细胞膜物质的跨膜运输与信号转导课件.ppt
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- 关 键 词:
- 细胞膜 物质 运输 信号 转导 课件
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1、 第一节 细胞膜的化学组成与分子结构膜 脂膜脂:膜脂:生物膜上的脂类统称膜脂。生物膜上的脂类统称膜脂。磷脂磷脂 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇磷脂酰胆碱(卵磷脂)磷脂酰胆碱(卵磷脂)磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷酸甘油酯磷酸甘油酯神经鞘磷脂:神经鞘磷脂:鞘磷脂鞘磷脂脂脂肪肪酸酸脂脂 肪肪 酸酸脂脂 肪肪 酸酸极性头部基团极性头部基团(亲水)(亲水)非极性尾部基团非极性尾部基团(疏水)(疏水)CH CHCH2OOPOOOOX COCO甘甘 油油磷磷 酸酸 磷酸化醇磷酸化醇 磷脂的分子结构特点:磷脂的分子结构特点:双亲性分子双亲性分子(兼性分子)(兼性分子)1个亲水头
2、部(磷脂酰碱基)个亲水头部(磷脂酰碱基)2条疏水尾(脂肪酸链)条疏水尾(脂肪酸链)POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经神经酰胺酰胺O鞘磷脂鞘磷脂POCH2HCCOOHNH2OCOCH CHCH2OOCOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸OCH CHCH2OC磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)磷脂酰乙醇胺(脑磷脂)POCH2CH2NH2OOCOOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸OCH3POCH2CH2NCH CHCH2OOCOOCOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸CH3CH3磷脂酰胆碱(卵磷脂)磷脂酰胆碱(卵磷脂)OCell membrane-StructurePOCH2CH2NOOCH3CH3
3、CH3神经神经酰胺酰胺O鞘磷脂鞘磷脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经神经酰胺酰胺O鞘磷脂鞘磷脂糖糖(Gal)半半乳乳糖糖苷苷脂脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经神经酰胺酰胺O鞘磷脂鞘磷脂糖糖 脂脂 分分 子子糖糖(Gal)糖糖(Gal)糖糖(Gal)糖糖(Gal)极性头部极性头部固固 醇醇 环环 结结 构构非极性尾部非极性尾部功能:双向调节膜的流动性,增强膜的稳定性功能:双向调节膜的流动性,增强膜的稳定性水水实验显示:质膜由两层磷脂实验显示:质膜由两层磷脂分子层组成分子层组成(二)膜蛋白执行细胞膜的多种功能(二)膜蛋白执行细胞膜的多种功能膜蛋白:生物膜所含的蛋白质。膜蛋
4、白:生物膜所含的蛋白质。膜蛋白膜蛋白外在膜蛋白(外周蛋白):外在膜蛋白(外周蛋白):2030%内在膜蛋白(跨膜蛋白):内在膜蛋白(跨膜蛋白):7080%脂锚定蛋白:脂锚定蛋白:1.单单 次次 穿穿 膜:膜:脂质双层脂质双层非胞质面非胞质面胞质面胞质面123452.多多 次次 穿穿 膜:膜:3.直接与脂双层的碳氢链形成共价键进行锚定直接与脂双层的碳氢链形成共价键进行锚定4.通过与非胞质面的磷脂酰肌醇(通过与非胞质面的磷脂酰肌醇(GPI)结合的寡糖链)结合的寡糖链结合而被锚定:结合而被锚定:脂锚定蛋白脂锚定蛋白5.外在蛋白:外在蛋白:内在蛋白内在蛋白细胞内细胞内 膜糖类膜糖类糖类糖类(10%)+膜
