细胞膜与物质转运与信号转导医学PPT.ppt

主要内容,一生命活动的基本单位-细胞结构与功能的协调统一细胞膜结构-物质运输-细胞通讯细胞内膜系统与细胞器-蛋白质分选-能量转换细胞核结构-核膜与运输-染色质-核仁细胞骨架-核骨架-核纤层-中间纤维-细胞质骨架成分,二细胞的重大生命活动细胞凋亡细胞衰老细胞坏死细胞癌化细胞免疫细胞分化细胞周期三从基因到蛋白的分子机制基因组基因的结构基因的复制基因的转录基因转录调控-遗传与表观遗传调控RNA组与RNA干扰蛋白质翻译四最新生命研究进展举例基因治疗干细胞,朊粒（朊病毒）,1982年Prusiner感染苍鼠脑组织中提取和纯化1997年获诺贝尔生理学和医学奖,朊粒（Prion）又称传染性蛋白粒子（proteinaceousinfectionparticle）或朊病毒，是一种由正常宿主细胞基因编码的构象异常的蛋白质，不含核酸，具有自我复制能力,朊病毒病的共同特征和临床表现共同特征：使生物体产生认知和运动功能的严重衰退直至死亡。,疯牛病,1985年4月25号这个日子对英国兽医惠特克（ColinWhitaker）来说是难以忘记的，可以追溯的英国第一例疯牛病案例就来自于他的记录。这天位于肯特郡中部的普仑顿庄园农场的奶农给惠特克来电说一头奶牛行为怪异，请他过去看看。惠特克检查后认为是卵巢囊肿导致它出现攻击性并且丧失身体平衡，初步治疗似乎很成功，但数周后病情开始呈进行性加重，最终它还是死了，被宰杀后送去做了饲料。接下来18个月中，庄园里又有7头奶牛生病死亡。到1986年，英格兰西南部的三个郡中都发现了相似病例均无法救治。,疯牛病,1996年3月20日，英国政府宣布，英国20余名克-雅氏病患者与疯牛病传染有关，引起世界的震惊。为此，英国将疯牛病疫区的1100多万头同群牛屠宰处理，造成了约300亿美元的损失，并引起了全球对英国牛肉的恐慌。,Prion的本质,人类和多种哺乳动物染色体中都有PrP的编码基因。正常情况下此基因编码PrP前体蛋白，对蛋白酶敏感，称为细胞朊蛋白（PrPc）。Prion是一种不含脂类的疏水性糖蛋白，对蛋白酶K有抗性，称为朊蛋白（PrP）。又称为羊瘙痒（Scrapie）病朊蛋白（PrPsc）,Prion,核酸病毒与prion的比较,PrPc正常形态,PrPsc致病形态,PrPc和PrPsc的三维空间结构,-螺旋,-折叠,Prion的致病生物学机制（传染及增殖过程）,Prion的传染机制,PrPSc,朊病毒的早期认识多源于羊瘙痒病的研究人和动物prion病,一为遗传性的，即人家族性朊病毒传染；基因突变，如格斯特曼综合征，致死性家庭失眠症，部分克雅氏病二为医源性的，如手术，不当的饮食习惯等。如库鲁病,人类朊病毒病的来源方式,克-雅病变种传染于患疯牛病牛？,一生命活动的基本单位-细胞结构与功能的协调统一细胞膜结构-物质运输-细胞通讯,1.细胞膜结构,真核细胞：,植物细胞,真核细胞：,动物细胞,原核细胞与真核细胞的区别,原核细胞与真核细胞基本特征的比较,原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较,磷脂,卵磷脂脑磷脂丝氨酸磷脂,复合脂质,磷脂:甘油磷脂:脑磷脂（磷脂酰乙醇胺）,卵磷脂磷脂酰丝氨酸鞘磷脂（饱和脂肪酸链）膜蛋白：周边蛋白整合蛋白糖蛋白糖脂胆固醇,卵磷脂,细胞膜的主要成分,细胞膜的脂筏模型,膜的结构模型：脂筏模型,脂筏（lipidrafts):生物膜上胆固醇富集而形成有序脂相，富含胆固醇和鞘磷脂的微结构域。