1、醫醫學學細細胞胞生生物物學學第一章第一章 第三章第三章 第四章第四章 第五章第五章 第六章第六章 第七章第七章 第十章第十章第十一章第十一章第十二章第十二章第十三章第十三章第十四章第十四章細胞的概論細胞的概論細胞膜與物質運輸細胞膜與物質運輸細胞內膜系統細胞內膜系統線粒體線粒體細胞骨架細胞骨架細胞核細胞核細胞信號轉導細胞信號轉導細胞增殖與細胞周期細胞增殖與細胞周期細胞分化細胞分化干細胞干細胞細胞衰老與死亡細胞衰老與死亡第三章第三章 細胞膜與物質運輸細胞膜與物質運輸基本概念基本概念細胞膜的化學成分細胞膜的化學成分細胞膜的分子結構模型細胞膜的分子結構模型細胞膜的生物學特性細胞膜的生物學特性細胞膜的功

2、能細胞膜的功能基本概念基本概念生物膜生物膜內膜內膜細胞的內膜系統細胞的內膜系統細胞膜（質膜）細胞膜（質膜）內膜內膜細胞質內的所有的膜結構細胞質內的所有的膜結構除線粒體膜以外的細胞質內除線粒體膜以外的細胞質內的所有的膜結構的所有的膜結構組成細胞膜的基本化學成分組成細胞膜的基本化學成分膜膜 脂脂膜蛋白膜蛋白膜膜 糖糖約占約占50%50%約占約占4040 50%50%約占約占1 1 10%10%膜的類型膜的類型49 49 44 44 54 54 18 18 76 76 70 70 43 43 52 52 42427979242430 30 8 84 44 43 30 00 0人紅細胞人紅細胞小鼠肝細

3、胞小鼠肝細胞變形蟲質膜變形蟲質膜髓鞘髓鞘線粒體內膜線粒體內膜菠菜葉綠體片層膜菠菜葉綠體片層膜 蛋白質蛋白質脂類脂類糖類糖類膽固醇膽固醇cholesterolcholesterol磷磷phospholipidphospholipid：生物膜的主要成份生物膜的主要成份脂脂糖糖脂脂glycolipidglycolipid膜脂質膜脂質脂脂 肪肪 酸酸脂脂 肪肪 酸酸極性頭部基團極性頭部基團（親水）（親水）非極性尾部基團非極性尾部基團（疏水）（疏水）甘油甘油磷 酸膽堿膽堿磷磷脂脂磷脂分子磷脂分子膽固醇分子膽固醇分子親水頭部親水頭部疏水尾部疏水尾部降低膜脂分子的活動度降低膜脂分子的活動度加強膜的穩定性加強

4、膜的穩定性限制小分子物質穿膜的量限制小分子物質穿膜的量膽固醇膽固醇糖糖脂脂親水頭部親水頭部疏水尾部疏水尾部可能作為細胞表面受體，與細可能作為細胞表面受體，與細胞識別、黏附、信號轉導有關胞識別、黏附、信號轉導有關、整合蛋白；整合蛋白；、脂錨定蛋白；脂錨定蛋白；、外周蛋白外周蛋白內嵌蛋白內嵌蛋白（整合蛋白，包含跨膜蛋白）：共價鍵（整合蛋白，包含跨膜蛋白）：共價鍵外周蛋白外周蛋白（附著蛋白）（附著蛋白）: :非共價鍵和離子鍵、膜內外側非共價鍵和離子鍵、膜內外側脂錨定蛋白脂錨定蛋白（脂連接蛋白）：共價鍵、（脂連接蛋白）：共價鍵、膜內外側膜內外側膜蛋白膜蛋白膜蛋白穿膜方式（膜蛋白穿膜方式（跨膜蛋白跨膜蛋

