第一节细胞膜的结构与功能

第一节细胞膜的结构与功能一.细胞膜的结构双层脂质分子：磷脂70%，胆固醇低于30%，少量鞘脂类；磷脂酰肌醇分布在靠胞浆侧，参与信息传递蛋白质：表面Pr；结合Pr（整合Pr）20-30个疏水性AA，组成一个段落，形成α螺旋糖类：特异性的标志，作为抗原决定簇、受体识别部分起到细胞膜上的蛋白质1.通道（channel）转运带电离子，数量多，与细胞调控复杂而精密有关通道分类：1）化学门控通道(chemically-gatedchannel)2α、β、γ、δ5╳4α螺旋(第二个α螺旋是通道内壁)，α亚单位是受体；2）电压门控通道(voltage-gatedchannel)α、β1、β2α为4个结构域，4×6α螺旋（第四个α螺旋接受电信号，2、3为内壁）3）机械门控通道(mechanically-gatedchannel)内耳毛细胞4）细胞间通道(intercellularchannel)6个亚单位，H+、Ca2+调控2.载体（carrier）高度特异性饱和性竞争性抑制3.细胞表面受体的种类与结构1）离子通道型受体：多亚基组成受体/离子通道复合体nAchR；GluR；AspR；GlyR；GABAAR；5-HT3R；ATPRα2βγδ五聚体，其中GABAAR为αβγδε五聚体，为Cl-通道3）具有酶活性受体（酶联受体）酪氨酸激酶受体(PTK)PDGF、EGF、胰岛素、NGF统称为生长因子型神经肽受体丝/苏氨酸激酶受体与鸟苷酸环化酶（Guanylycyclases,GC）偶联的受体跨膜转运(transmembranetransport)：体内各种物质经过细胞膜进出细胞的过程。1.被动转运(passivetransport)1)单纯扩散（simplediffusion）脂溶性物质由高→低浓度侧的净移动。扩散：通量(flux),摩尔/cm2·秒浓度差膜通透性(脂溶性,分子量,带电状况)单纯扩散物质：O2、CO2、乙醇、尿素、少量激素、水(还可通过水通道waterchannel，即水孔蛋白aquaprin来跨膜转运)2)易化扩散（facilitateddiffusion）非脂溶性物质借助细胞膜蛋白质(通道、载体)帮助顺电化学梯度的跨膜转运载体介导（carriermediated）载体蛋白上有结合位点→载体蛋白变构，运到另一侧→低浓度侧分离,氨基酸、葡萄糖特点：①高度结构特异性②饱和现象③竞争性抑制•通道介导（channelmediated）转运带电离子，数量多，这与细胞功能调控复杂而精密有关通透性：物质通过膜的难易程度取决于通道是否开放及开放的程度及数量取决于膜两侧的浓度差或电位差通道是否开放：①电压/化学/机械变化；②时间功能：不是转运代谢物，而是离子流动引起电位变化，将外来信号转变为细胞自身信号——电变化2.主动转运(activetransport)细胞膜通过本身某种耗能过程，借助细胞膜某些蛋白质的帮助，将非脂溶性物质分子或离子逆电化学梯度差进行的转运。根据转运能量是否直接来源于ATP的不同分为：原发和继发两种主动转运形式。1)原发性主动转运(primaryactivetransport)Na-K泵：、亚单位组成的四聚体Pr，亚单位转运Na+、K+，分解ATP。其它泵H+泵(H+-ATP酶，H+-K+-ATP酶)：分布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分泌有关Ca2+泵(Ca2+-ATP酶)：主要分布于骨骼肌与心肌细胞内部的肌质网上，与肌肉收缩有关2)继发性主动转运(secondaryactivetransport)：联合转运(cotransport)转运体（transporter）：膜中特殊蛋白质Gs与Na+转运：Gs转运所需的能量不直接来自ATP，而来自Na+的高势能——小肠吸收葡萄糖、氨基酸，单胺递质重摄取，甲状腺细胞聚碘等均属于此3.出胞与入胞或转运大分子物质团块出胞(exozytose)：囊泡与质膜融合；入胞(endozytose)：接触，质膜形成内陷三种入胞方式:吞噬作用胞饮作用受体介导式入胞胆固醇运铁蛋白，VitB12运输Pr部分多肽类一.细胞信号转导概述(一)概念不同形式的外界信号作用于细胞时，通常并不进入细胞或直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面，通过引起膜结构中的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形式传递到膜内，再引发被作用细胞相应的功能改变，包括细胞出现电反应或其它功能改变。(二)细胞跨膜转导的类型虽然跨膜信号转导涉及多种刺激信号，在多种细胞引发多种功能变化，但转导途径是有限的。根据感受和传导过程分根据受体存在的部位分1.