医学细胞生物学 第四章细胞膜与物质的穿膜运输

医学细胞生物学 第四章细胞膜与物质的穿膜运输思维导图，包括运输方式、穿膜运输、细胞膜结构等知识。

第四章 细胞膜与物质的 穿膜运输

• 细胞膜
  • 又称质膜，与细胞内膜系统统称为生物膜， 生物膜呈两暗夹一明结构，称作单位膜
  • 化学组成
    • 膜脂
      • 磷脂
        • 甘油磷脂
          • 结构特点
            • 甘油骨架+2条脂肪酸链+磷酸化醇头部
          • 磷脂酰胆碱（卵磷脂，PC）
          • 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂，PE）
          • 磷脂酰丝氨酸(PS）
          • 磷脂酰肌醇（PI）
            • 质膜内层，含量少，信号传导重要作用
        • 鞘磷脂
          • 细胞膜上唯一不以甘油为骨架的磷脂 （鞘氨醇骨架）
          • 神经元细胞膜含量多
          • 丰度最高：神经鞘磷脂
      • 胆固醇
        • 结构特点
          • 双亲性分子，四碳环+亲水羟基+疏水烃链
          • 稳定细胞膜和调节膜的流动性
          • 只存在于真核细胞，动物细胞膜中含量较高，散布在磷脂分子之间
      • 糖脂
        • 定位：均位于质膜非胞质面
        • 组成：脂类+寡糖 细菌和植物细胞的糖脂几乎都是甘油磷脂的衍生物；动物细胞质膜的糖脂几乎都是鞘氨醇的衍生物（鞘糖脂）
        • 区别：极性头部不同 最简单：脑苷脂，主要存在于髓鞘
        • 功能：细胞表面受体、参与细胞的识别、黏附及信号传导等
    • 膜蛋白
      • 内在膜蛋白（穿膜蛋白、整合膜蛋白）
        • 含量最多，70%-80%
        • 多以α螺旋穿膜,可以只在膜一侧
        • 与膜结合紧密，需用去垢剂分离
      • 外在膜蛋白（周边蛋白）
        • 占20%-30%
        • 通过非共价键附着在脂类分子头部极性区/穿膜蛋白亲水区一侧
        • 水溶性蛋白，与膜结合较弱
      • 脂锚定蛋白（脂连接蛋白）
        • 膜两侧，以共价键与脂分子结合
          • 直接相连（质膜内表面）
          • 通过与磷脂酰肌醇分子(GPI)相连的寡糖链共价键结合 （质膜外表面）
    • 膜糖
      • 糖脂（低聚糖+膜脂→共价键结合）
      • 糖蛋白（低/高聚糖+膜脂→共价键结合）
      • 细胞外被
        • 与质膜相连接的糖类物质
        • 保护细胞表面、参与细胞识别与黏着、信息传递
  • 生物学特性
    • 不对称性
      • 膜脂
        • A.膜脂分子脂双层内外分布不同（相对不对称）
        • B.细胞膜糖脂均位于脂双层非胞质面（绝对不对称）
      • 膜蛋白
        • 绝对不对称，有一定位置
          • 胞质面：血影蛋白、腺苷酸环化酶
          • 非胞质面：酶、激素受体、生长因子受体
        • 内外双层分布数量不同
        • 穿膜蛋白穿越脂双层有方向性
      • 膜糖
        • 糖脂、糖蛋白的寡糖侧链只分布于质膜外表面 内膜系统中，寡糖链分布于膜腔的内侧面
      • 意义
        • 保证膜功能的方向性和生命活动的高度有序性
          • ABO血型
          • 激素受体传导信号
          • 凋亡信号
    • 流动性
      • 脂双层
        • 液晶态二维流体
          • 相变：温度改变使脂双层在液态、固态之间转换
        • 膜脂分子运动方式
          • 侧向扩散（最主要）
          • 翻转运动（少）
          • 旋转运动
          • 弯曲运动
        • 影响因素
          • 不饱和脂肪酸越多、脂肪酸链越短、嵌入蛋白质越少、卵磷脂与鞘磷脂的比值越大，流动性越高
      • 膜蛋白（慢）
        • 侧向扩散
          • 人鼠细胞荧光融合实验
        • 旋转运动
  • 分子结构模型
    • 流动镶嵌模型
      • 脂双层构成主体，蛋白质以不同方式与其结合，动态、不对称、有流动性
      • 强调膜的流动性、膜蛋白分布不对称性及蛋白质与脂双层镶嵌关系
      • 不能说明流动性质膜变化过程中如何保持膜的相对完整性和稳定性，忽视了膜的各部分流动性的不均匀性
    • 脂筏模型
      • 定义：内部存在富含胆固醇和鞘磷脂以及特定种类膜蛋白组成的微区称为脂筏
      • 特点：有秩序且较少流动，为蛋白质提供变构的环境
      • 功能：参与信号传导、受体介导的胞吞以及胆固醇代谢运输
• 小分子物质和离子的穿膜运输
  • 被动运输
    • 简单扩散
