物质转运与信号转导

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章,细胞的基本功能,1,第一节：细胞膜的物质转运功能,第二节：细胞的跨膜信号转导功能,第三节：细胞的生物电现象与兴奋性,第四节：骨骼肌的收缩功能,学习内容,2,第一节 细胞膜的物质转运功能,被动转运,主动转运,出胞和入胞,3,细胞膜的结构和功能,细胞膜,（plasma membrane）,液态镶嵌模型,（fluid mosaic model),以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着不同生理功能的蛋白质,4,膜中的蛋白质具有不同的分子构象或构型，决定了它们具有不同的功能,。,（细胞和周围环境间的物质、能量和信息交换与膜上蛋白质分子的特性有关）,5,糖,：,细胞膜含糖类较少，主要是一些,寡糖,和,多糖,（以共价键的形式和膜内脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白）,糖脂和糖蛋白分子上的糖链多裸露于膜的外表面，可作为细胞的“标记”,如： 有些可作为抗原决定簇，表示某种免疫信息,有些作为膜受体的“可识别”部分，可以特异地与某种激素、递质或其它化学信号分子结合,6,决定某物质通过(以脂质双层为基架的),细胞膜的难易程度(通透性)的主要因素：,1.是否脂溶性以及脂溶性的大小;,2.分子的大小;,3.分子的带电状态;,4.其他因素,: 如有无膜蛋白帮助.,物质的跨膜转运,7,一、被动转运(passive transport),（一）单纯扩散 （,simple diffusion,）,脂溶性物质从高浓度向低浓度区域的跨膜转运,特点,不需蛋白质,浓度梯度，不需能量,结果是两侧物质平衡,适用于,O,2, CO,2,，甾体类激素,水分子的渗透（,osmosis,）,8,（二）易化扩散,(facilitated diffusion),物质在特殊蛋白质分子的“协助”下，由膜的高浓度向低浓度区域的跨膜转运,经载体的易化扩散（,facilitated diffusion via carrier,）,经通道的易化扩散（,facilitated diffusion via channel,）,一、被动转运(passive transport),9,1.,由载体,(carrier),介导的易化扩散,饱和现象(saturation),立体构象特异性(stereodpecificity),竞争性抑制(competitive inhibition),10,以载体为中介的易化扩散,11,通道对离子的选择性,通道的门控特性,电压门控通道,化学门控通道,机械门控通道,速度极快,;(,可达每秒,10,6,-10,8,个离子,),阻断药：河豚毒,Na,+,通道， 四乙基铵,K,+,通道，异搏定,Ca,2+,通道,2.,由通道,（,ion channel,）,介导的易化扩散,12,以通道为中介的易化扩散,13,细胞膜经通道易化扩散的生理意义:,跨膜物质转运(如水、离子);,参与细胞生物电的产生;,参与跨膜信号转导。,14,Na,+,-K,+,依赖式ATP酶的蛋白质。,每分解一个ATP分子，可以使3个Na,+,移出膜外，同时有2个K,+,移入膜内,细胞通过本身的某种耗能过程，将物质由膜的,低,浓度一侧移向,高,浓度一侧的过程,(一)原发性主动转运(primary active transport),钠-钾泵,(sodium-potassium pump ),二、主动转运(active transport),15,钠-钾泵,(sodium-potassium pump),16,钠泵活动的意义,：,Na,+,、K,+,等离子在膜两侧的不均衡分布,胞内高钾，为代谢提供必需条件,胞内低钠低氯，维持胞质渗透压和细胞容积的稳定,建立了势能贮备,神经、肌肉等组织产生生物电信号的基础,一些其他物质分子跨膜转运的能量来源,还有钙泵(Ca,2+,-Mg,2+,依赖式ATP酶),H,+,泵(H,+,-K,+,依赖式ATP酶),碘泵等,17,(二)继发性主动转运(secondary