5、脂膜脂共价键共价键糖糖 脂脂糖类糖类(90%)+膜蛋白膜蛋白糖蛋白糖蛋白共价键共价键(三)(三).膜糖类覆盖细胞膜表面膜糖类覆盖细胞膜表面脂双层脂双层膜蛋白膜蛋白细胞衣细胞衣 膜糖类膜糖类分布特点:分布特点:膜的非胞质面膜的非胞质面细胞表面(细胞表面(cell surface):):是以质膜是以质膜为主体,包括为主体,包括质膜质膜和和质膜外侧的质膜外侧的细胞外被细胞外被和质膜内侧的和质膜内侧的胞质溶胞质溶胶层胶层共同组成的一个共同组成的一个多功能复合结构体系。多功能复合结构体系。2.细胞外被(细胞衣、糖萼)中的糖类细胞外被(细胞衣、糖萼)中的糖类与糖蛋白和糖脂相连的糖链。与糖蛋白和糖脂相连的糖
6、链。被分泌出来又吸附于细胞表面的糖蛋白的糖链。被分泌出来又吸附于细胞表面的糖蛋白的糖链。1、膜脂分布的不对称性、膜脂分布的不对称性2、膜蛋白分布的不对称性、膜蛋白分布的不对称性 糖蛋白、糖脂上的低聚糖糖蛋白、糖脂上的低聚糖残基均位于膜的非胞质侧。残基均位于膜的非胞质侧。3、膜糖类分布的不对称性:非胞质面、膜糖类分布的不对称性:非胞质面4.细胞膜内侧面分布有微管、微丝细胞膜内侧面分布有微管、微丝不对称性的生物学意义:不对称性的生物学意义:决定了膜内外表面功能的不对称性。决定了膜内外表面功能的不对称性。(1)侧向扩散)侧向扩散(2)旋转运动)旋转运动(3)翻转运动)翻转运动膜脂分子的运动方式膜脂分
7、子的运动方式(4)弯曲运动)弯曲运动(5)伸缩和振荡运动伸缩和振荡运动4、膜蛋白的流动性、膜蛋白的流动性小鼠细胞小鼠细胞人膜蛋白抗体人膜蛋白抗体+人膜蛋白(抗原)人膜蛋白(抗原)异核细胞异核细胞小鼠膜蛋白抗体小鼠膜蛋白抗体+荧光素荧光素人膜蛋白抗体人膜蛋白抗体+罗丹明罗丹明小鼠膜蛋白抗体小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白(抗原)小鼠膜蛋白(抗原)人细胞人细胞孵育(孵育(37,40分钟)分钟)诱导融合诱导融合膜蛋白膜蛋白(抗原)抗原)1.生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体。生物膜是由流动的脂质双分子层构成膜的连续主体。2.膜蛋白以各种形式与脂质双分子层结合。膜蛋白以各种形式与脂质双分子层结合。
8、4.细胞膜具有流动性,膜上各成分处于动态平衡之中细胞膜具有流动性,膜上各成分处于动态平衡之中液态镶嵌模型液态镶嵌模型fluid mosaic model3.细胞膜具有不对称性细胞膜具有不对称性 +高浓度低浓度一一 简单扩散简单扩散 free diffusion free diffusion 简单扩散简单扩散:1 1、物质的转运是从高浓度向低浓度方向、物质的转运是从高浓度向低浓度方向2 2、不耗能、不耗能3 3、溶质能直接透过膜、溶质能直接透过膜第二节第二节 小分子物质的跨膜运输小分子物质的跨膜运输能进行简单扩散的物质:能进行简单扩散的物质:z脂溶性物质如苯、脂溶性物质如苯、醇、甾类激素以及醇、
9、甾类激素以及O2O2、N2N2等;等;z某些极性分子某些极性分子(如如水、尿素、甘油、水、尿素、甘油、CO2CO2等等),不带电荷,不带电荷,分子小;分子小;运输运输 易化扩散:易化扩散:1 1、物质的转运是从高浓度(电化学梯度)向低浓、物质的转运是从高浓度(电化学梯度)向低浓度(电化学梯度)方向度(电化学梯度)方向2 2、不耗能能量,属于被动运输、不耗能能量,属于被动运输3 3、被转运物质为非脂溶性(或亲水性)的小分子,、被转运物质为非脂溶性(或亲水性)的小分子,需要膜转运蛋白(载体蛋白或通道蛋白)协助需要膜转运蛋白(载体蛋白或通道蛋白)协助膜转运蛋白膜转运蛋白高浓度高浓度低浓度通道蛋白通道