5、白）脂質雙層脂質雙層非胞質面非胞質面胞質面胞質面胞質面胞質面單次跨膜單次跨膜多次跨膜多次跨膜多亞基跨膜多亞基跨膜膜蛋白功能膜蛋白功能參與物質運輸參與物質運輸作為細胞外信號受體作為細胞外信號受體黏附作用黏附作用酶催化作用酶催化作用膜糖分子的存在形式膜糖分子的存在形式主要分布主要分布膜糖膜糖糖脂糖脂 （寡聚糖）（寡聚糖）糖蛋白（寡聚糖）糖蛋白（寡聚糖）蛋白聚糖（多聚糖）蛋白聚糖（多聚糖）細胞被細胞被在質膜的外表面在質膜的外表面細細胞器膜的內側面上（位于腔面）胞器膜的內側面上（位于腔面） 膜糖的功能膜糖的功能保護和滑潤細胞保護和滑潤細胞功能：功能：細胞間的識別和粘附細胞間的識別和粘附炎癥反應中，有清

6、除細菌的作用炎癥反應中，有清除細菌的作用幫助新合成的蛋白進行運輸和定位幫助新合成的蛋白進行運輸和定位 膜抗原的分子基礎膜抗原的分子基礎三種化學成分如何組裝細胞膜三種化學成分如何組裝細胞膜?細胞膜學說的紛爭細胞膜學說的紛爭單位膜模型單位膜模型 19591959流動鑲嵌模型流動鑲嵌模型19721972晶格鑲嵌模型晶格鑲嵌模型19751975板塊鑲嵌模型板塊鑲嵌模型19771977片層結構模型片層結構模型 19351935脂筏模型脂筏模型 19881988片層結構模型片層結構模型“三明治三明治”“兩暗一明兩暗一明”單位膜模型單位膜模型脂類分子脂類分子蛋白質蛋白質蛋白質蛋白質脂類分子脂類分子糖蛋白糖蛋

7、白蛋白質蛋白質物理方法測定物理方法測定細胞表面張力細胞表面張力超薄切片超薄切片電鏡觀察電鏡觀察單位膜模型（兩暗一明）單位膜模型（兩暗一明）（紅細胞細胞膜（紅細胞細胞膜 280,000 280,000 ）細胞膜細胞膜細胞質細胞質 細胞內細胞內脂雙層脂雙層膜蛋白膜蛋白細胞衣細胞衣流動鑲嵌模型流動鑲嵌模型（19721972年）年）膜脂膜脂構成了生物膜的結構骨架構成了生物膜的結構骨架膜蛋白膜蛋白以多種方式與脂雙分子層結合以多種方式與脂雙分子層結合膜糖膜糖覆蓋細胞膜表面覆蓋細胞膜表面脂分子、蛋白質分子是流動的脂分子、蛋白質分子是流動的優點：優點：缺點缺點: :強調了膜的流動強調了膜的流動性和不對稱性性和

8、不對稱性忽略了膜的整忽略了膜的整體性和穩定性體性和穩定性晶格鑲嵌模型晶格鑲嵌模型19751975沃利奇（沃利奇（WallachWallach）觀點觀點: : 脂質是可逆地進行從無序到有序脂質是可逆地進行從無序到有序晶格晶格液態液態板塊鑲嵌模型板塊鑲嵌模型19771977JainJain和和WhiteWhite 觀點：觀點：在流動的類脂雙分在流動的類脂雙分子層中存在許多大子層中存在許多大小不同、剛度較大小不同、剛度較大的、彼此獨立移動的、彼此獨立移動的類脂板塊的類脂板塊( (有序有序結構板塊結構板塊) )液晶態液晶態（無序（無序結構板結構板塊）塊）晶態晶態（有序（有序結構板結構板塊）塊）脂筏模型

9、脂筏模型19881988SimonSimon 觀點：觀點：細胞質膜中具有富含膽固醇和鞘脂的微結構域，細胞質膜中具有富含膽固醇和鞘脂的微結構域，介于無序液體和液晶之間，稱為有序脂相介于無序液體和液晶之間，稱為有序脂相非筏區非筏區脂筏區脂筏區脂筏區膜蛋白脂筏區膜蛋白非筏區膜蛋白非筏區膜蛋白糖基化修飾糖基化修飾錨定蛋白錨定蛋白膽固醇膽固醇糖脂糖脂功能功能參與信號轉導（通道）參與信號轉導（通道）參與細胞蛋白質轉運參與細胞蛋白質轉運膽固醇代謝運輸等膽固醇代謝運輸等脂筏區比非筏區流動性小脂筏區比非筏區流動性小結構特點結構特點動態結構動態結構脂筏區比非筏區高約脂筏區比非筏區高約0.40.41nm1nm左右左

