细胞生物学基础章节药学班

细胞生物学基础章节药学班第一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三重点：1.物质跨膜运输的类型2.钠钾泵的结构和作用机理3.受体介导的胞吞作用4.受体和信号分子5.cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路

第二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第一节物质的跨膜运输1.被动运输（passivetransport）2.主动运输（activetransport）3.膜泡运输

第三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三一、被动运输1.概念：被动运输（passivetransport）是通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运转。2.特点：运输方向；跨膜动力；能量消耗；膜转运蛋白。3.类型：简单扩散（simplediffusion）

协助扩散（facilitateddiffusion）第四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三（一）简单扩散1.概念：又称为自由扩散（freediffusion），是疏水小分子或小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋白参与的跨膜运输方式。2.特点：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助。3.限制因素第五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。特点：①转运速率高；②存在最大转运速率；③有膜转运蛋白参与，有特异性。膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。分为载体蛋白（carrierprotein）和通道蛋白（channelprotein）。（二）协助扩散第六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三扩散与渗透

细胞质膜具有两个基本的特性∶允许小分子物质通过扩散穿过细胞质膜，也可以让水通过渗透进出细胞质膜。

扩散(diffusion)是指物质沿着浓度梯度从半透性膜浓度高的一侧向低浓度一侧移动的过程，通常把这种过程称为简单扩散。渗透(osmosis)的含义则是指水分子以及溶剂通过半透性膜的扩散。

第七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三简单扩散的影响因素①脂溶性:脂溶性越强，通过脂双层膜的速率越快。②相对分子质量:相对分子质量小，脂溶性高的分子才能快速扩散。根据实验结果，推测质膜的通透性孔径不会大于0.5～1.0nm，能够扩散的最小分子是水分子。③物质的带电性:一般说来，气体分子（如O2、CO2、N2）、小的不带电的极性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性的分子等易通过质膜，大的不带电的极性分子（如葡萄糖）和各种带电的极性分子都难以通过质膜第八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三载体蛋白（carrierprotein）载体蛋白（carrierprotein）是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶质分子结合，通过构象改变介导溶质的主动和被动跨膜运输。第九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三相同点：①特异性，有特异的结合位点；②有饱和动力曲线；③受抑制剂的影响。不同点：①可改变过程的平衡点；②不对溶质分子作任何共价修饰。和酶的异同点：第十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三通道蛋白（channelprotein）概念：通道蛋白（channelprotein）是横跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。特征：一是离子通道具有选择性；二是离子通道是门控的。类型：电压门通道（voltage-gatedchannel）配体门通道（ligand-gatedchannel）

压力激活通道（stress-activatedchannel） 第十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三红细胞质膜载体蛋白促进葡萄糖扩散示意图

第十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三含羞草展开与收缩受电压门控通道的控制第十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三二、主动运输1.概念：主动运输（activetransport）是指由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低的一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。2.特点：①运输方向；②膜转运蛋白；③消耗能量；④具有选择性和特异性。。3.主动运输所需能量的来源主要有：①

ATP直接提供能量

②

ATP间接提供能量——协同运输

③

光能驱动第十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三

ATP直接提供能量驱动的主动运输1.钠钾泵（Na+-K+

-ATP酶）

结构和作用机制作用：①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；②维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。2.钙泵（Ca2+-ATP酶）3.质子泵：P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶（或F–型）第二十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三钙泵（Ca2+-ATP酶）结构：有10个跨膜区；激活:两种激活机制，Ca2+/钙调蛋白(CaM)复合物的激活;蛋白激酶C激活。

第二十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三质子泵第二十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Na+/K+ATPase的结构第二十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Na+/K+ATPase工作原理示意图第二十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三Ca2+-ATPase的结构和功能位点第二十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三协同运输（cotransport）是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。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。动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动，植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为：同向协同（symport）与反向协同（antiport）。

概念：协同运输（cotransport）是指一种物质的运输伴随另一种物质的运输。它是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。能量：钠钾泵或质子泵通过消耗ATP产生膜两侧的电化学浓度梯度，驱动协同运输的进行。

动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动，植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。类型：共运输（同向协同（symport））对运输（反向协同（antiport））

