细胞生物学细胞膜大分子运输及细胞表面

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,*,第三章 细胞膜与细胞表面,生物膜的化学组成和分子结构,化学组成,生物膜的特性,结构,模型,脂类,:,磷脂,、,胆固醇,、糖脂,蛋白质,：外在和内在蛋白,糖类,流动性,不对称性,膜蛋白的运动,膜脂的运动,侧向旋转左右翻转,夹层学说,、单位膜模型,流动镶嵌模型,脂伐模型,小分子物质的跨膜运输,帮助扩散,被动运输,主动运输,小分子物质的运输形式：,单纯扩散,-,被动运输,膜蛋白介导的运输：,载体蛋白,主动运输,被动运输,(,载体扩散,):,葡萄糖载体蛋白,通道蛋白：,全部被动。闸门通道：配体闸门通道，电压闸门通道,离子泵：,ATP,供能,伴随运输,(,离子梯度驱动的,主动 运输,),：,Na,+,-K,+,-ATP,酶,Ca,2+,-ATP,酶,H,+,- ATP,酶,葡萄糖,-,Na,+,Na,+,- Ca,2+,Na,+,- H,+,疏水,(,脂溶性,),的小分子,不带电的极性小分子,单纯扩散,强,不需要膜蛋白的帮助,不消耗,ATP,细胞膜两侧有一定的浓度差,通道扩散,需要通道蛋白的帮助,不消耗,ATP,细胞膜两侧有一定的浓度差,载体蛋白介导的被动运输,载体扩散,载体蛋白在胞外结合葡萄糖分子构象变化结合位点转至胞内侧释放葡萄糖分子构象恢复。,载体扩散的,特点,（,1,）载体蛋白具有高度的特异性。,（,2,）通过载体易位机制转运,不耗能。,（,3,）载体蛋白的饱和性。,主动运输,（,active transport,）,在载体蛋白的帮助下，,细胞膜利用能量驱动物质的逆浓度梯度方向的运输方式,离子泵（,ion pump,）,伴随运输（,co-transport,）,离子泵,具有载体和酶的双重作用，具有专一性，,伴随运输,单向运转,同向运转,逆向运转,伴随运输,伴随运输是与离子梯度相偶联的主动运输过程，具体地讲，这种过程是由膜上的,Na,+,-K,+,泵,和特异性的,载体蛋白,共同协作完成的。,小肠上皮细胞转运葡萄糖入血,2,个钠离子，运输一分子葡萄糖,小分子物质的运输形式：,单纯扩散,-,被动运输,膜蛋白介导的运输：,载体蛋白,主动运输,被动运输,(,载体扩散,):,葡萄糖载体蛋白,通道蛋白：,全部被动。闸门通道：配体闸门通道，电压闸门通道,离子泵：,ATP,供能,伴随运输,(,离子梯度驱动的,主动 运输,),：,Na,+,-K,+,-ATP,酶,Ca,2+,-ATP,酶,H,+,- ATP,酶,葡萄糖,-,Na,+,Na,+,- Ca,2+,Na,+,- H,+,穿膜运输,大分子和颗粒物质的膜泡运输,膜内外物质的运输,膜内外物质的运输,小分子运输,大分子运输,被 动 运 输,主动 运 输,胞吐作用,胞吞作用,穿膜运输,膜泡运输,大分子和颗粒物质的跨膜运输,膜泡运输（,membrane-vesicle transport,）：大分子和颗粒物质通过细胞膜或在细胞内的转运是,由膜包围形成小泡,进行运输。,膜泡运输特点：,伴随着膜的运动,，主要是膜本身结构的融合、重组和移位。,与主动运输一样，也,需要能量的供应,。,胞吞作用,(endocytosis),胞吐作用,(exocytosis),膜泡运输：,胞吞作用,和,胞吐作用,胞吐作用,吞噬作用,吞噬体,phagosome,胞饮作用,吞饮体,pinosome,膜泡运输,胞吞和胞吐的过程,(1),膜泡形成：,物质包裹在膜泡内。,(2),膜融合：,膜泡与特定部位的膜,(,靶膜,),相接触并融合。,(3),膜循环：,胞吞：质膜面积减小；,胞吐：质膜面积增大。