10、蛋白 通道蛋白在转运过程中不与溶质分子结合通道蛋白在转运过程中不与溶质分子结合对离子大小和所带电荷具有高度选择性对离子大小和所带电荷具有高度选择性转运速率高转运速率高多数通道蛋白不持续开放,受多数通道蛋白不持续开放,受“闸门闸门”控制控制配体门控通道配体门控通道电压门控通道电压门控通道应力激活通道应力激活通道门控通道的类型门控通道的类型配配 体体高浓度低浓度(1)配体门控通道配体门控通道 典型配体门控通道:乙酰胆碱受体典型配体门控通道:乙酰胆碱受体(2)电压门控通道电压门控通道z闸门开放时间只有几毫秒,随即迅速自发关闭闸门开放时间只有几毫秒,随即迅速自发关闭z电压门控通道存在于可兴奋细胞,如神
11、经元细胞、肌细胞电压门控通道存在于可兴奋细胞,如神经元细胞、肌细胞 载体蛋白可运输一些亲水性物质,如:氨基酸、葡萄糖、核苷酸。载体蛋白载体蛋白 高浓度低浓度z 被转运物质与载体暂时、可逆结合被转运物质与载体暂时、可逆结合z 借助构象变化完成运输借助构象变化完成运输z 选择性和特异性选择性和特异性z 可饱和性,存在最大转运速度可饱和性,存在最大转运速度载体介导的易化扩散特点:载体介导的易化扩散特点:主动运输:主动运输:z化学本质:化学本质:大亚基大亚基小亚基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K
12、+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亚基大亚基大亚基K+ATPADP+PiK+Pi大亚基大亚基大亚基小亚基小亚基Na+Na+K+K+u1 1个个ATPATP酶分子每秒钟水解酶分子每秒钟水解10001000个个ATPATP分子;分子;u每水解每水解1 1分子分子ATPATP所释放的能量可泵出所释放的能量可泵出3 3个个NaNa+,同时泵入,同时泵入2 2个个K K+。NaNa-K-K 泵相似,通过磷酸化和去磷泵相似,通过磷酸化和去磷 酸化过程使构象改变,结合与释放酸化过程使构象改变,结合与释放2 2、离子浓度驱动的协同运输、离子浓度驱动
13、的协同运输n间接消耗间接消耗ATPATP,动力来自膜两侧,动力来自膜两侧NaNa+(或(或H H+)电化学梯度电化学梯度n协同运输过程由特异的载体蛋白完成协同运输过程由特异的载体蛋白完成n同向运输与对向运输同向运输与对向运输 (根据溶质运输方向与(根据溶质运输方向与NaNa+顺浓度转移方向)顺浓度转移方向)n共运输(同向运输):物质运输方向与共运输(同向运输):物质运输方向与NaNa+转移方向相同,转移方向相同,如小肠上皮细胞、肾小管上皮细胞对葡萄糖、氨基酸的吸收如小肠上皮细胞、肾小管上皮细胞对葡萄糖、氨基酸的吸收NaNa+葡萄糖葡萄糖2Na2Na+/1/1分子葡萄糖分子葡萄糖n对向运输:物质
14、运输方向与Na+转移方向相反举例n动物细胞Na+/H+交换载体(利用Na+顺浓度内流排出细胞内的H+以调节细胞内PH值)n Na+/Ca+交换载体(利用Na+内流排出细胞内的Ca+)壁细胞分泌盐酸时其质膜上多种转运蛋白的协同作用壁细胞分泌盐酸时其质膜上多种转运蛋白的协同作用 小分子物质小分子物质跨膜运输跨膜运输被动运输被动运输 简单扩散简单扩散主动运输主动运输 易化扩散易化扩散Na-K泵泵Ca2+-pumpNa-葡萄糖协同运输葡萄糖协同运输Na-H+协同运输协同运输细胞核细胞核第三节第三节 大分子和颗粒物质的膜泡运输大分子和颗粒物质的膜泡运输内吞 去被融合受体再循环融合释出有被小窝(有被小窝(
