CHAPTER2

細胞的基本功能BASICFUNCTIONSOFCELLS液態鑲嵌模型FluidMosaicModel(Singer&Nicholson,1972)第一節:

細胞膜的結構和物質轉運功能LipidBilayer(一)脂質雙分子層膜脂質磷脂膽固醇

糖脂

70%<30%<10%磷脂酰膽堿>磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸>磷脂酰肌醇雙嗜性分子磷脂和膽固醇都是雙嗜性分子膽固醇親水端:磷脂分子的磷酸和堿基膽固醇分子中的羥基糖脂分子中的糖鏈疏水端:脂肪酸烴鏈彼此相對形成疏水區Membraneproteins整合蛋白表面蛋白(二)細胞膜的蛋白整合蛋白表面蛋白20%~30%70%~80%以靜電引力或形成離子鍵等方式附于膜表面1.整合蛋白肽鏈一次或反復多次穿越膜的脂質雙層雙嗜性親水性區段疏水性區段18~21Aa存在的跨膜a-螺旋的數目G蛋白耦聯受體包含7個疏水性片段載體、通道、離子泵都屬于整合蛋白Integralproteins

細胞膜上物質跨膜轉運功能有關的蛋白：載體、通道、離子泵都屬于整合蛋白

2%~10%(三)細胞膜的糖類寡糖和多糖鏈以共價鍵的形式與膜Pr和膜脂質結合參與細胞的多種生命活動，通常具有受體和抗原的功能（ABO血型系統的抗原由寡糖鏈決定），參與細胞識別、黏附、分化、老化、吞噬、自身免疫和細菌感染過程。

細胞膜的脂質雙分子層對各種物質的通透性

二.物質的跨膜轉運分為：被動轉運和主動轉運SimpleDiffusion(一)單純擴散概念:簡單的穿越質膜的物理擴散,沒有生物學轉運機制參與.擴散的擴散的方向和速度取決于該物質在膜兩側的濃度差膜對該物質的通透性O2CO2N2速度快水乙醇尿素速度略慢

3、特點:

①擴散速率高②無飽和性③不依靠特殊膜蛋白質的“幫助”④不需另外消耗能量⑤擴散量與濃度梯度、溫度和膜通透性呈正相關，用擴散通量（molormol數/min.cm2)表示。

1)概念:

一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物質,需特殊膜蛋白質的“幫助”下,順梯度進行擴散的方式.

①經通道的易化擴散②經載體的易化擴散（二）易化擴散(facilitateddiffusion)—膜蛋白介導2)分類:(1)經載體易化擴散概念：facilitateddiffusionviacarrier指水溶性小分子物質經載體介導順濃度梯度和(或)電位梯度進行的被動跨膜轉運.如:葡萄糖,氨基酸等載體轉運特征載體又稱轉運體:介導小分子物質跨膜轉運的膜蛋白特點:結構特異性:飽和現象:競爭性抑制:每種載體只能特異地轉運一種或幾種溶質轉運速度遠低于離子通道,并出現飽和現象兩種結構相似的的物質競爭同一載體(2)

經通道的易化擴散facilitateddiffusionViachannel小分子物質依靠膜上的通道蛋白，順濃度梯度的跨膜擴散。如:離子,水等離子通道通道特性(ionchannel)：指每種通道只允許一種或幾種離子通過.Na+K+Ca2+Cl-1.離子選擇性2.離子轉運速度快108~109個/秒3.門控特性通道的功能狀態受不同因素調控---“門控”通道分類:1、化學門控通道---由化學物質控制---如終板膜上通道

2、電壓門控通道---由膜電位控制-----如鈉通道

3、機械門控通道---由機械運動控制---如聽毛細胞2、特點：①需要耗能（能量由分解ATP來提供）②依靠特殊膜蛋白質（泵）的“幫助”③逆電-化學梯度進行3、分類：①原發性主動轉運

