医学细胞生物学第四章

第四章 细胞膜与物质的穿膜运输三、细胞膜的分子结构模型第二节 小分子物质和离子的穿膜运输第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性(四)脂筏模型(一)片层结构模型:三层夹板式结构第...

医学细胞生物学

• 10月1
  • 第四章 细胞膜与物质的穿膜运输
    • 前言
      • 生物膜“两暗夹一明”
        • 细胞膜（质膜）
        • 细胞内膜系统
    • 第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性
      • 一、细胞膜的化学组成（脂质、蛋白质、糖类）
        • (一）膜脂构成细胞膜的结构骨架
          • 1、磷脂是膜脂的主要成分
            • 甘油磷脂
              • 以甘油为骨架
              • 亲水头极性强
              • 脂肪酸链疏水尾，无极性
              • 两亲性分子或兼性分子
            • 鞘磷脂
              • 不以甘油为骨架的磷脂
              • 在神经元细胞中多
          • 2、胆固醇
            • 作用
              • 调节膜的流动性
              • 加强膜的稳定性
            • 特点
              • 双亲性分子
              • 疏水尾部在固醇环和烃链
              • 极性头部为羟基
          • 3、糖脂
            • 结构
              • 亲水脂分子
              • 糖基和寡糖构成
            • 分布
              • 质膜非胞质面单层
            • 作用
              • 细胞的识别、黏附及信号的传导
        • （二）膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合
          • 1、膜内在蛋白（穿膜蛋白）
            • 含量：占膜蛋白总量的70%~80%
            • 两亲性分子
            • 分类
              • 单次穿膜
              • 多次穿膜
              • 多亚基穿膜蛋白
          • 2、外在膜蛋白（周边蛋白）
            • 含量：占膜蛋白总量的20%~30%
            • 非共价键间接与膜结合
          • 3、脂錨定蛋白（脂连接蛋白）
            • 共价键与脂双层内的脂分子结合
        • （三）膜糖类覆盖细胞膜表面
          • 含量：2%~10%
          • 作用
            • 保护细胞抵御物理化学损伤
            • 捕集阳离子并吸引大量水分子建立水盐平衡
            • 参与细胞的识别、黏附和迁移
      • 二、细胞膜的生物特性
        • （一）膜的不对称性绝决定膜功能的方向
          • 1、膜脂的不对称性
          • 2、膜蛋白的不对称性（位置、方向、数量不同）
          • 3、膜糖的不对称性
        • （二）膜的流动性是膜功能活动的保障
          • 1、脂双层为液晶态二维流体
            • 温度升高：液态
            • 生理状态：液晶态
            • 温度降低：晶态
          • 2、膜脂分子的运动方式
            • （1）侧向扩散
            • （2）翻转运动
            • （3）旋转运动
            • （4）弯曲运动
          • 3、影响膜脂流动性的因素
            • （1）脂肪酸链的不饱和程度
              • 越多，流动性越强
            • （2）脂肪酸链的唱段
              • 越短，流动性越强
            • （3）胆固醇的双重调节
              • 高温：限制流动性
              • 低温：防止脂肪酸链相互凝结
            • （4）卵磷脂和鞘磷脂的比例
              • 越大，流动性越大
            • （5）膜蛋白的影响
              • 越多，流动性越小
            • （6）其他
              • 膜脂的急性基因、环境温度、ph值、离子强度
          • 4、膜蛋白的运动性
            • （1）侧向扩散——研究方法：荧光漂白恢复
            • （2）旋转运动——是自发热运动，不耗能
      • 三、细胞膜的分子结构模型
        • （一）片层结构模型：三层夹板式结构
          • 蛋白质-脂双层-蛋白质
          • 球形蛋白质
        • （二）单位膜模型
          • 电子显微镜：“两暗一明”
        • （三）流动镶嵌模型
          • 1972年Singer和Nilson提出
          • 强调了膜的流动性和膜蛋白的不对称性
          • 晶格镶嵌模型
            • 膜蛋白的限制作用
            • 流动性是局部的
          • 板块镶嵌模型
            • “有序”结构的版块与“无序”结构的版块动态平衡
        • （四）脂筏模型
          • 微区组成
            • 富含胆固醇和鞘脂
            • 特定种类的膜蛋白
          • 脂筏特点
            • 脂肪酸尾较长且厚
            • 更有秩序
            • 较少流动性
          • 脂双层具有不同的脂筏结构
    • 第二节 小分子物质和离子的穿膜运输
      • 一、膜的选择透过性和简单扩散
        • 简单扩散（被动扩散）
          • （1）是小分子物质的穿膜运输