10、右細胞膜有何特征？細胞膜有何特征？有選擇性的、半透性的膜有選擇性的、半透性的膜不對稱性不對稱性流動性流動性膜的分子結構膜的分子結構膜的組成特性膜的組成特性不對稱性不對稱性 脂質雙分子層、糖分子和膜蛋白脂質雙分子層、糖分子和膜蛋白決定了膜功能的方向性決定了膜功能的方向性膜脂的流動性膜脂的流動性側向擴散側向擴散旋轉旋轉擺動擺動翻轉翻轉 膜蛋白的流動性膜蛋白的流動性膜功能活動的保證膜功能活動的保證細胞膜的功能細胞膜的功能維持細胞內環境的相對穩定維持細胞內環境的相對穩定物質運輸物質運輸細胞免疫細胞免疫細胞識別細胞識別信息傳遞信息傳遞代謝調控代謝調控能量轉換能量轉換細胞膜如何完成運輸物質的功能？細胞膜如

11、何完成運輸物質的功能？物質分子的大小物質分子的大小穿膜運輸穿膜運輸膜泡運輸膜泡運輸運輸方式運輸方式穿膜運輸穿膜運輸膜泡運輸膜泡運輸孔門運輸孔門運輸小分子物質和離子小分子物質和離子細胞膜內外，各細胞器之間細胞膜內外，各細胞器之間大分子物質和顆粒物大分子物質和顆粒物細胞核內外細胞核內外 細胞質基質細胞質基質 細胞核細胞核 線粒體線粒體 過氧化物酶體過氧化物酶體 內質網內質網 高爾基體高爾基體 晚期內體晚期內體 溶酶體溶酶體 早期內體早期內體 分泌小泡分泌小泡 細胞外細胞外孔門運輸孔門運輸穿膜運輸穿膜運輸膜泡運輸膜泡運輸穿膜運輸穿膜運輸小分子物質和離子小分子物質和離子膜泡運輸膜泡運輸大分子物質和顆粒

12、物大分子物質和顆粒物孔門運輸孔門運輸大分子物質和顆粒物大分子物質和顆粒物小分子物質和離子的小分子物質和離子的穿膜運輸穿膜運輸物質運輸的條件、動力物質運輸的條件、動力細胞膜具選擇細胞膜具選擇通透性通透性膜兩側的膜兩側的濃度差、電位差濃度差、電位差膜膜K+ Cl KClKCl0.1M0.1MKClKCl0.01M0.01M膜膜KClKCl0.1M0.1MKClKCl0.01M0.01M不會出現電位差不會出現電位差+ + + + +K+ 出現電位差出現電位差+ + +膜膜KClKCl0.1M0.1MKClKCl0.01M0.01MNaClNaCl0.01M0.01MNaClNaCl0.1M0.1M+

13、 + + Na+ K+ 離子運輸決定于離子運輸決定于不同離子的相對不同離子的相對通透性通透性被動運輸被動運輸主動運輸主動運輸穿膜運輸穿膜運輸特特點點 順濃度梯度順濃度梯度被動運輸被動運輸 不耗能不耗能 有時需載體有時需載體 逆濃度梯度逆濃度梯度主動運輸主動運輸 消耗能量消耗能量 需要載體需要載體簡單擴散（被動擴散）簡單擴散（被動擴散）協助擴散（促進擴散）協助擴散（促進擴散）簡單擴散（持續開放）簡單擴散（持續開放）協助擴散協助擴散（持續、瞬間開放）（持續、瞬間開放） 轉轉運運蛋蛋白白 通道蛋白通道蛋白載體蛋白載體蛋白 順濃度梯度順濃度梯度 不耗能不耗能 不需載體不需載體 順濃度梯度順濃度梯度 不

