第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件

第二章细胞膜动力学和跨膜信号通讯

目的：了解细胞膜的分子结构，掌握细胞膜的物质转运的形式和影响因素。第一节细胞膜超微结构和物质跨膜转运一、生物膜的分子结构及其组成第二章细胞膜动力学和跨膜信号通讯1（一）细胞膜（或质膜）：把C内容物与外界分开，允许某些物质通透。细胞膜的功能：１、保护：屏障作用。２、转运：载体、通道、离子泵。３、识别：膜外侧的糖链。４、信息传递：受体——化学信息。通道——生物电信息。（二）膜（生物膜、单位膜）的组成和分子结构组成：电镜下三层：内外侧致密带、中间透明带各2.5nm。由脂质、蛋白质、少量糖组成。结构：1972年singer提出“流体镶嵌模型”（fluidmosaicmodel）学说，即：C膜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α—螺旋或球形蛋白质。（一）细胞膜（或质膜）：把C内容物与外界分开，允许某些物质通21.脂质双分子层亲水磷酸和碱基朝向C内外。磷脂>70%疏水的烃基，朝向膜中间。脂质胆固醇<30%1.脂质双分子层32.细胞膜蛋白质表面蛋白质（peripheralprotein）：肽链的氨基酸集团与脂质极性基团结合，分布于膜的内侧或外侧表面。整合蛋白质（integratedprotein）：肽链一次或反复多次贯穿脂质双分子层，两端露出膜的两侧。膜蛋白质的作用：（1）构成C膜的载体、通道或离子泵，与物质转运有关。（2）构成C膜的受体，与激素结合后把信息传入C内。（3）酶：起催化作用。（4）免疫功能（5）肌纤蛋白（actin）：具收缩作用，在C吞噬、吞饮、变形运动中发挥作用。2.细胞膜蛋白质43.细胞膜的糖类量少、有寡糖、多糖，与膜脂质及蛋白质在碳氢链端以共价键形式结合形成糖脂或糖蛋白，作为C“标记”膜受体的“识别”部分4.膜的特征：流动性、不对称。3.细胞膜的糖类5二、细胞的跨膜物质转运通透性：物质通过膜的难易程度。（一）单纯扩散：指脂溶性物质通过细胞膜由高浓度侧向低浓度侧扩散的过程。如氧气、二氧化碳、一氧化氮、尿素等；水分子极小，膜对它高度通透，从低渗透压区域向高渗透压区域移动；水溶性分子可通过水孔蛋白形成的特异通道跨膜转运。二、细胞的跨膜物质转运通透性：物质通过膜的难易程度。6扩散通量：跨膜转运物质在单位时间内的净移动量。影响因素：①

细胞膜两侧该物质的浓度差②

该物质通过细胞膜的难易程度。扩散通量：跨膜转运物质在单位时间内的净移动量。7（二）膜蛋白介导的跨膜转运1．易化扩散：水溶性小分子或离子(Na＋、K＋、Ca2＋等）在特殊膜蛋白的帮助下，由细胞膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程.（1）经载体介导的易化扩散如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等经载体易化扩散具有以下特性：①结构特异性。②饱和现象。③竞争性抑制。（二）膜蛋白介导的跨膜转运1．易化扩散：水溶性小分子或离子(8（2）经通道介导的易化扩散溶液中的Na+、K+、Ca2+、Cl-等带电离子.中介这一过程的膜蛋白称为离子通道,如K+通道、Na+通道、Ca+通道等。离子通道的特征主要是：①

