细胞基本功能art1-简版

第二章第二章细胞的基本功能细胞的基本功能第一节第一节细胞膜的结构细胞膜的结构和物质转运功能和物质转运功能 细胞膜脂质 磷脂类（磷脂类（7070）胆固醇（胆固醇（3030）糖脂类（少量）糖脂类（少量）细胞膜蛋白 表面蛋白：附着于膜的内表面或外表面 整合蛋白：肽链一次或多次穿越脂质双层 细胞膜的糖类如：载体、载体、离子泵、通道离子泵、通道、转运体转运体以糖脂、糖蛋白形式存在一、膜的化学组成和分子结构一、膜的化学组成和分子结构 概念概念 脂溶性脂溶性小分子物质直小分子物质直接通过膜脂质双层的接通过膜脂质双层的顺顺浓度差浓度差的跨膜转运。的跨膜转运。如：如：O O2 2 、COCO2 2、NONO、COCO、N N2 2等气体，还有等气体，还有乙醇、乙醇、部分类固醇类激素、尿部分类固醇类激素、尿素素等。等。水水也能以单纯扩也能以单纯扩散的方式跨膜转运。散的方式跨膜转运。二二 、物质的跨膜转运、物质的跨膜转运 单纯扩散散（simple diffusion）渗透渗透(Osmosis)膜两侧的物质膜两侧的物质浓度差浓度差 通透性通透性 物质的脂溶性（比如物质的脂溶性（比如CO2具有较大的脂溶性）具有较大的脂溶性）分子大小及电荷分子大小及电荷 扩散量的影响因素扩散量的影响因素 单纯扩散散（simple diffusion）二二 、物质的跨膜转运、物质的跨膜转运 膜蛋白介导的跨膜物质转运膜蛋白介导的跨膜物质转运 介导物质转运的膜蛋白有：载体载体（carrier）：离子泵离子泵（ion pump）联合转运体联合转运体或单转运体通道通道（channel）被动转运被动转运主动转运主动转运通道通道介导介导载体载体介导介导原发性主动转运（原发性主动转运（离子泵离子泵）继发性主动转运（继发性主动转运（联合转运体联合转运体）二二 、物质的跨膜转运、物质的跨膜转运 易化扩散易化扩散(facilitated diffusion)概念概念指非脂溶性非脂溶性或脂溶性很小的物质借助膜特膜特殊蛋白质殊蛋白质的帮助，顺浓度梯度顺浓度梯度进行的跨膜转运。膜蛋白介导的跨膜物质转运膜蛋白介导的跨膜物质转运二二 、物质的跨膜转运、物质的跨膜转运 类型类型 经通道易化扩散经通道易化扩散:NaNa+、K K+、ClCl-、CaCa2+2+等等 经载体易化扩散：经载体易化扩散：葡萄糖、氨基酸葡萄糖、氨基酸等等 转运机制：亲水性孔道开放 特征：离子选择性 门控特性 经通道易化扩散经通道易化扩散A.电压门控通道电压门控通道 （voltage-gated ion channel）通道的开、闭受通道的开、闭受膜两侧电位差膜两侧电位差控制控制的离子通称为的离子通称为。经通道易化扩散经通道易化扩散B.化化 学学 门 控控 通通 道道 (chemically-gated ion channel）由由某某些些化化学学物物质影影响响和和控控制制其其开开、闭的的通道，称通道，称为。经通道易化扩散经通道易化扩散葡萄糖、氨基酸葡萄糖、氨基酸等转运机制：变构学说 特征：特征：n 顺浓度梯度顺浓度梯度n 饱和现象饱和现象n 较高的结构特异性较高的结构特异性n 竞争性抑制竞争性抑制 经经载体载体易化扩散易化扩散原发性主动转运原发性主动转运（primary active transport)概念概念：指离子泵利用分解ATP产生的能量将物质逆浓度梯度或电逆浓度梯度或电-化学梯度化学梯度进行跨膜转运的过程 转运物质：转运物质：通常是带电离子带电离子3 3.