內信號蛋白→啟動信號傳導

RTK-Ras信號通路：70整理ppt配體→活化酪氨酸激酶RTK→活化的酪氨酸激酶RTK結合接頭蛋白adaptor→GRF〔鳥苷酸釋放因子〕促進GDP釋放→Ras〔GTP結合蛋白〕活化，誘導下游事件：Raf絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶〔又稱MAPKKK〕活化〔使蛋白上的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化〕→活化的Raf結合并磷酸化另一種蛋白激酶MAPKK，導致MAPKK活化〔MAPKK是一種具雙重特異的蛋白激酶，它能磷酸化MAPK的蘇氨酸和酪氨酸殘基使之激活〕→MAPK活化→進入細胞核→其它激酶或基因調控蛋白〔轉錄因子〕的磷酸化修飾。71整理ppt致分裂素激活的蛋白激酶〔MAPK〕1.MAPKKK是一類絲/蘇氨酸蛋白激酶，Raf即為其中的重要一員，其作用是磷酸化并激活下游底物MAPKK。

2.MAPKK具磷酸化