离子选择性。②

门控特性。（2）经通道介导的易化扩散溶液中的Na+、K+、Ca2+9被动转运:以单纯扩散和易化扩散的方式转运物质时，物质分子移动的动力是膜两侧存在的浓度差（或电位差）所含的势能，它不需要细胞另外提供能量.2．主动转运：指细胞通过本身的耗能过程，将物质分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。原发性主动转运（由ATP直接供能）继发性主动转运（由ATP间接供能）。被动转运:以单纯扩散和易化扩散的方式转运物质时，物质分子移10（1）原发性主动转运：细胞直接利用代谢产生的能量，将物质分子或离子逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运的过程。介导这一过程的膜蛋白称为离子泵。离子泵具有水解ATP的能力，称作ATP酶(ATPase)。（1）原发性主动转运：细胞直接利用代谢产生的能量，将物质分11①钠-钾泵：简称钠泵、Na+/K+-ATPase、钠-钾依赖ATP酶、Na+-K+dependentATPase。有Mg2+时，每分解一个ATP泵出3个Na+，泵入2个K+。钠泵活动重要的生理意义：A、维持细胞正常的渗透压与形态。B、建立的Na+浓度势能贮备是营养物质（G、aa）跨小肠和肾小管上皮等跨膜主动转运的能量来源叫继发性主动转运或联合转运。①钠-钾泵：简称钠泵、Na+/K+-ATPase、钠-钾依赖12②Ca2+-ATPase存在于质膜和一些细胞器膜中。位于肌质网中的Ca2+-ATPase由10次跨膜a螺旋构成，有两个Ca2+结合位点。③H+-ATPase存在于质膜和一些细胞器膜中，如线粒体内膜和溶酶体膜。将H+移出细胞。④H+/K+-ATPase存在于胃和肾的一些泌酸细胞的质膜中。每水解1分子ATP.可将1个H+泵出细胞并泵回1个K+。②Ca2+-ATPase存在于质膜和一些细胞器膜中。位于肌质13第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件14（2）继发性主动转运同向转运：如果被转运的离子或分子都向同一方向运动，相应的转运体也称为同向转运体，例如肾小管液中的葡萄糖、氨基酸和Cl-等与Na+的同向转运相偶联。反向转运：如果被转运的离子或分子彼此向相反方向运动，相应的转运体也称为反向转运体。如肾小管细胞分泌H+、K+与Na+的反向转运相偶联。（2）继发性主动转运同向转运：如果被转运的离子或分子都向同15第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件16（三）胞吞与胞吐

1.胞吞(1)吞噬:细菌、病毒等异物以及血浆脂蛋白颗粒、大分子营养物质、组织碎片、多肤类激素等代谢产物

(2)胞饮:胞吮:无选择性允许细胞外液进入胞内胞膜窖胞吮:浓缩和内质化小分子物质，有利于转运大分子进入毛细血管内皮细胞，并参与细胞信号转导过程。

受体介导式胞吞:蛋白类激素、生长因子、抗体、胞质蛋白，如携带Fe2+的运铁蛋白、低密度脂蛋白等（三）胞吞与胞吐1.胞吞(2)胞饮:胞吮:无选择性允许细172.胞吐：又称出胞，是指细胞内物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程，主要见于细胞的分泌活动，如内分泌腺细胞分泌激素，外分泌腺分泌酶原颗粒，粘液，神经细胞轴突末梢释放神经递质等。

在大多数细胞中，激发胞吐的过程都与钙浓度的变化有关。

2.胞吐：又称出胞，是指细胞内物质以分泌囊泡的形式排出细胞的18第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件19第二节

细胞间通讯和信号转导

一、离子通道受体介导的跨膜信号传递(一)化学门控通道：当细胞外物质与膜上的特异膜蛋白结合时，能引起这些蛋白构型的变化，使通道开放。

烟碱型ACh受体；细胞内cGMP（磷酸二脂酶）的浓度发生变化时，将引起Na+通道的开放与关闭；氨基酸受体以及ATP受体、5-羟色胺受体等。第二节细胞间通讯和信号转导一、离子通道受体介导的跨膜信20第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件21(二)电压门控通道：分子结构中，存在若干对跨膜电位变化敏感的基团。当膜去极化(或称除极化，下同)达到一定水平时，通道蛋白质的分子构象发生改变，于是通道的闸门即被打开，离子通过开放的通道实现跨膜转运。在细胞膜上，有一些离子通道总是处于开放状态，这些通道属于被动的非门控通道，但大多数通道是属门控式的。目前发现至少有三种Na+通道、五种K+通道和三种Ca2+通道属于电压门控通道。