主动转运主动转运（active transport）-1离子泵离子泵：Na+-K+泵泵（Sodium-potassium Pump）是Na+-K+依赖式ATP酶，当细胞膜内细胞膜内NaNa+和膜外膜外K K+浓浓度升高度升高时泵激活 耦联转运Na+和 K+，每分解1分子ATP，移出移出3个个Na+至细胞外，2个个K+移移入入细胞内 逆电-化学梯度转运，消耗能量 哇巴因抑制其作用 化学本质和功能特点化学本质和功能特点原发性主动转运原发性主动转运（primary active transport)-1Jens C Skou由于发现钠钾泵与他人共同由于发现钠钾泵与他人共同获得获得1997年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖 钠泵生理意义钠泵生理意义造成造成细胞内高钾细胞内高钾，胞内许多代谢反应必需，胞内许多代谢反应必需维持胞质渗透压和细胞容积维持胞质渗透压和细胞容积的相对稳定的相对稳定继发性主动转运的动力继发性主动转运的动力造成膜内外造成膜内外NaNa+和和K K+浓度差，是浓度差，是细胞生物电细胞生物电产生产生的前提的前提其生电效应直接增大膜内负电位其生电效应直接增大膜内负电位为为NaNa+-H-H+交换提供动力，排出细胞内代谢交换提供动力，排出细胞内代谢产生的产生的H H+,维持细胞内的维持细胞内的pHpH值稳定。值稳定。原发性主动转运原发性主动转运（primary active transport)-2 概念概念某某物物质质的的逆逆电电-化化学学梯梯度度的的主主动动转转运运本本身身不不直直接接消消耗耗ATPATP，其其驱驱动动力力来来自自原原发发性性主主动动转转运运所所形形成成的的离离子子浓浓度度梯梯度度，这这种种间间接接利利用用ATPATP能能量量的的主主动动转转运运过过程称为程称为。(2)(2)由联合转运体介导完成，又称联合转运由联合转运体介导完成，又称联合转运联合转运体联合转运体同时同时要要结合和转运结合和转运2 2种分子或离子。种分子或离子。包括包括同向同向或或反向反向转运转运 转运物质转运物质：葡萄糖、氨基酸、离子葡萄糖、氨基酸、离子等等继发性主动转运继发性主动转运（secondary active transport）出胞和入胞出胞和入胞出胞和入胞出胞和入胞1.1.入胞（入胞（入胞（入胞（exocytosis exocytosis）胞外大分子或物质团块进入细胞的过程。胞外大分子或物质团块进入细胞的过程。吞噬吞噬吞饮吞饮液相入胞液相入胞受体介导入胞受体介导入胞吞噬吞噬液相入胞液相入胞二二 、物质的跨膜转运、物质的跨膜转运2.2.出胞（出胞（出胞（出胞（endocytosis endocytosis）胞内大分子或物胞内大分子或物胞内大分子或物胞内大分子或物质颗质颗粒的外排称粒的外排称粒的外排称粒的外排称为为。出胞和入胞出胞和入胞出胞和入胞出胞和入胞有两种形式：有两种形式：持持续续性性出出胞胞（如如黏黏液液细胞分泌黏液的过程）细胞分泌黏液的过程）调调节节性性出出胞胞（如如递递质质释放的过程）释放的过程）小小 结结脂溶性小分子物质 水溶性小分子物质和带电离子 大分子物质或颗粒物质单纯扩散膜蛋白介导的跨膜转运出胞和入胞第二节第二节细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导化学传递化学传递细胞间直接接触细胞间直接接触细胞间通道：缝隙连接细胞间通道：缝隙连接细胞间的信号传递细胞间的信号传递化学信号化学信号神经递质（neurotransmitter）激素（hormone）细胞因子（cytokine）膜受体膜受体跨膜和细胞跨膜和细胞内信号转导内信号转导+信号物质靶细胞产靶细胞产生生物学生生物学效应效应胞内受体胞内受体+胞内信号转导胞内信号转导n 机械信号机械信号n 