,两者相辅相成，使质膜面积恒定,细胞内膜的循环,交流,胞吞作用,(endocytosis),胞吐作用,(exocytosis),膜泡运输：,胞吞作用,和,胞吐作用,一、胞吞作用（内吞作用）,(endocytosis),概念：,当被摄入物质附着于细胞表面，膜表面发生,内陷,，由细胞膜把环境中的大分子和颗粒物质包围成小泡，脱离细胞膜进入细胞内的转运过程。,吞噬作用,胞饮作用,受体介导的,胞吞作用,胞吞作用,(endocytosis),吞入较大的固体颗粒和大分子复合物,形成吞噬体或吞噬泡,250nm,在原生动物中，吞噬作用是获取营养物质的重要方式；在哺乳动物中，特化细胞，主要是消灭异物，在机体防卫系统中起重要作用。,吞噬作用,(phagocytosis),“,专职,”,的,吞噬细胞,如吞噬细胞表面,Fc,受体与病原体表面抗体衣,Fc,段结合触发的吞噬活动。,病原体与特异抗体结合后表面产生抗体衣，其主干部分为,Fc,段,。,吞噬细胞表面有,Fc,受体,(,阳离子易化扩散酶,),。,导致,Fc,段,引发,FC,受体被活化,Fc,受体,质膜内陷、伪足产生 、细胞运动等。,Na,+,、,K,+,流入,巨噬细胞正在吞噬衰老的红细胞,吞噬作用,胞饮作用,受体介导的,胞吞作用,胞吞作用,(endocytosis),胞饮作用,(pinocytosis),液体或小分子物质,形成胞饮体,250nm,在原生动物中，吞噬作用是获取营养物质的重要方式；,在哺乳动物中，特化细胞，,主要是消灭异物，在机体防卫系统中起重要作用。,吞噬作用,(phagocytosis),吞噬作用,胞饮作用,受体介导的,胞吞作用,胞吞作用,(endocytosis),与细胞表面的特异性,受体,结合，触发质膜凹陷形成,有被小窝，有被小泡，,将细胞外蛋白和其它化合物摄入细胞内的过程,受体介导的胞吞作用,(recepter-mediated endocytosis),具高度的特异性,可大大提高内吞效率,一条重链和一条轻链构成二聚体，,三个二聚体形成,三腿蛋白复合物,。,网格蛋白：笼形蛋白，,许多三腿蛋白复合物聚合成,五,边或六边形网格样结构覆盖有衣小泡或有衣小窝的胞质面形成包被。,P,58,衔接蛋白,激素、,转运蛋白、,低密度脂蛋白,等大分子 通过,受体介导的胞吞作用,进入细胞。,低密度脂蛋白,LDL,(,l,ow,d,ensity,l,ipoprotein),磷脂,胆固醇脂,游离胆固醇,载脂蛋白,B100,低密度脂蛋白,LDL,（,l,ow,d,ensity,l,ipoprotein,）,密度较低,1.063 g/cm3),的血浆脂蛋白，约含,25%,蛋白质与,49%,胆固醇及胆固醇酯 。,LDL,水平过高能,致动脉粥样硬化,，使个体处于易患冠心病的危险,高密度脂蛋白,HDL,（,high density lipoprotein,）密度为,1.21 g/cm,3,，含有,6%,胆固醇、,13%,胆固醇酯与,50%,蛋白质，是一种,抗动脉粥样硬化,的血浆脂蛋白，是冠心病的保护因子。俗称“血管清道夫”。,细胞质,LDL,颗粒,LDL,受体,有被小窝,有被小泡,无被小泡,胞内体,受体与大分子颗粒分开,受体部分,胞内体部分,初级溶酶体,吞,噬,溶,酶,体,受体再循环,细胞质,LDL,受体遗传缺陷,，细胞摄取,LDL,障碍，患者血液中胆固醇浓度过高，过早发生动脉粥样硬化，引发心脑血管疾病而死亡。,受体缺陷类型,受体能与,LDL,结合但不能固定在有被小窝。,受体进入细胞后不能与,LDL,分离。,不能合成受体。,B.,受体,异,常,不能固定在有被小窝,A.,正常,受体,遗传性高胆固醇血症,膜上低密度脂蛋白（,low density lipoprotein, LDL),受体异常引起的。