(二)电压门控通道：分子结构中，存在若干对跨膜电位变化敏感22第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件23二、G蛋白耦联受体介导的信号转导

1．G蛋白耦联受体。2．G蛋白

鸟苷酸结合蛋白，简称G蛋白，G蛋白的种类很多。G蛋白通常由、、

三个亚单位组成。3．G蛋白效应器

指催化生成或分解第二信使的酶。G调控的效应器酶主要有腺苷酸环化酶(AC)，磷脂酶C(PLC)，磷脂酶A2(PLA2)，鸟苷酸环化酶(GC)和cGMP磷酸二脂酶(PDE)。4．第二信使

激素、递质和细胞因子等信号分子即第一信使作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子，它们可把细胞外信号分子所携带的信息转入细胞内。重要的第二信使有环-磷酸腺苷(cAMP)，三磷酸肌醇(IP3)，二酰甘油(DG)、环-磷酸鸟苷(cGMP)和钙离子等。二、G蛋白耦联受体介导的信号转导

1．G蛋白耦联受体。24第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件25三、酶耦联受体介导的信号转导

不需要G蛋白的参与，也没有第二信使的产生。酶耦联受体分子的胞质一侧自身具有酶的活性，或者可直接结合并激活胞质中的酶。（一）酪氨酸激酶受体：贯穿脂质双层的整合蛋白，一般只有一个跨膜螺旋，它在膜外侧有配体的结合位点，而伸入胞质的一端具有酪氨酸激酶的结构域，但也有一些受体本身并不具有酶活性部位，但可直接与胞质中的酪氨酸激酶结合。

三、酶耦联受体介导的信号转导不需要G蛋白的参与，也没有第二26（二）鸟苷酸环化酶受体

一种位于质膜上，另一种可存在于胞质中。位于质膜中的鸟苷酸环化酶受体有一个跨膜a螺旋，分子N端位于胞外，有与配体结合的位点;位于膜内侧的C端有鸟苷酸环化酶的结构域，可被激活调节胞内cGMP的生成。在有些细胞中，鸟苷酸环化酶受体位于胞质中，第一信使如NO是通过扩散进入细胞内，然后与之结合再诱导cGMP生成的。

（二）鸟苷酸环化酶受体一种位于质膜上，另一种可存在于胞质中27(三)JAK相关激酶受体酪氨酸激酶活性不是位于受体自身，而且位于与受体直接作用的一类胞内激酶家族，称为JAK激酶，受体和它的相关JAK激酶是作为一个复合单位存在的。当胞外第一信使与此受体结合时，受体产生变构并激活JAK激酶。不同的受体涉及不同的JAK家族，而不同的JAK激酶磷酸化不同的蛋白，这些蛋白中有许多是转录因子，此过程最终涉及许多新蛋白的合成。

(三)JAK相关激酶受体酪氨酸激酶活性不是位于受体自身，而且28第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件29第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件30第二章细胞膜动力学和跨膜信号通讯