根据感受和传导过程分为1)具有特异感受结构的通道Pr完成的跨膜信号转导化学门控通道：感受化学信号，引起通道变化电压门控通道：感受电压信号，引起通道变化机械门控通道：感受机械信号，引起通道变化2)R-G-效应器酶组成的跨膜信号转导3)酶偶联受体（TKR、GC）完成的跨膜信号转导系统2.根据受体存在的部位分为1)细胞内受体介导：GC-R，类固醇激素，甲状腺素2)细胞膜受体介导离子通道受体G-蛋白偶联受体酶偶联受体二.跨膜信号转导的途径与机制(一)离子通道受体介导的跨膜信号转导nAch-R，GABA-R，Glu-R，Gly-R，Asp-R，5-HR-R如，神经-肌肉接头传递(二)G-蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导1.G-蛋白偶联受体单肽链，7个疏水区形成7个螺旋，II区与配体结合，V、VI之间的环状结构及膜内C端肽与G结合2.G蛋白：是一个家族，Gs、Gi/Go、Gt、Gq、Gg等基本结构：100KD，、、三个亚基，主要是，既是GTP结合点，又是GTP酶。过去认为起锚钉作用，仅对亚基功能起调节作用，现在发现也可激活胞内靶分子。除调节AC、PLC、离子通道，对亚基起协调拮抗作用外，还可参与激活TKR转导系统。有些细胞毒素可修饰亚基，改变生理特性。4.作用途径配体是多种多样的，配体与受体是特异的，G蛋白也有多种，最后的效果是看影响哪种效应器酶（AC，PLC），产生哪种第二信使（cAMP、IP3、DAG），激活哪种PK（PKA、CaMII、PKC、PKG）主要的信号途径cAMP–PKApathway/cGMP–PKGpathwayIP3-Ca2+pathway/DAG-PKCpathwayG直接激活K＋通道，调节心率(三)酶偶联受体介导的跨膜信号转导1.酪氨酸激酶受体（Tyrosinekinasereceptor，TKR）2.鸟苷环化酶受体(Receptorguanylylcyclase)钠尿激肽（natriureticpeptide）受体属跨膜性受体na-p→GC→cGMP→PKG↑→K+通道磷酸化激活，K+外流NO受体属于胞内可溶性受体：NO→GC→cGMP↑例：舒血管物质（乙酰胆碱、缓激肽）→血管内皮细胞Ca2+内流→Ca-CaM→激活NOS→Arg-NO↑→NO穿过内皮细胞到平滑肌细胞→cGMP↑→血管平滑肌舒张第二信使有：cAMP/cGMP/IP3/DG/Ca2+PK有：PKA/PKG/CaMPK/PKC/Ca2+-PK(四)原癌基因（proto-oncogen）与跨膜信号转导第二信使→PK→激活原癌基因→第三信使→目的基因原癌基因是广泛存在于细胞基因组内的高度保守的基因，有数百种。它在细胞的正常生长、分化，作为核内信使参与细胞内信号传递，在生命活动中起着极为重要的作用。当原癌基因的结构或调控区发生变异，基因产物增多或活性增强时，使细胞过度增殖，从而形成肿瘤。跨膜信号传递的Pr、受体、G、PK、生长因子、营养因子都是原癌基因编码和表达的产物。各种细胞外信息要激活核内基因表达，首先激活原癌基因→表达产物（作为第三信使）→激活特定靶基因表达由第二信使诱导的原癌基因称为即刻早期基因(immediate-earlygenes，IEG），这类基因对外界信号物质（递质、激素、冲动）在数分钟内作出快速表达反应。原癌基因产物有多种功能，只有核内磷酸化了的Pr.才能发挥第三信使的作用，将短暂信号转为长时程反应4.同一信号，不同部位传递途径不同Ach→N/M-R：离子通道受体/G-受体Ach→心肌M-R：R-G-酶作用与同一受体，效应器酶不同，第二信使不同Ach→M-R：a：以cAMP为第二信使b：以IP3、DG为第二信使四、细胞信号转导的基本特征多途径、多层次的细胞信号转导途径具有会聚和发散的特点各种受体识别各自配体，会聚后激活一个共同的效应酶(会聚)同一配体，激活不同的效应酶，导致多样化细胞应答(发散)细胞信号转导即具有专一性，又有作用机制的相似性受体与配体结合专一性多配体，只有少数几个第二信使介导，表现出相似性信号放大与适度调控，启动与终止并存微量配体产生巨大效应受体数量上升/下降；磷酸化/去磷酸化，G结合GTP/GDP，信使产生/下降细胞对长时间信号刺激产生适应受体数目下降受体－配体亲和力下降，受体对配体敏感性下降——受体脱敏/钝化受体下游信号蛋白变化，通路受阻各信号转导途径相互作用，形成网络系统（signalnetworksystem）通道：Ca2+-CaM-PKG、第二信使、PK也可作用于通道细胞通讯（总结）细胞通讯：细胞之间的信号传递；跨膜信号转导细胞之间的信号传递以神经-肌肉接头为例细胞跨膜信号转导离子通道受体G蛋白耦联受体酶联受体：PTK（receptorTyrosinekinase）GC作业题如何理解稳态及其维持是生理学及生命活动的基本原则通道和受体的类型及其特点跨膜信号转导的类型、途径与特征及其在生命活动中的意义