,是一种常染色体显性疾病，,发病率近,1/500,，,LDL,受体的基因突变所致,临床表现,主要是冠状动脉粥样硬化早发且,发展,快,黄色瘤,受体介导的内吞作用,1, 受体介导的内吞作用,是细胞,特异,地摄取细胞外蛋白或其他化合物的过程。,膜上有相应受体,配体与受体特异性结合触发内吞过程,在质膜的特化区域进行,产生有被小窝和有被小泡,2,特点,胞吞作用,(endocytosis),胞吐作用,(exocytosis),膜泡运输：,胞吞作用,和,胞吐作用,胞吐作用,(exocytosis),结构性分泌途径,调节性分泌途径,细胞,内,物质有膜包围形成小泡，膜泡与质膜融合，把物质排出细胞外。,如细胞的分泌活动：激素、酶等,结构性分泌途径,调节性分泌途径,结构性分泌途径,(constitutive pathway of secretion),大多细胞可见,不需要信号调节,持续分泌,只见于特化细胞,需要细胞外信号刺激,通过,Ca,2+,浓度瞬间增高来启动胞吐作用,调节性分泌途径,(regulaed pathway of secretion),Regulated and constitutive exocytosis,膜内外物质的运输,膜内外物质的运输,小分子运输,大分子运输,被 动 运 输,主动 运 输,胞吐作用,胞吞作用,穿膜运输,膜泡运输,名词与复习题,膜泡运输,胞吞作用,受体介导的内吞作用,1.,细胞对大分子物质的运输方式有哪些,?,2.,简述受体介导的内吞的过程（以,LDL,为例）,.,Section4 cell surface,细胞表面,一、细胞表面的结构与功能,二、细胞连接,1.,掌握细胞外被、细胞连接的概念；,2.,掌握细胞表面特化结构的类型,；,3.,区别掌握三种细胞连接的特点；,4.,熟悉细胞表面的结构与功能；,5.,了解细胞膜与疾病的关系。,本节教学目的,第四节 细胞表面,定义,：指包围在细胞质外层的一个复合的结构体系和多功能体系。,结构,：包括细胞膜、细胞被、膜下胞质溶胶层、细胞连接和细胞膜特化结构，如鞭毛、纤毛和微绒毛等。,细胞表面,(cell surface):,包围在细胞质外层的一个复合的结构体系和多功能体系。,包括细胞膜、细胞被、膜下胞质溶胶层、细胞连接和细胞膜特化结构，如鞭毛、纤毛和微绒毛等,细胞表面的结构与功能,细胞表面功能,保护细胞，维持相对稳定的内环境；,维持细胞的各种形态,参与细胞内外的物质交换和能量交换；,参与细胞识别、信息的接收和传递；,参与细胞运动；,参与生长分化、衰老及病理。,细胞表面的结构,细胞外被,胞质溶胶层,细胞表面的特化结构,细胞连接,一、细胞外被（,cell coat,）,质膜中,糖,蛋白和,糖,脂向外伸出的寡,糖,链。,淋巴细胞表面的电镜照片示细胞外被,细胞外被的作用,1,、,保护,作用,2,、细胞,识别,：细胞识别与构成细胞外被的寡糖链密切相关。,3,、,决定,血型,：血型实质上是不同的红细胞表面抗原。,4,、细胞,接触抑制,及细胞间的,黏着,。,细胞表面的结构,细胞外被,胞质溶胶层,细胞表面的特化结构,细胞连接,二、胞质溶胶层,膜下,骨架,（微丝、微管与纤维蛋白）,胞质溶胶层功能,维持质膜的形状、极性,参与细胞运动、,参与物质跨膜运输（胞吞、胞吐等）、,跨膜调控。,细胞表面的结构,细胞外被,胞质溶胶层,细胞表面的特化结构,细胞连接,三、细胞表面的特化结构,微绒毛,内褶,纤毛,鞭毛,1,、微绒毛（,microvillus,）,微绒毛的结构,终末网,终末网,微丝,微丝,微绒毛的功能,扩大吸收面积,（小肠上皮纹状缘,每个细胞有,10003000,根，增大,20-30,倍、肾脏近曲小管上皮刷状缘）；,分泌功能,（一些腺体如甲状腺）；,运动功能,（运动、搜索异物，如淋巴细胞、巨噬细胞）；,保护功能,等。