协同运输第二十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三几种不同类型的跨膜运输

第二十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三动植物细胞载体介导的物质运输的相似与差异

第二十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三不同运输机制的主要特性

性质简单扩散协助扩散主动运输参与运输的膜成分脂蛋白蛋白被运输的物质是否需要结合否是是能量来源浓度梯度浓度梯度ATP水解或浓度梯度运输方向顺浓度梯度顺浓度梯度逆浓度梯度特异性无有有运输分子高浓度时的饱和性无有有第二十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三动物细胞和植物细胞主动运输的差异动物细胞和植物细胞不仅结构有所差别，载体蛋白也有所不同。①动物细胞质膜上有Na+-K+ATPase，并通过对Na+、K+的运输建立细胞的电化学梯度；但是在植物细胞(包括细菌细胞)的质膜中没有Na+-K+ATPase，代之的是H+-ATP酶，并通过对H+的运输建立细胞的电化学梯度，使细胞外H+的浓度比细胞内高；②H+泵在周围环境中创建了酸性pH，然后通过H+质子梯度驱动的同向运输，将糖和氨基酸等输入植物的细胞内。③在动物细胞溶酶体膜和植物细胞的液泡膜上都有H+-ATP酶，它们作用都一样，保持这些细胞器的酸性。第三十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三物质的跨膜运输和膜电位膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。静息电位：细胞在静息状态下的膜电位。动作电位：细胞在刺激作用下的膜电位。极化：在静息电位状态下，质膜内为负值，外为正值的现象。去极化：由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消失。反极化：离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位的现象。超极化：离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。第三十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三三、膜泡运输膜泡运输完成大分子和颗粒性物质的跨膜运输，因质膜形成囊泡而得名，又称批量运输（bulktransport）。根据物质的运输方向分为：胞吞作用（endocytosis）胞吐作用（exocytosis）第三十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三（一）胞吞作用概念：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡），将外界物质裹进并输入细胞的过程。类型：胞饮作用（pinocytosis）吞噬作用（phagocytosis）第三十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三胞饮作用特点：胞吞物为液体和溶质；形成的胞吞泡小（直径小于150nm）；连续发生的过程；网格蛋白和结合素蛋白。有被小泡胞吞泡的形成：配体和受体结合网格蛋白聚集有被小窝去被的囊泡和胞内体融合第三十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三

第三十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第三十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三吞噬作用特点：胞吞物为大分子和颗粒物质；形成的胞吞泡大（直径大于250nm）；信号触发过程；微丝和结合蛋白。作用：防御侵染和垃圾清除工。第三十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第三十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三胞饮作用和吞噬作用的区别特征物质胞吞泡的大小转运方式胞吞泡形成机制胞饮作用溶液小于150nm连续的过程网格蛋白和接合素蛋白吞噬作用大颗粒大于250nm受体介导的信微丝和结合蛋白号触发过程第三十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三（二）受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用：配体和受体结合网格蛋白聚集有被小窝去被的囊泡和胞内体融合有被小泡胞内体是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞吞作用摄入的物质到溶酶体中被降解。溶酶体第四十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三

第四十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第四十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三不同类型受体的胞内体的分选途径（1）返回原来的质膜结构域，重新发挥受体的作用；（2）进入溶酶体中被消化掉，称为受体下行调节；（3）被运至质膜的不同结构域，称为跨细胞的转运。第四十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三（三）胞吐作用

第四十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第四十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第二节细胞通讯与信号传递1.细胞通讯与细胞识别2.细胞信号传递3.细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息第四十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三一、细胞通讯与细胞识别1.细胞通讯（cellcommunication）2.细胞识别（cellrecognition）第四十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三细胞通讯（cellcommunication）1.概念：细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞并产生相应的反应。2.细胞通讯方式：

①接触性依赖的通讯

②间隙连接实现代谢偶联或电偶联

③分泌化学信号进行通讯第四十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三

第四十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三内分泌（endocrine）：①低浓度；②全身性；③长时效。旁分泌（paracrine）：细胞分泌的信号分子通过扩散作用于邻近的细胞。包括各类细胞因子和气体信号分子。自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶细胞为同类或同一细胞，常见于癌变细胞。化学突触（chemicalsynapse）：神经递质由突触前膜释放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。

第五十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第五十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三1.概念：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子选择性地相互作用，进而导致胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。2.信号通路（signalingpathway）细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转导为胞内信号，最终调节特定基因的表达，引起细胞的应答反应的过程称为细胞信号通路。细胞识别（cellrecognition）第五十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三二、细胞信号传递1.细胞的信号分子和受体2.细胞内受体介导的信号传递3.细胞表面受体介导的信号传递4.细胞表面的整联蛋白介导的信号传递第五十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三（一）细胞的信号分子和受体类型：溶解性：亲脂性的信号分子亲水性的信号分子化学结构：短肽、蛋白质、气体分子等产生和作用方式：内分泌激素、神经递质、局部化学介导因子和气体分子特点：①特异性；②高效性。1.细胞的信号分子第五十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三受体（receptor）1.概念：受体是一种能够识别和选择性结合某种配体（信号分子）的大分子物质，多为糖蛋白，一般至少包括两个功能区域，与配体结合的区域和产生效应的区域。2.类型：细胞内受体（intracellularreceptor）