电信号电信号几种重要的跨膜信号转导方式几种重要的跨膜信号转导方式离子通道受体介导离子通道受体介导酶耦联受体介导G G蛋白耦联受体介导蛋白耦联受体介导NO途径一、离子通道受体介导一、离子通道受体介导又名又名促离子型受体促离子型受体种类：种类：化学门控通道化学门控通道电压门控通道电压门控通道机械门控通道机械门控通道细胞间缝隙连接细胞间缝隙连接跨膜电流跨膜电流带电离子跨膜移动带电离子跨膜移动细胞功能改变细胞功能改变通通道道开开放放膜两侧电位改变膜两侧电位改变不不同同门门控控因因子子二、酶耦联受体介导二、酶耦联受体介导（一）酪氨酸激酶受体（一）酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor）和酪氨酸激酶结合型受体和酪氨酸激酶结合型受体膜外部分膜外部分 +跨膜跨膜a-螺旋螺旋 +膜内肽段膜内肽段例如：胰岛素、肽类激素、细胞因子（如例如：胰岛素、肽类激素、细胞因子（如NGFNGF）或或激活胞质中的酪氨酸激酶激活胞质中的酪氨酸激酶直接具有酪氨酸激酶的活性直接具有酪氨酸激酶的活性识别相应配体识别相应配体配体配体（外来化学信号）（外来化学信号）受体受体受体受体-配体配体G蛋白蛋白激活的激活的G蛋白蛋白G蛋白效应器蛋白效应器（酶或通道）（酶或通道）激活的激活的G蛋白效应器蛋白效应器第二信使第二信使浓度改变浓度改变依赖于第二信使依赖于第二信使的酶或通道的酶或通道激活或抑制激活或抑制细胞膜细胞质（二）（二）G蛋白耦联受体信号转导蛋白耦联受体信号转导（二）（二）G蛋白耦联受体信号转导蛋白耦联受体信号转导-主要途径主要途径1.受体受体-G蛋白蛋白-AC途径途径ATPcAMP改变改变G配体配体+受体受体+PKA2.受体受体-G蛋白蛋白-PLC途径途径化学门控的化学门控的Ca2+释放通道释放通道PIP2IP3DG+IP3受体受体内质网或肌浆网内质网或肌浆网中中Ca2+的释放的释放激活蛋白激酶激活蛋白激酶C(PKC)（二）（二）G蛋白耦联受体信号转导蛋白耦联受体信号转导-主要途径主要途径G配体配体+受体受体+第二信使第二信使（second messengersecond messenger）定义：指激素、递质、细胞因子等信号分子（第一信使）作用于细胞膜后产生的细胞内细胞内信号分子信号分子，可把胞外信号分子携带的信息转入胞内调节对象：蛋白激酶、离子通道第二信使学说的创立获第二信使学说的创立获1971年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖.G蛋蛋白白及及其其在在细细胞胞信信号号转转导导中中的的作作用用获获1994年年诺诺贝贝尔尔生生理理学学和和医学奖医学奖.种类：环环-磷酸腺苷磷酸腺苷(cAMP)(cAMP)三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP(IP3 3)、二酰甘油二酰甘油(DG)(DG)环磷酸鸟苷环磷酸鸟苷(cGMP)(cGMP)CaCa2+2+（三）气体分子参与的信号转导途径（三）气体分子参与的信号转导途径精氨酸精氨酸NOSNONO：GTPcGMPPKG+底物蛋白磷酸化底物蛋白磷酸化自由出入细胞膜自由出入细胞膜NO生理功能的发现获生理功能的发现获1998年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖（四）核受体介导的信号转导途径（四）核受体介导的信号转导途径例如：类固醇激素、维生素例如：类固醇激素、维生素D3D3和甲状腺激素等和甲状腺激素等小结小结几种主要的跨膜信号转导途径：几种主要的跨膜信号转导途径：G蛋白耦联受体信号通路主要途径第二信使的定义，常见种类