,2,、细胞内褶,（,cell infolding,）,肾小管上皮细胞之基底褶及其中的线粒体,细胞内褶,是,质膜内陷形成,的特化结构，,常见于液体和离子交换活动比较旺盛的细胞基底面（如肾小管上皮细胞）。,有,线粒体,分布，耗能物质运输活跃,具有扩大细胞表面积的作用,。,3,、纤毛和鞭毛,纤毛和鞭毛的结构（微管）,鞭毛的功能,鞭毛：,运动功能，如精子运动,纤毛的功能,运动功能,，能推动细胞表面的液体或颗粒物质前进。,如,:,呼吸道,清除分泌物和异物,输卵管上皮,借助纤毛运动运送卵子道子宫,细胞表面的结构,细胞外被,胞质溶胶层,细胞表面的特化结构,细胞连接,二、细胞连接（,cell junction,）,相邻细胞密切接触区域的特化结构,细胞连接,是细胞相互连接处局部质膜所形成的特化结构，,构成相邻细胞间的连接装置，,加强了细胞间机械联系，,沟通物质交流与信息传递。,使不同细胞之间建立结构、物质和信息的相互联系，形成和谐的细胞社会,细胞连接（,cell junction,）,根据组成、结构和功能分为三大类：,紧密连接,(tight junction),黏合连接,(adhering,junction,),缝隙连接,(gap junction),细胞连接（,cell junction,）,（一）,紧密连接,(tight junction),概念：,是相邻细胞间质膜融合形成,的封闭链状结构。,分布：,体内管腔和腺体上皮细胞间,靠腔面。,结构：,膜嵌入蛋白融合,形成连接蛋白,封闭线或对合线,细胞顶部侧壁有一带环绕周围。,相邻细胞膜外页呈断续性融合。,冰冻蚀刻图可见层数不同的网状条索。,紧密连接的作用：,连接相邻细胞,封闭细胞间隙，限制物质不适当的运输，保证组织内环境相对稳定。,如肠腔物质与体液分开,限制转运蛋白的扩散,，,对上皮细胞建立质膜的功能极性有重要作用,，保证转运活动方向性。如小肠上皮的葡萄糖运输。,根据组成、结构和功能分为三大类：,紧密连接,(tight junction),黏合连接,(adhering,junction,),缝隙连接,(gap junction),细胞连接（,cell junction,）,概念：是相邻细胞间质膜的机械黏着。,分布：,结构：,功能：,（二）,黏合连接（,adhering junction,）桥粒（,desmosome,）,根据分布位置和组成成分不同，黏合连接可分为三类：,带状桥粒（,belt desmosome,）,点状桥粒,(spot desmosome ),半桥粒（,hemidesmosome),1.,带状桥粒（,belt desmosome,）,分布：上皮细胞顶部，紧密连接下方。,结构：骨架成分,(,微丝,)+,钙黏蛋白,+,连环蛋白,功能：连接,+,支持,构成,“,微丝连环蛋白 钙黏蛋白 相邻细胞,”,的跨细胞网络,2.,点状桥粒（,spot desmosome,）,分布,：带状桥粒下方。易受牵拉的组织，如口腔、,皮肤,、食管等,结构,：,相邻细胞间有,25nm,间隙，形成钮扣状结构。连接处细胞膜内侧胞质面，有,胞质斑,，斑内侧细胞质中有大量的,张力丝,，形成张力的网状系统，伸展至整个细胞内部。,功能,：坚韧的细胞连接，将相邻细胞连为一体，承受机械压力。,(,黏着斑,macula adherens),钙粘蛋白为,Ca,2+,依赖性的,。,两个细胞的膜上有胞质斑,中间纤维绊环与,胞质,斑相连,。,点状桥粒,细胞膜,细胞间隙,钙黏,蛋白,中间纤维,胞质斑,构成,“,中间丝胞质斑 钙黏蛋白 相邻细胞,”,的跨细胞网络。,分布：,易受牵拉的组织结构，如口腔、食管、皮肤等处的复层鳞状上皮细胞 易受牵拉和摩擦的地方,功能 ：,坚韧的细胞连接，将相邻细胞连为一体，承受机械压力。,3.,半桥粒（,hemidesmosome,）,是,点状桥粒结构的一半,，位于基底层细胞与基膜处。