载有各种蛋白包括糖蛋白.位于质膜的非细胞质侧。比膜的其他部分厚，更有秩序且较少流动。大小约70nm左右，是一种动态结构。脂筏中的胆固醇就像胶水一样，它对具有饱和脂肪酸链的鞘磷脂亲和力很高，而对不饱和脂肪酸链的亲和力低。意义：小的独立脂筏可能在保持信号蛋白呈关闭状态方面具有重要作用，当必要时，这些小的脂筏聚集成大一个大的平台，在那里信号分子（如受体）将和它们的配件相遇，启动信号传递途径。,膜蛋白的结构与功能,整合蛋白与外周蛋白,当前动物细胞质膜的结构模型,（一）膜蛋白分布的不对称性：外周蛋白分布的不对称整合蛋白内外两侧氨基酸残基数目不对称,生物膜的不对称性,（二）膜脂分布的不对称性：,卵磷脂,（三）膜糖类的不对称性。,细胞膜的不对称性,（四）膜下细胞膜骨架,脂质体（liposomes）：由连续质双层自发组装成的球状小泡。可用于研究膜蛋白的功能以及作为药物和DNA的运载体。,含有抗癌药物阿霉素的脂质体,细胞间连接：细胞结构与功能的整合,紧密连接：防止胞外液体从细胞间渗漏；锚定连接：牢固连接相邻细胞；通讯连接：相邻细胞交流小分子物质,表10-1各种连接的比较,各种连接的比较,细胞表面结构:植物细胞壁,功能：保护，支撑,2.细胞运输,生物体内的物质转运,体内转运:循环系统（动物)，导管与筛管（植物）细胞（内外）转运-进入细胞以及细胞内部转运小分子物质的跨膜运输大分子或颗粒性物质的跨膜运输,物质的跨膜运输,运输物质的分类脂溶性分子水溶性分子非极性分子：CO2、O2、N2,通透性逐渐减小,不带电的小分子（H2OCO2尿素甘油）,不带电的稍大分子（葡萄糖核苷酸氨基酸）,带电的离子（K+Na+Ca2+Cl-）,通透性逐渐减小,大分子及其颗粒性物质：胞吞作用，消耗能量,极性分子,还有些分子不进入细胞，而通过信号转导途径作用于细胞,小分子物质的跨膜运输被动运输(passivetransport)-分子由浓度较高的一侧通过细胞膜向浓度较低的一侧转运，不需要提供能量。自由扩散(simplediffusion):不需膜蛋白的协助，转运速率取决于被转运分子的大小与极性。协助扩散(facilitateddiffusion)：需要膜蛋白的协助，转运的速率和特异性极高。（离子通道蛋白，载体蛋白）主动运输(activetransport)-分子由浓度较低的一侧通过细胞膜向浓度较高的一侧转运，需要提供能量。如：NaK泵,H泵,Ca2泵等。协同运输（cotransport）物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。动物细胞常利用Na+浓度梯度，植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。,大分子或颗粒性物质的跨膜运输胞吞作用:细胞内陷，将外界物质裹进细胞内形成胞吞泡。胞饮作用（pinocytosis)：胞吞物为液体状和较小的物质，形成的胞吞泡小于015微米，有笼形蛋白（clathrin)参与。吞噬作用(phagocytosis)：胞吞物为大的颗粒状物质，形成的胞吞泡大于025微米，肌动蛋白（actin)参与。,物质的跨膜运输-自由扩散,O2、CO2、水、苯、乙醇、甘油、尿素脂溶性维生素脂肪酸,协助扩散：某些溶质在特异性膜蛋白的帮助下扩散,（离子通道）,NaK泵（主动运输）,钠钾泵,实际上就是Na+-K+ATP酶，存在于动、植物细胞质膜上，它有大小两个亚基，大亚基催化ATP水解，小亚基是一个糖蛋白。