          • （2）有一定浓度差
          • （3）高到低浓度
          • （4）不需要ATP
      • 二、膜运输蛋白介导的穿膜运输
        • 1、膜蛋白
          • （1）载体蛋白
            • 特点：高度选择性
            • 运输方式
              • 主动运输
              • 被动运输（顺化学梯度）
          • （2）通道蛋白
            • 特点
              • 高度亲和力
              • 高度选择性
              • 贯穿脂质双层
            • 运输方式
              • 被动运输
        • 2、易化扩散（帮助扩散）
          • 特点
            • 被动运输，不耗能
            • 饱和性
              • 二分之一Vmax：米氏常数（Km）
                • Km越小：亲和力和转运效率越高
                • Km越大：亲和力和转运效率越低
            • 特异性
            • 竞争性抑制
              • 竞争性抑制物：和底物竞争结合位点
              • 非竞争性抑制物：结合载体蛋白其他部位以改变活性
          • 典例：GLUT蛋白家族
        • 3、主动运输（逆浓度梯度，低到高浓度）
          • ATP驱动器
            • （1）P-型离子泵
              • NA-K泵
                • 排钠吸钾：结合ATP时，向细胞外排出3个NA，细胞内吸收2个K。
                • 结果：细胞内低钠高钾
              • Ga泵
                • Ga泵分布
                  • 质膜：1个ATP转运1个Ga至胞外
                  • 肌细胞的肌浆网和内质网膜：1个ATP转运2个Ga至肌浆网和内质网中
                • Ga浓度升高促发激活生理反应
                  • 肌肉收缩
                  • 腺上皮细胞分泌
                  • 神经递质释放
                  • 酶蛋白和通道蛋白激活
                • 钙调蛋白GaM调控过程
                  • 胞内Ga浓度增加
                  • 钙调蛋白与Ga粒子结合
                  • 作用域Ga泵使其别结构性激活
                  • Ga迅速被泵出
                  • 功能活动结束
            • （2）V-型质子泵（逆浓度梯度）
            • （3）F-型质子泵（顺浓度梯度）
            • （4）ABC转运体（主动运输）
          • 协同运输
            • 特点
              • 主动运输
              • 消耗ATP
              • 载体蛋白协同作用
        • 4、离子通道
          • （1）特点
            • 被动运输
            • 对大小与电荷有高度选择性
            • 转运速率高
            • 活性受“闸门”控制
          • （2）类型
            • 电压门控通道
            • 配体门控通道
            • 应力激活通道
        • 5、水通道
          • 分类
            • 选择性水通道：只通透水
            • 水-甘油通道
    • 第三节 大分子和颗粒物质的穿膜运输
      • 一、胞吞作用
        • 1、吞噬作用
          • 对象：颗粒物质
        • 2、胞饮作用
          • （1）对象：大分子溶液物质或及微小颗粒物
          • （2）类型
            • 液相内吞
            • 吸附内吞
            • 转胞吞作用
        • 3、受体介导的胞吞
          • （1）有被小窝和有被小泡的形成
            • 特点：受体集中区域向内凹陷
            • 网格蛋白（笼蛋白）
              • 成分：三腿蛋白复合体
              • 作用：牵拉质膜向内凹陷，捕获膜受体使其聚焦
              • 特点：无特异性
          • （2）无被小泡的形成
            • 发动蛋白
            • 无被小泡
            • 内体
        • 4、低密度脂蛋白（LDL）和LDL受体
          • 以血浆为例： ①血浆中LDL与细胞膜上的有被区域的LDL受体结合 ②使其出现有被小窝 ③并从膜上分离形成有被小泡 ④其上的网格蛋白解聚脱落，再结合到膜上 ⑤其内的 ph 值降低，使受体与 l LDL解离 ⑥LDL受体重新回到膜上进行下一次循环 ⑦有被小泡与溶酶结合后， LDL 经溶酶体酶作用，胆固醇水解。
      • 二、胞吐作用
        • 1、连续性分泌
          • （1）过程
            • 在粗面内质网合成
            • 转运至高尔基体
            • 被送至细胞膜，与质膜融合
          • （2）只存在于动物细胞中
        • 2、受调分泌
          • （1）过程
            • 蛋白质储存于囊泡之中
            • 受细胞外信号刺激，导致Ga浓度升高
            • 启动胞吐过程
          • （2）只存在于分泌激素、酶、神经递质的细胞内
    • 第四节 细胞膜异常与疾病
      • 一、载体蛋白异常与疾病
        • 胱氨酸尿症
        • 肾性糖尿病
      • 二、ABC转运体蛋白异常与疾病——囊性纤维化
      • 三、膜受体异常与疾病——家族性高胆固醇血症（常显）