物质转运与信号转导ppt课件

1、 第二章第二章 细胞的根本功能细胞的根本功能第一节：细胞膜的物质转运功能第一节：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二节：细胞的跨膜信号转导功能第三节：细胞的生物电景象与兴奋性第三节：细胞的生物电景象与兴奋性第四节：骨骼肌的收缩功能第四节：骨骼肌的收缩功能学习内容学习内容第一节第一节 细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能被动转运被动转运自动转运自动转运出胞和入胞出胞和入胞细胞膜的构造和功能细胞膜的构造和功能细胞膜细胞膜plasma membrane液态镶嵌模型液态镶嵌模型fluid mosaic model)以液态的脂质双分子以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌层为基架，其

2、中镶嵌着不同生理功能的蛋着不同生理功能的蛋白质白质膜中的蛋白质具有不同的分子构象或构型，决议了膜中的蛋白质具有不同的分子构象或构型，决议了它们具有不同的功能。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膜上蛋白质分子的特性有关糖：糖： 细胞膜含糖类较少，主要是一些寡糖和多糖以共价键的方式细胞膜含糖类较少，主要是一些寡糖和多糖以共价键的方式和膜内脂质或蛋白质结合，构成糖脂或糖蛋白和膜内脂质或蛋白质结合，构成糖脂或糖蛋白 糖脂和糖蛋白分子上的糖链多裸露于膜的外外表，可作为细胞糖脂和糖蛋白分子上的糖链多裸露于膜的外外表

3、，可作为细胞的的“标志标志 如：如： 有些可作为抗原决议簇，表示某种免疫信息有些可作为抗原决议簇，表示某种免疫信息 有些作为膜受体的有些作为膜受体的“可识别部分，可以特异地与某种可识别部分，可以特异地与某种激素、递质或其它化学信号分子结合激素、递质或其它化学信号分子结合 决议某物质经过决议某物质经过( (以脂质双层为基架的以脂质双层为基架的) )细胞膜的难易程度细胞膜的难易程度( (通透性通透性) )的主要要素：的主要要素： 1.1.能否脂溶性以及脂溶性的大小能否脂溶性以及脂溶性的大小; ; 2. 2.分子的大小分子的大小; ; 3. 3.分子的带电形状分子的带电形状; ; 4. 4.其他要素

4、其他要素: : 如有无膜蛋白协助如有无膜蛋白协助. .物质的跨膜转运物质的跨膜转运一、被动转运(passive transport)一单纯分散一单纯分散 simple diffusion脂溶性物质从高浓度向低浓度区域的跨膜脂溶性物质从高浓度向低浓度区域的跨膜转运转运特点特点不需蛋白质不需蛋白质浓度梯度，不需能量浓度梯度，不需能量结果是两侧物质平衡结果是两侧物质平衡适用于适用于O2, CO2，甾体类激素，甾体类激素水分子的浸透水分子的浸透osmosis二易化分散二易化分散(facilitated diffusion)物质在特殊蛋白质分子的物质在特殊蛋白质分子的“协助下，由协助下，由膜的高浓度向低

5、浓度区域的跨膜转运膜的高浓度向低浓度区域的跨膜转运 经载体的易化分散经载体的易化分散facilitated diffusion via carrier经通道的易化分散经通道的易化分散facilitated diffusion via channel一、被动转运(passive transport)1.由载体由载体(carrier)介导的易化分散介导的易化分散 饱和景象饱和景象(saturation) 立体构象特异性立体构象特异性(stereodpecificity) 竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)通道对离子的选择性通道对离子的选择性通道的门控特性通道的门控

6、特性电压门控通道电压门控通道化学门控通道化学门控通道机械门控通道机械门控通道速度极快速度极快;(;(可达每秒可达每秒106-108106-108个离子个离子) )阻断药：河豚毒阻断药：河豚毒 Na+Na+通道，通道， 四乙基铵四乙基铵K+K+通道，通道，异搏定异搏定Ca2+Ca2+通道通道l2. 由通道由通道ion channel介导的易化分散介导的易化分散细胞膜经通道易化分散的生理意义细胞膜经通道易化分散的生理意义: :跨膜物质转运跨膜物质转运( (如水、离子如水、离子););参与细胞生物电的产生参与细胞生物电的产生; ;参与跨膜信号转导。参与跨膜信号转导。 Na+-K+依赖式依赖式ATP酶

7、的蛋白质。酶的蛋白质。 每分解一个每分解一个ATP分子，分子，可以使可以使3个个Na+移出移出膜外，同时有膜外，同时有2个个K+移入膜内移入膜内细胞经过本身的某种耗能过程，将物质由膜的低细胞经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浓度一侧移向高浓度一侧的过程(一一)原发性自动转运原发性自动转运(primary active transport)钠钠-钾泵钾泵(sodium-potassium pump )二、自动转运(active transport)钠钠-钾泵钾泵(sodium-potassium pump) 钠泵活动的意义：钠泵活动的意义： Na+、K+等离子在膜

8、两侧的不平衡等离子在膜两侧的不平衡分布分布 胞内高钾，为代谢提供必需条件胞内高钾，为代谢提供必需条件 胞内低钠低氯，维持胞质浸透压和胞内低钠低氯，维持胞质浸透压和细胞容积的稳定细胞容积的稳定 建立了势能贮备建立了势能贮备 神经、肌肉等组织产生生物电信号神经、肌肉等组织产生生物电信号的根底的根底 一些其他物质分子跨膜转运的能量一些其他物质分子跨膜转运的能量来源来源 还有钙泵还有钙泵(Ca2+-Mg2+依赖式依赖式ATP酶酶) H+泵泵(H+-K+依赖式依赖式ATP酶酶) 碘泵等碘泵等(二二)继发性自动转运继发性自动转运(secondary active transport) 如:小肠上皮细胞吸收

