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第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能n细胞膜的基本结构和物质转运功能细胞膜的基本结构和物质转运功能n细胞的信号转导细胞的信号转导n细胞的电活动细胞的电活动n肌细胞的收缩肌细胞的收缩第一节第一节 细胞膜的基本结构和细胞膜的基本结构和 物质转运功能物质转运功能一、细胞膜的结构概述一、细胞膜的结构概述 组成：组成：脂质双分子层脂质双分子层 蛋白质蛋白质 糖糖细胞膜的液态镶嵌模型细胞膜的液态镶嵌模型（一）脂质双分子层脂质双分子层构成构成：由双嗜性脂质分子两两相对由双嗜性脂质分子两两相对 排列成双分子层排列成双分子层 双双 嗜嗜 性性 脂脂 质质 分分 子子（二）蛋白质蛋白质 表面蛋白表面蛋白2030整合蛋白整合蛋白7080蛋白质蛋白质功能功能：转运物质转运物质 传递信息传递信息 免疫标志免疫标志 其他其他（三）三）糖类糖类 形式形式：糖蛋白或糖脂糖蛋白或糖脂 糖类糖类功能功能：免疫标志：免疫标志：如抗原如抗原 传递信息：传递信息：如受体如受体1.单纯扩散单纯扩散2.膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白介导的跨膜转运 （1）通道介导的跨膜转运：）通道介导的跨膜转运：经通道的易化扩散 （2）载体介导的跨膜转运）载体介导的跨膜转运 a.经载体的易化扩散 b.原发性主动转运 c.继发主动转运3.出胞和入胞出胞和入胞 （1）出胞）出胞 （2）入胞）入胞 吞噬 吞饮:包括液相入胞和受体介导入胞二、物质的跨膜转运物质的跨膜转运 物质的跨膜物质的跨膜转运形式转运形式膜的物质膜的物质转运形式转运形式（按能量消耗分）（按能量消耗分）n 被动转运被动转运 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散 载体转运载体转运 通道转运通道转运 n 主动转运主动转运 原发性主动转运原发性主动转运（耗能）（耗能）继发性主动转运继发性主动转运n 出、入胞出、入胞（耗能）（耗能）（一）单纯扩散单纯扩散（Simple diffusion)概念：概念：脂溶性物质脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜顺浓度差通过细胞膜 的过程。的过程。转运物质：转运物质：O2、CO2、氨、尿素、氨、尿素Simple diffusion 单纯扩散的影响因素单纯扩散的影响因素：膜两侧分子膜两侧分子 的浓度差的浓度差 膜对物质的膜对物质的 通透性通透性 （二）膜蛋白介导的跨膜转运（二）膜蛋白介导的跨膜转运 被动转运被动转运 易化扩散易化扩散 通道转运通道转运 载体转运载体转运 主动转运主动转运 原发性主动转运原发性主动转运 继发性主动转运继发性主动转运1.1.通道（通道（channel）介）介导的跨膜转运导的跨膜转运顺浓度差转运离子等顺浓度差转运离子等通道运输的特点：通道运输的特点：门控门控（gating）特性特性 电压门控电压门控(voltage-gated）化学门控化学门控(chemically-gated）机械门控机械门控 (mechanically-gated)离子选择性离子选择性 钠通道、钾通道、钠通道、钾通道、钙钙通道、氯通道通道、氯通道closedopenoutinoutin电压门控电压门控配体门控配体门控extracellularintracellular机械门控机械门控 membrane potential+-+-molecule binds to channelmechanicalAdapted from ECB Fig 12-22;1st Edn2.载体（载体（carrier）介介导的跨膜转运导的跨膜转运 载体运输的载体运输的特点：特点：较高的结构特异性较高的结构特异性 饱和现象饱和现象 竞争性抑制竞争性抑制（1 1）经经载体载体(carrier)易化扩散易化扩散 顺浓度差顺浓度差 转运葡萄糖、氨基酸转运葡萄糖、氨基酸等等进入细胞进入细胞 易化扩散的易化扩散的影响因素影响因素膜两侧物质浓度差和电位差膜两侧物质浓度差和电位差膜上载体的数量或通道开放的数量膜上载体的数量或通道开放的数量易化扩散的易化扩散的特点特点顺电顺电-化学差扩散化学差扩散不直接耗能不直接耗能（2 2）原发性主动转运）原发性主动转运(Primary Active Transport)细胞直接利用细胞直接利用ATP,ATP,将将物质物质逆浓度梯度或逆浓度梯度或电位梯度电位梯度进行跨膜转运的过程进行跨膜转运的过程。特点特点：a.耗能耗能b.逆电逆电-化学差化学差c.“泵泵”参与参与作作用用：泵泵入入钾钾，泵泵出出钠钠，形形成成并并保持膜内高钾保持膜内高钾,膜外高钠的分布膜外高钠的分布 生电生电 3Na+出出 2K+入入钠钠-钾钾泵泵(钠-钾依赖式 ATP酶)结构结构：膜蛋白质，具有膜蛋白质，具有ATPATP酶活性酶活性胞内钠增加胞内钠增加或胞外钾增加或胞外钾增加 钠泵激活钠泵激活：钠泵的功能（意义）：钠泵的功能（意义）：1.形成细胞内高钾形成细胞内高钾 代谢反应的必要条件代谢反应的必要条件2.维持细胞内渗透压和细胞体积维持细胞内渗透压和细胞体积3.形成膜内高钾和膜外高钠：形成膜内高钾和膜外高钠：生物电前提生物电前提 建立势能贮备建立势能贮备 ：膜外高钠是继发性主动转运的动力膜外高钠是继发性主动转运的动力4.4.直接影响膜电位：钠泵的生电作用直接影响膜电位：钠泵的生电作用其它原发性主动转运：其它原发性主动转运：n钙泵：Ca2ATP酶nHK泵：HK ATP酶nH泵：H ATP酶（3）继发性主动转运继发性主动转运(Secondary Active Transport)是指动力不是直接来自是指动力不是直接来自ATPATP分解，而是来自原发性主动转运所形成分解，而是来自原发性主动转运所形成的离子浓度梯度的离子浓度梯度的逆电（电位）化学（浓度）梯度的的逆电（电位）化学（浓度）梯度的主动转运过程。