第二章细胞膜动力学和跨膜信号通讯(课件)

1第二章细胞膜动力学和跨膜信号通讯2第一节细胞膜超微结构及物质跨膜转运一、生物膜的分子结构及组成－－液态镶嵌模型以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和不同生理功能的球形蛋白质。（SingerandNicholson，1972）屏障物质交换反应及信号传递单位膜：流动性，不对称性，主动选择性341.脂质(磷脂)：头（极性，亲水）尾（脂肪酸，非极性，疏水）2.蛋白质：表面蛋白，整合蛋白转运蛋白（膜通道，载体和离子泵）受体蛋白，酶等3.糖类：糖蛋白，糖脂，被细胞外化学物质识别并特异性结合，发挥作用。56头：甘油+磷酸基团+碱基尾：两条脂肪酸(烃链)—通过两羟基与甘油连磷酸甘油酯酯键7二、细胞的跨膜物质转运(选择通透性)（一）单纯扩散：simplediffusion物质分子或离子遵循单纯的物理学定律从高浓度区域向低浓度区域移动的现象。特点:①无饱和性②不依靠特殊膜蛋白质扩散通量：取决于膜两侧该物质的浓度梯度和该物质的脂溶性，如O2，CO2，尿素等可自由通透细胞膜。8水：极性小，可自由通过磷脂双分子层，从低渗透压区向高渗透压区移动。水溶性分子：高度不通透，通过水孔蛋白特异通道进出细胞（相对分子量超200不通过）转运的物质：H2O、O2、CO2、NH3、N2、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素等少数几种。9（二）膜蛋白介导的跨膜转运1、被动运输passivetransport特点：①顺浓度或电-化学梯度进行②不耗能，依赖电-化学梯度所贮存的势能，但有膜蛋白参与。(如易化扩散)2、主动转运activetransport特点：①逆浓度梯度或电-化学梯度进行②需要消耗能量，由分解ATP来提供101、被动运输，也称为易化扩散facilitateddiffusion①载体介导的易化扩散carrierfacilitateddiffusion②通道介导的易化扩散channelfacilitateddiffusion11①载体介导的易化扩散:(变构,102－104分子/s）载体carrier：膜蛋白质，有一个或数个结合位点或功能性AA残基，能选择性的与底物结合，发生构象变化，实现物质的转运。如Gaa特点：结构特异性高；饱和现象；竞争性抑制1213②通道介导的易化扩散:(门控,107－108离子/s)通道channel：膜蛋白质，结构可在相应理化因子的作用下迅速的发生变化，被称为激活，随后迅速的失活。特点：有一定特异性，可以处于开放或关闭的不同功能状态，通透性变化快，迅速。14电压门控通道voltage-gatedchannel化学/配体门控通道chemically/ligand-gatedchannel机械门控通道mechanically-gatedchannel15电压门控通道16化学/配体门控通道172、主动转运activetransport分类：原发性主动转运primaryactivetransport继发性主动转运secondaryactivetransport18原发性主动转运：直接利用代谢产生的能量逆浓度和电势梯度跨膜转运。－－离子泵能量直接来自ATP的分解维持细胞内外离子的不均衡分布细胞外Na+是细胞内的10～15倍，细胞内K+是细胞外的40～50倍钠-钾泵(sodium-potassiumpump)的主动转运机制19201.Na+-K+泵的分子结构2个α亚单位和1个β亚单位250KD分解1个ATP，排出3Na+，摄入2个K+2.Na+-K+泵的启动和活动强度与膜内出现较多的Na+和膜外出现较多的K+有关。3.Na+-K+泵活动时，泵出Na+和泵入K+这两个过程是同时进行或耦联在一起。4.Na+-K+泵活动的生理意义：形成和保持细胞内外Na+、K+不均衡分布及建立一种势能储备。为某些物质的继发性主动转运提供势能差。212223Glu242）Ca2+－ATPase:钙泵（Ca+-Mg+依赖式ATP酶）质膜：从胞质转运至胞外；在细胞器膜:从胞质转运至细胞器内（如内质网内）3）H+－ATPase:质膜中，将H+移出细胞4）H+/K+－ATPase:分解1个ATP，将泵出1个H+泵回1个K+25原发性主动转运26继发性主动转运：(转运能量不直接来源ATP)离子从高浓度向低浓度转运为被转运物质逆浓度的主动转运提供能量的转运方式。