active transport),如:小肠上皮细胞吸收葡萄糖，肾小管上皮重吸收葡萄糖和氨基酸；甲状腺摄取 I,依靠Na泵建立的势能储备，逆浓度差转运某些物质,的过程，不直接消耗能量，间接地来自ATP,18,继发性主动转运简称,联合转运,(cotransport),19,出胞,(exocytosis),常见于递质的释放和腺体的分泌,入胞,(endocytosis),吞噬：巨噬细胞和中性粒细胞,吞饮：小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞等,受体介导式入胞：运铁蛋白，低密度脂蛋白,大分子物质或固态、液态的物质团块，出入细胞的过程,三入胞和出胞,(,endocytosis and exocytosis,),20,受体介导式入胞,21,转运方式,转运物质 顺逆差 细胞是否耗能,单纯扩散,脂小分子,水,顺差 不,经载体易化扩散 水溶性分子 顺差 不,经通道易化扩散 带电离子 顺差 不,原发性主动转运 离子 逆差 耗能,继发性主动转运 葡萄糖等 逆差 靠他物势能差,出胞与入胞 大分子物质 无关,细胞主动活动,被 动 转 运,膜 蛋 白 介 导,22,第二节,细胞的跨膜信号转导,(transmembrane signal transduction),跨膜信号转导的概念的提出,不同形式化学信号（激素、递质、细胞因子）作用于细胞时，通常并不进入细胞或直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面，通过引起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以新的信号形式传递到膜内，再引发靶细胞功能改变，包括细胞出现电反应或其他功能改变。,23,受体,-G,蛋白,-,膜的效应器酶介导的跨膜信号转导,受体,：G-蛋白耦联受体,G蛋白,(鸟苷酸结合蛋白),G蛋白的效应器分子,酶,(如：腺苷酸环化酶、磷脂酶C）,离子通道,第二信使,（,如：环磷腺苷(cAMP)、三磷酸肌醇(IP3)、二酰甘油(DG),24,25,最典型的例子是,1962,年,Krebs,等人对,cAMP,调节糖原合成和糖原分解酶系的研究,肾上腺素激活,-,肾上腺素受体，通过,G,蛋白激活腺苷酸环化酶，使细胞内,cAMP,浓度升高,cAMP,与,APK,的,调节亚单位结合，释放出被激活的,APK,催化亚单位，导致下列反应调节糖原生成作用。,26,未激活的PKA 激活的PKA,未激活的磷酸酶激酶 激活的磷酸酶激酶,未激活的糖原磷酸化酶 激活的糖原磷酸化酶,糖原 1-磷酸葡萄糖,cAMP,27,28,受体(receptor)：能与外来化学信号作特异性结合的受体蛋白质,这里它们不是一个独立的蛋白质分子，称为通道型受体,通道介导的跨膜信号转导,29,化学门控通道 ：肌细胞终板膜、神经细胞的突触,后膜,电压门控通道： 神经轴突和骨骼肌、心肌细胞,机械门控通道 ：机械感受器细胞,30,P10图2-1 钠通道,亚单位的分子结构示意图,31,由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导,受体的膜外侧肽段同相应的化学信号结合时，直接激活受体的膜内侧肽段的蛋白激酶活性，引发蛋白质底物中的酪氨酸残基发生磷酸化,没有G蛋白的参与，没有第二信使的产生,32,三、由酶,偶联受体,介导,的跨膜信号转导,酪氨酸激酶受体,肽类激素和有关细胞因子,酪氨酸激酶受体,(胰岛素、神经生长因子),胞浆内侧肽链的蛋白激酶活性,酪氨酸残基磷酸化,生理效应,直接,激活,33,鸟苷酸环化酶受体,鸟苷酸环化酶受体,胞内的GTP环化，生成 cGMP,蛋白激酶G,生理效应,激活,配体（如心房钠尿肽等肽类激素）,鸟苷酸环化酶,激活,能与受体发生特异,性结合的活性物质,34,信号的综合,同一信号作用于细胞膜上不同的受体可以引发不同的生物效应,不同的信号可以作用于相同的细胞膜受体产生相似的生物效应,使机体调节功能更加精细,是药物作用的基础,35,