      • 沿浓度梯度（电化学梯度）扩散 不需要消耗能量 没有膜蛋白协助
      • 脂溶性物质不带电荷小分子物质
        • 醇、苯、甾类激素以及O2、CO2、NO、水、尿素、甘油等
    • 易化扩散
      • 载体蛋白介导
        • 结构特异性，饱和现象，竞争性抑制
        • 葡萄糖转运体(GLUT)，以易化扩散的方式顺浓度梯度转运葡萄糖，其转运过程不消耗能量
      • 通道蛋白介导
        • 形成贯穿脂双层的水溶性通道，允许特定无机离子穿越
        • 电压门控、配体门控、应力激活
  • 主动运输
    • 载体蛋白将物质逆电化学梯度跨膜运输的过程，能量来源包括ATP水解、光吸收、电子传递、顺浓度梯度的离子运动等
    • 方式
      • ATP直接提供能量（ATP驱动泵）
        • P型离子泵
          • Na+-K+泵、Ca2+泵 、H+-K+ 泵
        • V型离子泵
          • 位于囊泡、内体、溶酶体、高尔基体、分泌泡膜
          • 水解ATP将H+从胞质泵入细胞器及囊泡中
        • F型离子泵
          • 细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体膜
          • H+顺浓度梯度运动，所释放的能量使ADP转化成ATP
        • ABC转运体
          • 水解ATP供能
          • 主要转运小分子
      • ATP间接提供能量（协同运输）
        • NaK泵/H泵与载体蛋白协同作用，间接消耗ATP
        • 共运输
        • 对向运输（xx交换体）
      • 光驱动泵（部分细菌特有）
    • 特点
      • 逆电化学梯度运输
      • 需要能量
      • 通过水解ATP获得能量
      • 膜两侧离子浓度梯度供能
      • 由载体蛋白介导，通过构象变化进行转运
• 大分子和颗粒物质的穿膜运输
  • 胞吞
    • 吞噬作用
      • 吞噬细胞摄入颗粒物质，形成吞噬体或吞噬泡
      • 中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞
    • 胞饮作用
      • 细胞吞入液体和可溶性物质，形成胞饮体或胞饮泡
      • 液相内吞；吸附内吞（特异性）
      • 巨噬细胞、中性粒细胞、毛细血管内皮细胞、肾小管上皮细胞、小肠上皮细胞等
    • 受体介导的内吞作用
      • 通过受体介导特异性摄取细胞外某种蛋白质或化合物
      • 选择性、高效性
      • 作用过程
        • a.有被小窝和有被小泡的形成
        • b.无被小泡形成并与内体、溶酶体融合
      • 受体介导的LDL内吞
        • 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，LDL被分解释放出游离胆固醇和脂肪酸被细胞利用。
  • 胞吐
    • 外排作用/出胞作用
    • 连续性分泌
    • 受调分泌
• 细胞膜异常与疾病
• 英文名词
  • active transport 主动运输 cell coat 细胞外被 cell membrane 细胞膜 channel protein 通道蛋白 endocytosis 胞吞作用 exocytosis 胞吐作用
  • facilitated diffusion 易化扩散 fluid mosaic model 流动镶嵌模型 membrane lipid 膜脂 membrane protein 膜蛋白 membrane transport protein 膜运输蛋白 passive diffusion 被动扩散
• 1. 重点章节，所以各个角落都有可能出选择题，出问答题几率大 2. 细胞膜电镜图片，主要化学组成 3. 膜脂知识的第一段，及其四个分类主要作用，分布特点 糖脂中的两个最（最简单的是脑苷脂，最复杂的是神经节苷脂） 4. 膜蛋白关注膜内在蛋白与大小分子的跨膜运输连接在一起记忆 5. 膜糖是与细胞表面及细胞被的概念进行整合记忆，同时与细胞的 特化结构联系在一起 6. 流动镶嵌模型 7. 重点：膜脂和膜蛋白的流动性方式及影响因素，有关的验证性实 验（荧光标记显示膜蛋白流动性的） 8. 重点：小分子物质转运方式、特点及功能，区别 9. 主动运输 Na-K 泵工作原理及过程，膜转运蛋白类型 10.重点： LDL 受体介导内吞过程（可以图示），论述
• 3Na出1K进
• H+-ATP合成酶
• 维持细胞质内环境的PH值稳定性
• 质膜、内质网或肌浆网上 将Ca2+泵出细胞或泵入肌浆网使胞质中Ca2+保持低水平； 胞质中Ca2+浓度骤然升高促发肌肉收缩、腺体分泌、神经递质释放等重要生理活动
• 脂类分布： 1.哺乳动物细胞膜富含胆固醇和糖脂 2.线粒体内膜富含心磷脂（心肌） 3.大肠杆菌质膜不含胆固醇
• 高尔基复合体合成
• 内质网合成
• GPI-锚定蛋白： 多种水解酶 免疫球蛋白 细胞黏附分子 膜受体 信号蛋白
• 组成细胞膜 合成类固醇激素 合成胆汁酸