每水解一个ATP释放的能量输送3个Na+到胞外，同时摄取2个K+入胞，造成跨膜梯度和电位差.对神经冲动传导尤其重要。当梯度所持有的能量大于ATP水解的化学能时，Na+、K+会反向顺浓差流过Na+-K+泵，同时合成ATP。,神经元与神经元之间的突触传递,静息电位,动作电位,钙离子泵,Ca2+泵分布在动、植物细胞质膜、线粒体内膜、内质网样囊膜（SER-likeorganelle）、叶绿体、液泡、动物肌肉细胞肌质网膜上.是由1000个氨基酸的多肽链形成的跨膜蛋白.每水解一个ATP转运两个Ca2+形成“钙库”。在一定的信号作用下Ca2+从钙库释放到细胞质，调节细胞运动、肌肉收缩、生长、分化等诸多生理功能。,肌质网结构：是肌纤维内高度发达的滑面内质网功能：膜中有钙泵和钙通道浓缩、储存、释放Ca2+,位于肌质网上的钙离子泵神经冲动，Ca2+释放，肌肉收缩,钙泵将Ca2+回收,主动运输-质子泵,一个,一个,质子泵：逆浓度消耗能量传递氢离子,质子泵有三类：P-type、V-type、F-type。1、P-type：载体蛋白利用ATP使自身磷酸化（phosphorylation）因此涉及磷酸化和去磷酸化，发生构象的改变来转移质子或其它离子，如植物细胞膜上的H+泵。其它动物细胞的Na+-K+泵、Ca2+离子泵，H+-K+ATP酶（酸泵）（位于胃表皮细胞，分泌胃酸）都是这种类型。2、V-type：位于小泡（vacuole）的膜上，由许多亚基构成，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、动物细胞的内吞体、高尔基体的囊泡膜、植物液泡膜上。3、F-type：是由许多亚基构成的管状结构，H沿浓度梯度运动，所释放的能量与ATP合成耦联起来，所以也叫ATP合酶（ATPsynthase），F是氧化磷酸化或光合磷酸化偶联因子（factor）的缩写。F型质子泵位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上。F型质子泵不仅可以利用质子动力势将ADP转化成ATP，也可以利用水解ATP释放的能量转移质子。,ATP酶复合体质子通道（载体协助，合成ATP）F型质子泵，消耗ATP转移质子,主动运输-质子泵,协同运输(cotransport)：由钠/钾离子泵（或质子泵）与载体蛋白协同作用，逆浓度梯度，间接耗能所完成的主动运输,协同运输蔗糖H+,协同运输葡萄糖-Na+,在动物、植物细胞由载体蛋白介导的协同运输异同点的比较,葡萄糖协同运输协助扩散（小肠上皮，肾小管管壁上皮细胞）（其他糖浓度低细胞）氨基酸：协同运输协助扩散（小肠上皮，肾小管管壁上皮细胞）核苷酸：协同运输协助扩散脂肪酸：被动运输脂溶性分子Na+内流是协助扩散，外流是主动运输。K+内流是主动运输，外流是协助扩散。水分子是简单扩散或协助扩散运输（水通道蛋白）,Na+-葡萄糖同向转运体Na+-氨基酸同向转运体氢离子-蔗糖共运输（植物细胞）,大分子或颗粒性物质的跨膜运输胞吞作用:细胞内陷，将外界物质裹进细胞内形成胞吞泡。涉及膜融合和膜泡转运，主动运输。受体介导和非受体介导1.胞饮作用（pinocytosis)：胞吞物为液体状和较小的物质，形成的胞吞泡小于015微米，有笼形蛋白（clathrin)参与。受体介导主要是摄取特殊的生物大分子2.