将上皮细胞铆接在基膜上，因结构仅为桥粒的一半而得名。,半桥粒介导细胞与基底层的连接。,细胞膜,基底膜,中间纤维,半桥粒功能：,它们似铆钉将细胞与基质牢牢连接起来,起支持，附着，抵抗外界压力与张力的作用。,整合蛋白,半桥粒的结构,桥粒结构缺陷病：,天疱疮：由于患者自身产生桥粒蛋白抗体，与桥粒跨膜连接蛋白结合，,破坏桥粒结构,，使上皮层细胞松开，,组织液通过细胞间隙漏入表皮,，导致水泡形成。,根据组成、结构和功能分为三大类：,紧密连接,(tight junction),黏合连接,(adhering,junction,),缝隙连接,(gap junction),细胞连接（,cell junction,）,（三）缝隙连接,（,gap junction,）,是在相互接触的细胞间建立,有孔道,的连接结构，介导化学或电信号在细胞间传递，使细胞间代谢和行为达到协调，完成整体细胞群代谢与功能统一的一种细胞连接。,缝隙连接,结构：,6,个哑铃形的,连接蛋白,围成一个中空的圆筒状结构，中央有直径为,2nm,的隧道，称为,连接子,。相邻细胞膜上的,两个连接子,跨越细胞间隙相连接，便形成联结两个细胞的通道。,分布：,上皮细胞深部侧表面。,功能：,主要进行细胞间通讯，以协调相关细胞的生理活动。,9-10nm,细胞膜,细胞间隙,约,2nm,连接子,跨膜蛋白亚单位,孔 道,两个连接子为一个间隙连接单位,（间隙连接的基本单位）,缝隙连接的结构,代谢偶联：小分子代谢物和信号分子（分子量小于,1500Da),电偶联：带电离子，使动作电位迅速在细胞之间传播。,影响早期胚胎发育和细胞分化。,缝隙连接的功能,细胞间通讯,细胞表面的结构,细胞外被,胞质溶胶层,细胞表面的特化结构,细胞连接,细胞膜功能,为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境；,选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排除，其中伴随着能量的传递；,提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息跨膜传递；,为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行；,介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接；,质膜参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构。,细胞外基质,（,extracellular matrix,，,ECM,）是指分布于细胞外空间，由细胞分泌的蛋白和多糖所构成的网络结构。,细胞表面与细胞外基质,细胞外基质,类型：胶原、层粘连蛋白和纤连蛋白、氨基聚糖与蛋白聚糖、弹性蛋白及植物细胞壁 。,功能：粘连；支持；改变细胞微环境；信号功能。,第五节 细胞膜与疾病,膜流动性,异常 ：早产儿出现的呼吸窘迫综合征,膜转运系统,异常 ：肾性糖尿病,膜受体,异常 ：家族性高胆固醇血症,细胞膜与肿瘤：,膜蛋白、膜脂、细胞表面抗原抗体等的改变,1.,掌握细胞外被、细胞连接的概念；,2.,掌握细胞表面特化结构的类型,；,3.,区别掌握三种细胞连接的特点；,4.,熟悉细胞表面的结构与功能；,5.,了解细胞膜与疾病的关系。,本节教学目的,复习题,1,.,什么是细胞表面，包括哪些结构？,2.,紧密连接的结构和功能特点是什么,?,3.,缝隙连接的结构单位是什么,?,4.,什么连接可以介导细胞间的物质通讯,?,5.,简述三种桥粒的结构和功能？,Thank you,Bye bye,