（不直接利用ATP分解释放的能量，而是利用膜内外其它离子的势能差所进行的主动转运）同向转运：离子与被转运分子向同一方向移动。如肾小管中G,aa和Cl-与Na+的同向转运。反向转运：如肾小管分泌H+、K+与Na+的反向转运。27同向转运symport28逆向转运antiport29（三）胞呑和胞吐1.胞呑（入胞）细胞外某些大分子物质或物质团块（如侵入体内的细菌、病毒、异物或血浆中脂蛋白颗粒、大分子营养物质等）进入细胞的过程。301.胞吞1)呑噬：物质大，膜内陷成小泡2)胞饮：液体或小物质A.胞吮(无选择性允许外液入胞)B.胞膜窖胞吮(受体介导，选择性，小面积膜内陷，能浓缩和内质化小分子物质)C.受体介导式胞呑：网格蛋白-有被小窝形式入胞是一种最重要的入胞形式，通过这种方式入胞的物质有50多种，包括血浆低密度脂蛋白颗粒、运铁蛋白、VitB12运输蛋白、多种生长调节因子、胰岛素、抗体和某些细菌毒素、病毒等。31Primarylysosomeendosomecoatedpit32入胞的基本过程：转运物质被细胞膜识别与转运物质相接触的膜发生内陷，并逐渐将其包绕转运物质和包绕它的膜进入胞浆内形成吞食泡吞食泡与溶酶体融合，其内容被酶消化332.胞吐（出胞）一些大分子物质或固态、液态的物质团块由细胞排出的过程。囊泡膜成为质膜，内容物排出细胞主要见于细胞的分泌活动，如内分泌腺把激素分泌到细胞外液中，外分泌腺把酶原颗粒和黏液分泌到腺管的管腔中，以及神经细胞的轴突末梢把神经递质分泌到突触间隙中。34EndoplasmicreticulumGolgibodySecretivevesicleNucleusMitochondria出胞的基本过程：3536总结：跨膜物质转运膜的转运被动运输主动运输简单扩散：高浓度－低浓度：CO2O2易化扩散载体介导：Gaa通道介导：K＋Na＋Ca2＋渗透扩散：水从溶质浓度低－浓度高原发性主动转运（离子泵）胞呑出胞（胞吐）呑噬胞饮：胞吮胞膜窖胞吮受体介导式胞呑继发性主动转运：靠间接提供能量的主动运输同向转运反向转运37主动转运协同转运离子通道K38第二节细胞间通讯和信号转导跨膜信号转导的两种高效机制:电信号化学信号信号传递方式：电化学信号通过细胞间连接在胞质间直接传递通过旁分泌自分泌或神经调质进行局部化学通讯电化学信号相结合的长距离通讯39受体：是镶嵌在细胞膜表面或存在于细胞内的特异蛋白，能与化学信号（配体）特异性结合并引起生物学效应的特殊蛋白质。靶细胞：能与化学信号分子作用的细胞。40跨膜信号转导主要涉及三个环节：胞外信号的识别与结合信号转导胞内效应大体有以下三类方式离子通道介导的信号转导G蛋白偶联受体介导的信号转导酶偶联受体介导的信号转导41一、离子通道受体介导的跨膜信号传递(一)化学门控通道受化学分子控制，与膜电位变化没直接关系如ACh作用于ACh受体(二)电压门控通道对跨膜电位变化敏感42化学门控通道：nAChR谷氨酸受体天冬氨酸受体γ-氨基丁酸受体甘氨酸受体ATP受体5-HT受体43电压门控过程：膜去极化通道蛋白构象变化通道开放离子跨膜转运结构：α:四个结构域β1β244一、离子通道介导的信号转导45二、G蛋白偶联受体介导的信号转导含氮类激素作用机制膜表面受体与膜内G蛋白偶联启动的。三种特殊蛋白：受体蛋白：识别并结合外来化学因子(7次跨膜α螺旋)G蛋白：αβγ三亚单位(细胞膜内侧)效应器酶（质膜中，离子通道或酶）46效应器酶G蛋白偶联受体介导过程47γαβαα48三、激酶相关受体介导的跨膜信号转导(一)激酶受体1.酪氨酸激酶受体一个糖基化细胞外域(α螺旋跨膜序列)和一个带有酪氨酸激酶活性的细胞内域组成。配体是一些肽类激素和生长因子。49酪氨酸激酶受体生长因子|与酪氨酸激酶受体结合|膜外N端：识别、结合第一信使膜内C端：具有酪氨酸激酶活性|细胞内生物效应502.鸟苷酸环化酶受（位于质膜和胞内两种）a.膜型~N端:胞外,受体结合C端:胞内,鸟苷酸环化酶b.可溶性~与NO结合,激活cGMP生成5152(二)JAK相关激酶受体受体与JAK激酶是一复合单位。JAK激酶蛋白质蛋白质-PO453受体受体受体受体酪氨酸激酶入坞蛋白入坞蛋白PO4效应蛋白(离子通道酶)