目的：了解细胞膜的分子结构，掌握细胞膜的物质转运的形式和影响因素。第一节细胞膜超微结构和物质跨膜转运一、生物膜的分子结构及其组成第二章细胞膜动力学和跨膜信号通讯31（一）细胞膜（或质膜）：把C内容物与外界分开，允许某些物质通透。细胞膜的功能：１、保护：屏障作用。２、转运：载体、通道、离子泵。３、识别：膜外侧的糖链。４、信息传递：受体——化学信息。通道——生物电信息。（二）膜（生物膜、单位膜）的组成和分子结构组成：电镜下三层：内外侧致密带、中间透明带各2.5nm。由脂质、蛋白质、少量糖组成。结构：1972年singer提出“流体镶嵌模型”（fluidmosaicmodel）学说，即：C膜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α—螺旋或球形蛋白质。（一）细胞膜（或质膜）：把C内容物与外界分开，允许某些物质通321.脂质双分子层亲水磷酸和碱基朝向C内外。磷脂>70%疏水的烃基，朝向膜中间。脂质胆固醇<30%1.脂质双分子层332.细胞膜蛋白质表面蛋白质（peripheralprotein）：肽链的氨基酸集团与脂质极性基团结合，分布于膜的内侧或外侧表面。整合蛋白质（integratedprotein）：肽链一次或反复多次贯穿脂质双分子层，两端露出膜的两侧。膜蛋白质的作用：（1）构成C膜的载体、通道或离子泵，与物质转运有关。（2）构成C膜的受体，与激素结合后把信息传入C内。（3）酶：起催化作用。（4）免疫功能（5）肌纤蛋白（actin）：具收缩作用，在C吞噬、吞饮、变形运动中发挥作用。2.细胞膜蛋白质343.细胞膜的糖类量少、有寡糖、多糖，与膜脂质及蛋白质在碳氢链端以共价键形式结合形成糖脂或糖蛋白，作为C“标记”膜受体的“识别”部分4.膜的特征：流动性、不对称。3.细胞膜的糖类35二、细胞的跨膜物质转运通透性：物质通过膜的难易程度。（一）单纯扩散：指脂溶性物质通过细胞膜由高浓度侧向低浓度侧扩散的过程。如氧气、二氧化碳、一氧化氮、尿素等；水分子极小，膜对它高度通透，从低渗透压区域向高渗透压区域移动；水溶性分子可通过水孔蛋白形成的特异通道跨膜转运。二、细胞的跨膜物质转运通透性：物质通过膜的难易程度。36扩散通量：跨膜转运物质在单位时间内的净移动量。影响因素：①

细胞膜两侧该物质的浓度差②

该物质通过细胞膜的难易程度。扩散通量：跨膜转运物质在单位时间内的净移动量。37（二）膜蛋白介导的跨膜转运1．易化扩散：水溶性小分子或离子(Na＋、K＋、Ca2＋等）在特殊膜蛋白的帮助下，由细胞膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程.（1）经载体介导的易化扩散如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等经载体易化扩散具有以下特性：①结构特异性。②饱和现象。③竞争性抑制。（二）膜蛋白介导的跨膜转运1．易化扩散：水溶性小分子或离子(38（2）经通道介导的易化扩散溶液中的Na+、K+、Ca2+、Cl-等带电离子.中介这一过程的膜蛋白称为离子通道,如K+通道、Na+通道、Ca+通道等。离子通道的特征主要是：①

离子选择性。②

门控特性。（2）经通道介导的易化扩散溶液中的Na+、K+、Ca2+39被动转运:以单纯扩散和易化扩散的方式转运物质时，物质分子移动的动力是膜两侧存在的浓度差（或电位差）所含的势能，它不需要细胞另外提供能量.2．主动转运：指细胞通过本身的耗能过程，将物质分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。原发性主动转运（由ATP直接供能）继发性主动转运（由ATP间接供能）。被动转运:以单纯扩散和易化扩散的方式转运物质时，物质分子移40（1）原发性主动转运：细胞直接利用代谢产生的能量，将物质分子或离子逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运的过程。介导这一过程的膜蛋白称为离子泵。离子泵具有水解ATP的能力，称作ATP酶(ATPase)。（1）原发性主动转运：细胞直接利用代谢产生的能量，将物质分41①钠-钾泵：简称钠泵、Na+/K+-ATPase、钠-钾依赖ATP酶、Na+-K+dependentATPase。有Mg2+时，每分解一个ATP泵出3个Na+，泵入2个K+。钠泵活动重要的生理意义：A、维持细胞正常的渗透压与形态。B、建立的Na+浓度势能贮备是营养物质（G、aa）跨小肠和肾小管上皮等跨膜主动转运的能量来源叫继发性主动转运或联合转运。①钠-钾泵：简称钠泵、Na+/K+-ATPase、钠-钾依赖42②Ca2+-ATPase存在于质膜和一些细胞器膜中。位于肌质网中的Ca2+-ATPase由10次跨膜a螺旋构成，有两个Ca2+结合位点。③H+-ATPase存在于质膜和一些细胞器膜中，如线粒体内膜和溶酶体膜。将H+移出细胞。④H+/K+-ATPase存在于胃和肾的一些泌酸细胞的质膜中。每水解1分子ATP.可将1个H+泵出细胞并泵回1个K+。②Ca2+-ATPase存在于质膜和一些细胞器膜中。位于肌质43第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件44（2）继发性主动转运同向转运：如果被转运的离子或分子都向同一方向运动，相应的转运体也称为同向转运体，例如肾小管液中的葡萄糖、氨基酸和Cl-等与Na+的同向转运相偶联。反向转运：如果被转运的离子或分子彼此向相反方向运动，相应的转运体也称为反向转运体。如肾小管细胞分泌H+、K+与Na+的反向转运相偶联。（2）继发性主动转运同向转运：如果被转运的离子或分子都向同45第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件46（三）胞吞与胞吐