细胞表面受体（cellsurfacereceptor）3.钝化途径：①受体失活(receptorinactivation)。②受体隐蔽（receptorsequestration）③受体下行调节（receptordown-regulation）

第五十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三受体与配体间的作用具有三个主要特征：①特异性；②饱和性；③高度的亲和力。受体与配体（信号分子）间作用的主要特征①特异性；②饱和性；③高度的亲和力。④可逆性⑤生理反应

第五十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第二信使学说和分子开关1.第二信使学说（secondmessengertheory）：第一信使与受体作用后在细胞内最早产生的信号分子称为第二信使。由Sutherland于70年代提出，并因此而获得诺贝尔奖。第二信使有cAMP、cGMP、三磷酸肌醇、二酰基甘油等。2.分子开关：①磷酸化和去磷酸化②GTP和GDP的交替结合第五十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三蛋白激酶是一类磷酸转移酶，其作用是将

ATP的

γ磷酸基转移到底物特定的氨基酸残基上，使蛋白质磷酸化。蛋白激酶在信号转导中有两个方面的作用：一是通过磷酸化调节蛋白质的活性；二是通过蛋白质的逐级磷酸化，使信号逐级放大，引起细胞反应。蛋白激酶GTP结合蛋白（GTP-bindingregulatoryprotein）第五十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三（三）细胞内受体介导的信号传导1甾类激素介导的信号通路

2一氧化氮介导的信号通路第五十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第六十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三

第六十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第六十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第六十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三类固醇激素通过扩散穿过细胞质膜;激素分子与胞质溶胶中的受体结合;抑制蛋白与受体脱离，露出与DNA结合和激活基因转录的位点;被激活的复合物进入细胞核;与DNA增强子区结合;促进受激素调节的基因转录。

第六十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第六十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第六十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递

1.离子通道偶联的受体2.G蛋白偶联的受体3.与酶连接的受体第六十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三1.G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递三聚体GTP结合调节蛋白（trimericGTP-bindingregulatoryprotein）简称G蛋白。由α、β、γ三个亚基组成，α和γ亚基通过共价结合的脂肪酸链尾结合在膜上。G蛋白在信号转导过程中起着分子开关的作用，当α亚基与GDP结合时处于关闭状态，与GTP结合时处于开启状态。

第六十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三G蛋白耦联型受体为7次跨膜蛋白，受体胞外结构域识别胞外信号分子并与之结合，胞内结构域与G蛋白耦联。通过与G蛋白耦联，调节相关酶活性，在细胞内产生第二信使，从而将胞外信号跨膜传递到胞内。由G蛋白耦联受体所介导的细胞信号通路主要包括：①cAMP信号通路②磷脂酰肌醇信号通路

第六十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三cAMP信号通路1.概念：细胞外信号和相应的受体结合，导致胞内第二信使cAMP的水平变化而引起细胞反应的信号通路。2.组分及分析：①.

激活型激素受体（Rs）或抑制型激素受体（Ri）；②.

活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）；③.

腺苷酸环化酶（Adenylylcyclase）3.反应链：激素→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→腺苷酸环化酶→cAMP→cAMP依赖的蛋白激酶A→基因调控蛋白→基因转录

第七十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三磷脂酰肌醇信号通路1概念：胞外信号分子与细胞表面G蛋白偶联受体结合，激活质膜上的磷脂酶C(PLC)，使质膜上4，5－二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2)水解成1，4，5三磷酸肌醇（IP3)和DG两个信使，胞外信号转换为胞内信号。2.反应链：胞外信号分子→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→

→IP3→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应磷脂酶C(PLC)→→DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH

第七十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第七十二页，共九十七页，编辑于2023年，星期三主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质。

第七十三页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第七十四页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第七十五页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第七十六页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第七十七页，共九十七页，编辑于2023年，星期三跨膜12次的糖蛋白。在Mg2+或Mn2+的存在下，腺苷酸环化酶催化ATP生成cAMP第七十八页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第七十九页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第八十页，共九十七页，编辑于2023年，星期三第八十一页，共九十七页，编辑于2023年，星期三2.离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递特点：

受体/离子通道复合体，四次/六次跨膜蛋白

跨膜信号转导无需中间步骤

主