14、耗能不耗能 需載體（轉運蛋白）需載體（轉運蛋白） 水通道蛋白（水通道蛋白（20032003年諾貝爾化學獎）年諾貝爾化學獎）與特定溶質結合，與特定溶質結合，載體蛋白自身載體蛋白自身構象變化，構象變化，使溶質穿膜運輸。如葡萄糖、氨基酸等使溶質穿膜運輸。如葡萄糖、氨基酸等通道蛋白構象變化，形成通道蛋白構象變化，形成通道通道，溶質穿過通道溶質穿過通道如如NaNa+ +、K K+ + 、H H2 2O O等。高度選擇性，速度快等。高度選擇性，速度快被動運輸被動運輸高濃度高濃度低濃度低濃度簡單擴散簡單擴散 free diffusion 順濃度梯度順濃度梯度 不耗能不耗能 不需載體不需載體高濃度高濃度低濃度

15、低濃度葡萄糖分子葡萄糖分子載體蛋白載體蛋白通道蛋白通道蛋白配體配體與待運輸分子結與待運輸分子結合自身構象變化合自身構象變化自身構象改自身構象改變形成通道變形成通道Na+ +有選擇性的運輸有選擇性的運輸 物質運輸的方向物質運輸的方向通通蛋蛋白白道道+ 通通蛋蛋白白道道+ 通通蛋蛋白白道道電位差：細胞膜內外的電勢差稱膜電位電位差：細胞膜內外的電勢差稱膜電位濃度差：膜兩側分子、離子的濃度差別濃度差：膜兩側分子、離子的濃度差別通常哺乳動物胞內帶負電，胞外帶正電通常哺乳動物胞內帶負電，胞外帶正電無膜電位，依據無膜電位，依據離子濃度差運輸離子濃度差運輸+有膜電位和濃度差，依據有膜電位和濃度差，依據二者合力

16、二者合力- - 電化學梯度電化學梯度主動運輸主動運輸逆濃度梯度逆濃度梯度 消耗能量消耗能量 需要載體需要載體特點特點能量來源能量來源ATPADP + Pi光光耦聯運輸耦聯運輸勢能勢能ATPATP泵泵光能泵光能泵Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+小小亞亞基基大亞基大亞基大亞基大亞基ATPADP+Pi鉀濃度鉀濃度 內是外的內是外的3030倍倍鈉濃度鈉濃度 外是內的外是內的1313倍倍 小小亞亞基基大亞基大亞基大亞基大亞基小小亞亞基基大亞基大亞基大亞基大亞基Pi鉀結合部位鉀結合部位Na+

17、Na+Na+Na+K+Mg+PiPiK+K+K+小小亞亞基基大亞基大亞基大亞基大亞基小小亞亞基基大亞基大亞基大亞基大亞基 離子泵（直接離子泵（直接利用利用ATPATP能量）能量） NaNa+ + - K- K+ +泵泵鈉結合部位鈉結合部位細胞內細胞內小腸腔小腸腔NaNa+ +-H-H+ +交交換載體換載體NaNa+ +/G/G運運輸蛋白輸蛋白 協同運輸（間接利用協同運輸（間接利用ATPATP能量）能量）一物質被動運輸時產生的勢能推動另一物質進行主動運輸一物質被動運輸時產生的勢能推動另一物質進行主動運輸共運輸共運輸對向運輸對向運輸葡萄糖葡萄糖H+Na+Na+被動被動運輸運輸主動主動運輸運輸運輸方

18、式：運輸方式：形成膜泡形成膜泡運輸的物質運輸的物質: : 蛋白質、脂類、多糖、細胞等蛋白質、脂類、多糖、細胞等不依賴于膜轉運蛋白不依賴于膜轉運蛋白借助于獨立的膜性小泡借助于獨立的膜性小泡各細胞器之間完成運輸各細胞器之間完成運輸運輸特點運輸特點大分子物質和顆粒物質的大分子物質和顆粒物質的膜泡運輸膜泡運輸細胞與外環境間完成運輸細胞與外環境間完成運輸胞吞胞吞胞吐胞吐單向單向雙相雙相運輸過程：運輸過程：大分子物質和顆粒物質的大分子物質和顆粒物質的膜泡運輸膜泡運輸囊泡囊泡囊泡的膜：囊泡的膜：來自于質膜、細胞器的膜來自于質膜、細胞器的膜囊泡里的內容物：囊泡里的內容物：來自于細胞器、細胞質、細胞外來自于細胞