1.胞吞(1)吞噬:细菌、病毒等异物以及血浆脂蛋白颗粒、大分子营养物质、组织碎片、多肤类激素等代谢产物

(2)胞饮:胞吮:无选择性允许细胞外液进入胞内胞膜窖胞吮:浓缩和内质化小分子物质，有利于转运大分子进入毛细血管内皮细胞，并参与细胞信号转导过程。

受体介导式胞吞:蛋白类激素、生长因子、抗体、胞质蛋白，如携带Fe2+的运铁蛋白、低密度脂蛋白等（三）胞吞与胞吐1.胞吞(2)胞饮:胞吮:无选择性允许细472.胞吐：又称出胞，是指细胞内物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程，主要见于细胞的分泌活动，如内分泌腺细胞分泌激素，外分泌腺分泌酶原颗粒，粘液，神经细胞轴突末梢释放神经递质等。

在大多数细胞中，激发胞吐的过程都与钙浓度的变化有关。

2.胞吐：又称出胞，是指细胞内物质以分泌囊泡的形式排出细胞的48第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件49第二节

细胞间通讯和信号转导

一、离子通道受体介导的跨膜信号传递(一)化学门控通道：当细胞外物质与膜上的特异膜蛋白结合时，能引起这些蛋白构型的变化，使通道开放。

烟碱型ACh受体；细胞内cGMP（磷酸二脂酶）的浓度发生变化时，将引起Na+通道的开放与关闭；氨基酸受体以及ATP受体、5-羟色胺受体等。第二节细胞间通讯和信号转导一、离子通道受体介导的跨膜信50第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件51(二)电压门控通道：分子结构中，存在若干对跨膜电位变化敏感的基团。当膜去极化(或称除极化，下同)达到一定水平时，通道蛋白质的分子构象发生改变，于是通道的闸门即被打开，离子通过开放的通道实现跨膜转运。在细胞膜上，有一些离子通道总是处于开放状态，这些通道属于被动的非门控通道，但大多数通道是属门控式的。目前发现至少有三种Na+通道、五种K+通道和三种Ca2+通道属于电压门控通道。

(二)电压门控通道：分子结构中，存在若干对跨膜电位变化敏感52第二章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯课件53二、G蛋白耦联受体介导的信号转导

1．G蛋白耦联受体。2．G蛋白

鸟苷酸结合蛋白，简称G蛋白，G蛋白的种类很多。G蛋白通常由、、

三个亚单位组成。3．G蛋白效应器

指催化生成或分解第二信使的酶。G调控的效应器酶主要有腺苷酸环化酶(AC)，磷脂酶C(PLC)，磷脂酶A2(PLA2)，鸟苷酸环化酶(GC)和cGMP磷酸二脂酶(PDE)。4．第二