如:Na+-K+泵、H+-K+泵等②繼發性主動轉運

如：腸對葡萄糖重吸收(三)主動轉運(activetransport)1、概念：細胞通過耗能將物質逆電位或化學梯度的轉運過程。1.原發性主動轉運

Primaryactivetransport細胞外Na+濃度是細胞內的10倍細胞內k+的濃度是細胞外的30倍Na+,K+-ATP酶離子泵利用分解ATP產生的能量將離子逆濃度梯度和(或)電位梯度進行跨膜轉運的過程概念：每分解一個ATP可將3個Na+移出胞外,2個K+移入胞內鈉泵工作的原理維持[Na+]o高、[K+]i高原先的不均勻分布狀態2K+泵至細胞內;3Na+泵至細胞外分解ATP產生能量當[Na+]i↑/[K+]o↑激活a、造成細胞內高鉀環境：代謝反應所必需b、維持細胞內滲透壓和容積的相對穩定c、建立Na+的跨膜濃度梯度，為繼發性主動轉運提供勢能儲備d、是細胞生物電產生的前提條件e、鈉泵為生電性泵，增加膜內電位的負值

鈉-鉀泵的生理意義（作用）

維持膜兩側Na+、K+的不均衡分布Otherprimaryactivetransport其他原發性主動轉運分布：質膜、內質網或肌質網細胞內[Ca2+]/細胞外[Ca2+]=1/10,000質膜鈣泵:

每分解1分子ATP可將1個Ca2+轉運至胞外內質網或肌質網鈣泵：每分解1分子ATP可將2個Ca2+轉運至內質網或肌質網

質子泵

1.H+-K+-ATP酶分布于胃腺壁細胞膜腎小管潤細胞膜功能：分泌H+2.H+-ATP酶分布在各種細胞器膜上概念：驅動力并不直接來自ATP的分解，而是來自原發性主動轉運所形成的離子濃度梯度而進行的物質逆濃度梯度和（或）電位梯度的跨膜轉運（2）繼發性主動轉運SecondaryActiveTransport間接利用ATP主動轉運過程反向轉運同向轉運EndocytosisandExocytosis（三）入胞和出胞出胞：是指胞質內的大分子物質以分泌囊泡的形式排出細胞的過程。入胞：是指大分子物質或物質團塊借助于細胞膜形成吞噬泡或吞飲泡的方式進入細胞的過程。分泌物排出融合處出現裂口囊泡向質膜內側移動高爾基復合體修飾粗面內質網核糖體合成分泌物囊泡膜與質膜的某點接觸并融合囊泡的膜成為細胞膜的組成部分出胞：Twopathwaysofexocytosis

囊泡所包含的物質不間斷地排出細胞

---是細胞本身固有的活動受到誘導時才排出細胞，是一種調節性出胞出胞的兩種形式入胞細胞膜上的受體對物質的“辨認”發生特異性結合=復合物復合物向膜表面的“有被小窩”移動“有被小窩”處的膜凹陷凹陷膜與細胞膜斷離=吞噬泡吞噬泡與胞內體的膜性結構相融合吞噬

吞飲液相入胞受體介導入胞第二節細胞的信號轉導

配體：能與受體發生特異性結合的活性物質

一類是以疏水性的類固醇激素為代表一類是屬于親水性分子的信號分子根據膜受體的結構和功能特性，跨膜信號轉導的路徑可分為：3.離子通道型受體介導的信號轉導1.G蛋白耦聯受體信號轉導2.酶聯型受體介導的信號轉導涉及的信號蛋白：G蛋白耦聯受體本身、G蛋白、

G蛋白效應器、第二信使和蛋白激酶SecondmessengerGproteineffectorProteinkinase

二、G蛋白耦聯受體介導的信號轉導1.G蛋白耦聯受體分布:所有的真核細胞,細胞膜上最大的受體分子超家族配體:種類多,去甲腎上腺素、多巴胺、等生物胺，緩激肽、促甲狀腺激素、等多肽和蛋白類激素乙酰膽堿、光子、嗅質和味質等。分子結構特點：7次跨膜受體，胞外側有配體結合位點胞內側有G蛋白結合位點，可發生構象變化2.G蛋白:鳥苷酸結合蛋白是，是耦聯膜受體和下游效應器的膜蛋白。分布：質膜的胞質面