15、coated pit):):是质膜上受体集中的特是质膜上受体集中的特定区域,此区域质膜向内凹陷,内表面覆盖一层定区域,此区域质膜向内凹陷,内表面覆盖一层由网格蛋白和衔接蛋白组成的毛刺状电子致密物。由网格蛋白和衔接蛋白组成的毛刺状电子致密物。有被小泡(有被小泡(coated vesicle):有被小窝形成后进一有被小窝形成后进一步内陷,与质膜断离后形成有被小泡进入细胞。步内陷,与质膜断离后形成有被小泡进入细胞。被被网格蛋白网格蛋白:捕获膜受体,牵拉质膜内陷形成有被小泡捕获膜受体,牵拉质膜内陷形成有被小泡衔接蛋白:连接网格蛋白与受体,参与衔接蛋白:连接网格蛋白与受体,参与“被被”的形成的形成网格(
16、笼形)蛋白包被的膜泡网格(笼形)蛋白包被的膜泡受体向有被小窝集中与受体向有被小窝集中与LDL结合,有被小窝凹陷、缢缩形成有被小泡进入细胞;有被结合,有被小窝凹陷、缢缩形成有被小泡进入细胞;有被小泡迅速脱去外被形成无被小泡;无被小泡与内体融合,在内体酸性环境下小泡迅速脱去外被形成无被小泡;无被小泡与内体融合,在内体酸性环境下LDL与受与受体解离;受体经转运囊泡返回质膜,被重新利用。含体解离;受体经转运囊泡返回质膜,被重新利用。含LDL的内体与溶酶体融合,的内体与溶酶体融合,LDL被分解释放出游离胆固醇。被分解释放出游离胆固醇。LDL受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用 (一一)连续性分泌连续性分
17、泌定义:定义:连续性分泌途径指分泌蛋白在连续性分泌途径指分泌蛋白在粗面内质网合粗面内质网合 成成后,转运至后,转运至高尔基复合体修饰高尔基复合体修饰、浓缩、分、浓缩、分 选、装入分泌膜泡,选、装入分泌膜泡,随即被运送随即被运送到细胞膜,到细胞膜,与质膜融合,将分泌物排出的过程。与质膜融合,将分泌物排出的过程。分布:分布:普遍存在于普遍存在于所有所有的动物细胞中的动物细胞中(二二)受调分泌受调分泌定义:定义:调节性分泌途径是指细胞分泌蛋白合成调节性分泌途径是指细胞分泌蛋白合成 后被后被储存储存于分泌囊泡内,只有当细胞接于分泌囊泡内,只有当细胞接 受到受到细胞外信号的刺激细胞外信号的刺激,才能启动
18、胞吐,才能启动胞吐 过程,将分泌物释放到细胞外。过程,将分泌物释放到细胞外。分布:分布:存在于存在于分泌激素、酶、神经递质的分泌激素、酶、神经递质的特化特化 细胞中。细胞中。第四节第四节 细胞膜与信号转导细胞膜与信号转导信号转导:信号转导:信号分子信号分子(配体配体)通过与细胞膜上或胞内的通过与细胞膜上或胞内的受体特异性结合,将信号转换后传给相应受体特异性结合,将信号转换后传给相应的胞内系统,使细胞对外界信号做出适当的胞内系统,使细胞对外界信号做出适当的反应,这一过程称为信号转导。的反应,这一过程称为信号转导。一一 信号(配体):信号(配体):细胞外能够作用于细胞的有生物活性的化学物质。细胞外
19、能够作用于细胞的有生物活性的化学物质。信号(配体)信号(配体)靶细胞靶细胞受体受体产生第二信使,激产生第二信使,激活一系列生化反应,活一系列生化反应,细胞应答细胞应答第一信使第一信使化学信号化学信号神经递质神经递质局部化学介质局部化学介质激素激素膜受体:分布在细胞膜上的一类镶嵌蛋白膜受体:分布在细胞膜上的一类镶嵌蛋白胞内受体:分布在细胞质和细胞核内胞内受体:分布在细胞质和细胞核内v受体能选择性地与特定配体结合受体能选择性地与特定配体结合v配体具备强的亲和力配体具备强的亲和力v受体配体结合后显示可饱和性受体配体结合后显示可饱和性v受体受体-配体的结合具有可逆性配体的结合具有可逆性v受体受体-配体
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