主动转运过程。肾小管和肠道吸收葡萄糖和氨基酸肾小管和肠道吸收葡萄糖和氨基酸Na+从胞外被动扩散至胞内释放的能量用从胞外被动扩散至胞内释放的能量用于另一种物质的主动转运于另一种物质的主动转运 钠泵分解钠泵分解 ATP 钠浓度梯度（势能贮备）钠浓度梯度（势能贮备）转运体转运钠转运体转运钠，同时转运其它物质，同时转运其它物质主动转运与被动转运的区别主动转运与被动转运的区别主动转运主动转运被动转运被动转运需由细胞提供能量需由细胞提供能量不需外部能量不需外部能量逆电逆电-化学势差化学势差顺电顺电-化学势差化学势差使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更小使膜两侧浓度差更小（三）入胞和出胞（三）入胞和出胞 (Endocytosis and exocytosis)大分子物质或物质团块进出细胞的过程。大分子物质或物质团块进出细胞的过程。n出胞出胞 如如激素分泌 递质释放 n入胞入胞 吞噬：如细菌 吞饮:包括液相入胞和受体介导入胞入胞和出胞入胞和出胞n 小小 结结外界信号外界信号 细胞膜表面细胞膜表面 一种或一种或几种膜蛋白分子构象改变几种膜蛋白分子构象改变 新的信号进入新的信号进入胞内胞内 膜电位或其他功能变化膜电位或其他功能变化第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导一、离子通道型受体（一、离子通道型受体（ion channel receptor)介导的信号转导介导的信号转导信号信号 胞膜上的通道蛋白胞膜上的通道蛋白 离子通道打开或关闭离子通道打开或关闭 离子跨膜流动离子跨膜流动 膜电位变化（去极化或超极化）膜电位变化（去极化或超极化）新的信号进入细胞内新的信号进入细胞内1.化学门控通道化学门控通道(chemical gated channels)或或配体门控通道门控通道(ligand-gated channels)通道型受体通道型受体（ion channel receptor)由化学信号控制由化学信号控制 递质、激素递质、激素 化学门控通道开放或关闭化学门控通道开放或关闭 离子内流或外流离子内流或外流 新信号形成新信号形成分布分布:神经肌接头神经肌接头,突触传递突触传递 终板膜化学门控通道终板膜化学门控通道2.电压门控电压门控通道通道 (voltage-gated channels)膜两侧电位差控制膜两侧电位差控制通道的开关通道的开关 例：钠通道例：钠通道 膜内负电荷减少膜内负电荷减少 Na+通道开放通道开放 胞外胞外Na+进入胞内进入胞内 膜电位变化膜电位变化 3.机械门控通道机械门控通道(stress-activated channels)Also called mechanically-gated channels机械性刺激控制机械性刺激控制n closedopenoutinoutin电压门控电压门控配体门控配体门控extracellular intracellular机械门控机械门控 membrane potential+-+-molecule binds to channelmechanicalAdapted from ECB Fig 12-22;1st Edn二、二、G-蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导 第二信使学说第二信使学说 G蛋白蛋白-GDP第一信使第一信使+受体受体 G蛋白蛋白 G蛋白蛋白-GTP 效应器酶效应器酶 （酶或通道）（酶或通道）蛋白激酶蛋白激酶 第二信使第二信使或通道或通道 第二信使前体第二信使前体 细胞功能改变细胞功能改变 第一信使第一信使：激素、递质等：激素、递质等 效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶C等等第二信使第二信使：第一信使第一信使作用于细胞膜后产生的作用于细胞膜后产生的 细胞内信号分子，如细胞内信号分子，如环磷酸腺苷环磷酸腺苷(cAMPcAMP)、环磷酸鸟苷环磷酸鸟苷(cGMPcGMP)三磷酸肌醇三磷酸肌醇 （IP3IP3）Ca 2+三、酶联型受体介导的信号转导三、酶联型受体介导的信号转导（一）酪氨酸激酶受体和（一）酪氨酸激酶受体和 酪氨酸激酶结合型受体酪氨酸激酶结合型受体（二）鸟氨酸环化酶受体（二）鸟氨酸环化酶受体Mechanisms of action of lipid-insoluble messengers(noted as“first messengers”in this and subsequent figures).(a)Signal transduction mechanism in which the receptor complex itself contains an ion channel.(b)Signal transduction mechanism in which the receptor itself functions as an enzyme,usually a tyrosine kinase.(c)Signal transduction mechanism in which the receptor activates a JAK kinase in the cytoplasm.(d)Signal transduction mechanism involving G proteins.
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