GTP活性狀態GDP失活狀態分布：質膜的胞質面分子組成：由ɑ、β、γ三個亞單位構成的三聚體分類：根據ɑ亞單位基因序列的同源性可將G蛋白分為：

Gs、Gi、Gq和G12家族，共20多種亞型特征：具有結合GTP和GDP的能力，具有GTP酶活性在信號轉導中的作用：起著分子開關的作用分子構象：結合GDP的失活態和結合GTP的激活態2.G蛋白:鳥苷酸結合蛋白，是耦聯膜受體和下游效應器的膜蛋白。3.G蛋白效應器實質：酶和離子通道分類：腺苷酸環化酶（AC）磷脂酶C（PLC）磷酸酶A2（PLA2）磷酸二酯酶（PDE）作用：催化生成或分解第二信使物質，將信號轉導至細胞內4.第二信使：概念：由第一信使作用于細胞膜后產生的細胞內信號分子產生:通常是由效應器酶作用于胞內底物產生的小分子物質作用:通過激活蛋白激酶或離子通道等方式產生以靶蛋白構象變化為基礎的級聯反應和細胞功能改變.種類:環磷酸苷(cAMP)三磷酸肌醇(IP3)

二酰甘油(DG)環磷酸鳥苷(cGMP)Ca2+

GTP激活的腺苷酸環化酶G蛋白關聯受體信號分子激活的G蛋白

亞基

亞基胞外區細胞質溶質cAMPATP1.受體-G蛋白-AC途徑G蛋白:Gs家族和Gi家族激活腺苷酸環化酶AC

ATPcAMP抑制一、主要的G蛋白耦聯受體信號轉導途徑激活蛋白激酶A(PKA)底物蛋白磷酸化,發揮生物學效應肝Cell內,PKA激活磷酸化酶激酶促使肝糖原分解.在心肌細胞,PKA使鈣通道磷酸化增加細胞膜上有效鈣通道的數量可增強心肌收縮力.胃黏膜壁細胞,PKA的激活可促進胃酸分泌.在海馬錐體細胞,PKA則可抑制Ca2+激活的鉀通道,使細胞去極化,延長其放電反應.2.受體-G蛋白-DG/pkc途徑G蛋白:Gi家族或Gq家族磷脂酶C(PLC)二磷酸磷脂酰肌醇

(PIP2)激活三磷酸肌醇(IP3)二酰甘油(DG)3.受體-G蛋白-IP3/Ca2+系統三磷酸肌醇(IP3)IP3受體內質網或肌質網化學門控的鈣釋放通道Ca2+濃度升高CaBPCa2+CaM多種生物效應4.受體-G蛋白-

離子通道途徑二、酶聯型受體介導的信號轉導

結構：受體類型：受體與酶是同一蛋白分子

鳥苷酸環化酶受體酪氨酸激酶受體酪氨酸激酶結合型受體1.酪氨酸激酶和酪氨酸激酶結合型受體

酪氨酸激酶受體只有一個跨膜a-螺旋,膜外側有配體結合位點,胞質側具有酪氨酸激酶的結構域

----酪氨酸激酶受體有些酪氨酸激酶受體本身無酪氨酸激酶的結構域,但可直接與胞質中的酪氨酸激酶結合并使其激活----酪氨酸激酶結合型受體配體:各種生長因子---表皮生長因子、肝細胞生長因子、胰島素等配體：由巨噬細胞和淋巴細胞產生的各種細胞因子和一些肽類激素，如干擾素、白細胞介素、生長激素、促紅細胞生成素等SolubleGC鳥苷酸環化酶受體只有一個跨膜ɑ-螺旋