9、葡萄糖，肾小管上皮重吸收葡萄糖和氨基酸；甲状腺摄取 I依托依托Na泵建立的势能贮藏，逆浓度差转运某些物质泵建立的势能贮藏，逆浓度差转运某些物质 的过程，不直接耗费能量，间接地来自的过程，不直接耗费能量，间接地来自ATP 继发性自动转运简称结合转运(cotransport) 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

10、 and exocytosis)受体介导式入胞受体介导式入胞 转运方式转运方式 转运物质转运物质 顺逆差顺逆差 细胞能否细胞能否耗能耗能 单纯分散单纯分散 脂小分子脂小分子,水水 顺差顺差 不不 经载体易化分散经载体易化分散 水溶性分子水溶性分子 顺差顺差 不不 经通道易化分散经通道易化分散 带电离子带电离子 顺差顺差 不不 原发性自动转运原发性自动转运 离子离子 逆差逆差 耗能耗能 继发性自动转运继发性自动转运 葡萄糖等葡萄糖等 逆差逆差 靠他物靠他物势能差势能差 出胞与入胞出胞与入胞 大分子物质大分子物质 无关无关 细胞自动细胞自动活动活动 被被 动动 转转 运运 膜膜 蛋蛋 白白 介介

11、导导第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导(transmembrane signal transduction) (transmembrane signal transduction) 跨膜信号转导的概念的提出跨膜信号转导的概念的提出不同方式化学信号激素、递质、细胞因子作不同方式化学信号激素、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，而是作用于细胞膜外表，经过引起胞内过程，而是作用于细胞膜外表，经过引起膜构造中一种或数种特殊蛋白质分子的变构作膜构造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方式

12、传用，将外界环境变化的信息以新的信号方式传送到膜内，再引发靶细胞功能改动，包括细胞送到膜内，再引发靶细胞功能改动，包括细胞出现电反响或其他功能改动。出现电反响或其他功能改动。 受体受体-G蛋白蛋白-膜的效应器酶介导的膜的效应器酶介导的跨膜信号转导跨膜信号转导 受体：受体：G-蛋白耦联受体蛋白耦联受体 G蛋白蛋白(鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白) G蛋白的效应器分子蛋白的效应器分子 酶酶 (如：腺苷酸环化酶、磷脂酶如：腺苷酸环化酶、磷脂酶C 离子通道离子通道 第二信使第二信使 如：环磷腺苷如：环磷腺苷(cAMP)、三磷酸、三磷酸肌醇肌醇(IP3)、二酰甘油、二酰甘油(DG)v最典型的例子是最典型的

13、例子是1962年年Krebs等人对等人对cAMP调调理糖原合成和糖原分解酶系的研讨理糖原合成和糖原分解酶系的研讨v肾上腺素激活肾上腺素激活-肾上腺素受体，经过肾上腺素受体，经过G蛋白激蛋白激活腺苷酸环化酶，使细胞内活腺苷酸环化酶，使细胞内cAMP浓度升高浓度升高v cAMP与与APK的调理亚单位结合，释放出被激的调理亚单位结合，释放出被激活的活的APK催化亚单位，导致以下反响调理糖原催化亚单位，导致以下反响调理糖原生成作用。生成作用。未激活的未激活的PKA 激活的激活的PKA未激活的磷酸酶激酶未激活的磷酸酶激酶 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未激活的糖原磷酸化酶 激活的糖

14、原磷酸化酶激活的糖原磷酸化酶糖原糖原 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖cAMP 受体受体(receptor)：能与：能与外来化学信号作特异性外来化学信号作特异性结合的受体蛋白质结合的受体蛋白质 这里它们不是一个独立这里它们不是一个独立的蛋白质分子，称为通的蛋白质分子，称为通道型受体道型受体通道介导的跨膜信号转导通道介导的跨膜信号转导 化学门控通道化学门控通道 ：肌细胞终板膜、神经细胞的突触：肌细胞终板膜、神经细胞的突触 后膜后膜 电压门控通道：电压门控通道： 神经轴突和骨骼肌、心肌细胞神经轴突和骨骼肌、心肌细胞 机械门控通道机械门控通道 ：机械感受器细胞：机械感受器细胞P10P10图图2-1 2-1

15、钠通道钠通道亚单位的分子构造表示图亚单位的分子构造表示图由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导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受体的膜外侧肽段同相应的化学信号结合时，应的化学信号结合时，直接激活受体的膜内侧直接激活受体的膜内侧肽段的蛋白激酶活性，肽段的蛋白激酶活性，引发蛋白质底物中的酪引发蛋白质底物中的酪氨酸残基发生磷酸化氨酸残基发生磷酸化 没有没有G蛋白的参与，没蛋白的参与，没有第二信使的产生有第二信使的产生 三、由酶偶联受体介导的跨膜信号转导三、由酶偶联受体介导的跨膜信号转导酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体 肽类激素和有关细胞因子肽类激素和有关细胞因子 酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体(胰岛素、神经生长因子胰岛素、神经生长因子)胞浆内侧肽链的蛋白激酶活性胞浆内侧肽链的蛋白激酶活性酪氨酸残基磷酸化酪氨酸残基磷酸化生理效应生理效应 直接激活直接激活鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体 鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体 胞内的胞内的GTP环化，生成环化，生成 cGMP蛋白激酶蛋白激酶G生理效