19、器、細胞質、細胞外囊泡囊泡囊泡內容物囊泡內容物囊泡內囊泡內容物容物核核胞吐胞吐分泌性蛋白以運輸囊分泌性蛋白以運輸囊泡的形式從泡的形式從內質網內質網出出發，經發，經高爾基體高爾基體最后最后與與細胞膜細胞膜融合，初步融合，初步完成出胞過程完成出胞過程物質出胞的一種運輸物質出胞的一種運輸酶、激素、未分解的物質酶、激素、未分解的物質細胞與外環境間完成運輸細胞與外環境間完成運輸運輸運輸途徑途徑蛋白被持續不斷地分泌到胞外，不受調節蛋白被持續不斷地分泌到胞外，不受調節固有性胞吐途徑（連續性分泌）固有性胞吐途徑（連續性分泌）如：糖蛋白、免疫球蛋白、膜蛋白、駐留蛋白等如：糖蛋白、免疫球蛋白、膜蛋白、駐留蛋白等分

20、泌物高度濃縮暫時儲存在分泌泡中，遇分泌物高度濃縮暫時儲存在分泌泡中，遇到細胞外信號的刺激時大量釋放到胞外到細胞外信號的刺激時大量釋放到胞外（分泌量大）（分泌量大）調節性胞吐途徑（特性化細胞）調節性胞吐途徑（特性化細胞）如：如：消化酶、胰島素、乳汁蛋白、酶、神經遞質消化酶、胰島素、乳汁蛋白、酶、神經遞質等等胞吞胞吞吞噬作用吞噬作用 少數特化細胞具有此作用少數特化細胞具有此作用胞飲作用胞飲作用 所有真核細胞具有此作用所有真核細胞具有此作用吞噬液態和小分子物質吞噬液態和小分子物質吞噬微生物、細胞碎片、衰老細胞、死細胞等吞噬微生物、細胞碎片、衰老細胞、死細胞等如：巨噬細胞、白細胞等如：巨噬細胞、白細胞

21、等受體介導的胞吞作用受體介導的胞吞作用 細胞膜上特化的區域具細胞膜上特化的區域具有此作用有此作用借助膜上的受體完成物質運輸，具特異性借助膜上的受體完成物質運輸，具特異性進入細胞途徑進入細胞途徑分轉分轉溶酶體消化溶酶體消化吞噬作用吞噬作用胞飲作用胞飲作用吞噬液態和小分子物質吞噬液態和小分子物質所有真核細胞具有此作用所有真核細胞具有此作用吞噬較大固體物質吞噬較大固體物質少數特化細胞具有此作用少數特化細胞具有此作用細胞質細胞質LDLLDL顆粒顆粒LDLLDL受體受體有被小窩有被小窩有被小泡有被小泡無被小泡無被小泡胞內體胞內體受體與大分子顆粒分開受體與大分子顆粒分開胞內體部分胞內體部分胞內體部分胞內體

22、部分 初級溶酶體初級溶酶體吞吞噬噬溶溶酶酶體體受體再循環受體再循環受體介導的受體介導的胞吞作用胞吞作用胞吞胞吞進入細胞途徑進入細胞途徑吞噬作用吞噬作用胞飲作用胞飲作用受體介導的胞吞作用受體介導的胞吞作用分轉分轉內吞小泡內吞小泡內體內體由細胞內陷由細胞內陷形成的膜性形成的膜性管道和囊泡管道和囊泡組成，為運組成，為運輸胞吞物質輸胞吞物質的的中轉站中轉站pH56早期內體（質膜內側）早期內體（質膜內側）晚期內體（核附近）晚期內體（核附近）去向去向1 1受體返回細胞膜受體返回細胞膜去向去向2 2去向去向3 3暫時儲存在細暫時儲存在細胞內，之后直胞內，之后直接分泌出細胞接分泌出細胞溶酶體消化溶酶體消化運輸至溶酶體運輸至溶酶體吞噬作用吞噬作用胞飲作用胞飲作用受體介受體介導的胞導的胞吞作用吞作用溶溶酶酶體體溶酶體消化溶酶體消化與內體與內體結合結合pH56第三章第三章 細胞膜與物質運