吞噬作用(phagocytosis)：胞吞物为大的颗粒状物质，形成的胞吞泡大于025微米，肌动蛋白（actin)参与。多细胞动物，一些特化细胞如巨噬细胞和中性粒细胞。,某些病毒通过胞饮过程侵入细胞,受体介导的胞饮过程,吞噬作用,家族性血胆脂醇过多（familialhypercholesterolemiaFH）,纯合体的个体含有致病基因会导致严重增加血清胆固醇浓度。这种病常常导致阻断动脉（动脉粥样硬化），并且通常在患者20岁之前就死于心脏病。在当时，几乎没有人知道这种致病的生理原理。而且，目前尚无特效药物可以治疗。,LDL（低密度脂蛋白）受体广泛分布于肝脏、动脉壁平滑肌细胞、肾上腺皮质细胞、血管内皮细胞、淋巴细胞、单核细胞、巨噬细胞，各组织或细胞的LDL受体活性差别很大。LDL受体主要功能是通过摄取胆固醇进入细胞内，用于细胞增殖和固醇类激素及胆汁酸盐的合成等。,MichaelS.Brown&JosephL.Goldstein,1985,LDL受体的缺陷，导致受体结合脂蛋白不能被内化，所以就不能被传送至细胞质的溶酶体进行加工。,家族性血胆脂醇过多（familialhypercholesterolemiaFH）,胞吞与胞吐作用,动作电位,树突,轴突,神经细胞,刺激使膜对Na+的通透性增加，Na+顺浓度梯度及电位差内流，使膜去极化，形成动作电位的上升支。Na+通道失活，而K+通道开放，K+外流，复极化形成动作电位的下降支。钠泵的作用，将进入膜内的Na+泵出膜外，同时将膜外多余的K+泵入膜内，恢复兴奋前时离子分布的浓度。,突触传导神经信号,电信号化学信号电信号,主动运输协助扩散钙钠钾离子通道胞吐作用,3、细胞通讯,4.气体分子（扩散）,图15-1,2.内分泌,3.旁分泌,1.神经传递,协调人体内部的生物信息传递主要涉及两个系统：神经系统和内分泌系统内分泌系统的组成神经激素配合内分泌系统控制个体内稳态,内分泌系统在信息传递中的作用人体内分泌系统的组成激素特征：来源由内分泌腺分泌传输无特定管道，随血流传布作用特定靶细胞效应低浓度、强效应,松果腺,下丘脑,脑下腺,甲状腺,甲状旁腺,肾上腺,胰腺,卵巢,睾丸,神经激素配合作用控制个体内稳态下丘脑脑下垂体（垂体）内分泌系统形成人体调控通路激素的分泌受着神经系统的调控,下丘脑：既能传导神经冲动、又有分泌激素的功能。在内分泌系统中居于最高的统治地位，,垂体：内分泌系统的中心，分泌多种激素，都是蛋白质分子,激素，生长因子，NO,声，光等配基（Ligand）：（信号分子）神经递质,细胞内受体亲脂性激素受体受体离子通道耦联受体:分布神经肌肉细胞细胞表面受体G蛋白耦联受体:产生第二信使与酶连接的受体:各种生长因子受体,激素，生长因子，NO,声，光等配基（Ligand）：（信号分子）神经递质,激素，生长因子，NO,声，光等配基（Ligand）：（信号分子）神经递质,激素，生长因子，NO,声，光等配基（Ligand）：（信号分子）神经递质,细胞内受体蛋白家族和作用模型,膜受体细胞的信号转导过程,细胞间信息物质影响细胞功能的途径,细胞的信号转导细胞内受体与细胞表面受体分子开关信号转导的第二信使与分子开关细胞信号转导的主要通路和级联反应,固醇类激素信号途径,细胞内受体,一，离子通道偶联受体,二，G蛋白偶联受体,三，酶联受体,细胞表面受体,受体分子的主要类型之一：离子通道受体,如:突触信号传导,乙酰胆碱N受体（260KD）外周型：5个亚基组成（2）调节主要为亚基变化通道开启：Na+内流，K+外流，膜去极化。,