细胞膜与物质的穿膜运输

这是一篇关于细胞膜与物质的穿膜运输的思维导图，主要内容有细胞膜的化学组成与生物学特性、细胞膜异常与疾病、大分子和颗粒物质的穿膜运输、小分子物质和离子的穿膜运输。

细胞膜与物质的穿膜运输

• 细胞膜的化学组成与生物学特性
  • 细胞膜的化学组成
    • 膜脂构成细胞膜的细胞骨架(约占膜成分的50%）
      • 磷脂phospholipid
        • 膜脂的主要成分(约占膜脂的50%）
          • 甘油磷脂phosphoglycerides
            • 主要在内质网合成
          • 鞘磷脂sphingomyelin，SM
            • 细胞膜上唯一不以甘油为骨架的磷脂，主要在高尔基复合体合成
        • 磷脂分子被称为两亲性分子或兼性分子
      • 胆固醇cholesterol
        • 能够固定细胞膜和调节膜的流动性（约占膜脂的2%）
      • 糖脂glycolipid
        • 主要位于质膜的非胞质面（占膜脂总量的5%以下）
    • 膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合（脂双分层组成细胞膜的基本结构，与细胞膜相结合的膜蛋白决定细胞膜的不同特性和功能）
      • 内在膜蛋白intrinsic membrane protein
        • 又称穿膜蛋白，占膜蛋白总量的70%～80%
          • 单次穿膜蛋白
          • 多次穿膜蛋白
          • 多亚基穿膜蛋白
      • 外在膜蛋白extrinsic membrane protein
        • 又称周边蛋白（水溶性蛋白），占膜蛋白总量的20%～30%
          • 附着型（间接与膜结合）
          • 暴露型（直接与膜结合）
      • 脂锚定蛋白lipid anchored protein
        • 又称脂连接蛋白
          • 一种是位于质膜外表面的一些蛋白质，通过与磷脂酰肌醇分子相连的寡糖链共价键结合而锚定到质膜上
          • 另一种是位于质膜胞质的一侧，一些细胞内信号蛋白直接与脂双层中的某些脂肪酸链形成共价键而被锚定在脂双层上
      • 研究膜蛋白的结构、性质和功能
        • 将其从细胞膜上分离出来，纯化后进行研究
          • 分离内在膜蛋白，需使用能干扰疏水作用并能破坏脂双层的试剂，一般使用去垢剂
    • 膜糖类覆盖细胞膜表面
      • 糖类约占质膜重量的2%～10%
      • 大多数真核细胞表面有富含糖类的周缘区，称为细胞外被（cell coat）或糖萼（glycocalyc）
        • 保护细胞抵御各种物理、化学性损伤
  • 细胞膜的生物学特性
    • 膜的不对称性asymmetry决定膜功能的方向性
      • 膜脂的不对称性
        • 各组分分布差异，使细胞内的生物膜具有不同的特性和功能
        • 使脂双层内、外两层流动性有所不同
      • 膜蛋白的不对称性
      • 膜糖的不对称性
    • 膜的流动性fluidity是膜功能活动的保证
      • 脂双层为液晶态二维流体
      • 膜脂分子的运动方式
        • 侧向扩散lateral diffusion
        • 翻转运动flip-flop
        • 旋转运动rotational diffusion
        • 弯曲运动flexion
      • 影响膜脂流动性的因素
        • 脂肪酸链的饱和程度
        • 脂肪酸链的长短
        • 胆固醇的双重调节作用
        • 卵磷脂与鞘磷脂的比值
        • 膜蛋白的影响
        • 其他因素：膜脂的极性基团，环境温度，pH，离子强度等
      • 膜蛋白的运动性
        • 主要运动方式是侧向扩散和旋转运动
          • 与膜脂分子相似，但移动速度较慢
  • 细胞膜的分子结构模型
    • 片层结构模型lamellar structure model具有三层甲板式（蛋白质-磷脂-蛋白质）结构特点
    • 单位膜（两暗一明）模型unit membrane model体现膜形态结构的共同特点
    • 流动镶嵌模型fluid mosaic model是被普遍接受的模型
    • 脂笩模型lipid raft model深化了对膜结构和功能的认识
• 细胞膜异常与疾病
  • 载体蛋白异常与疾病
    • 胱氨酸尿症是载体蛋白异常性疾病
    • 肾性糖尿是葡萄糖载体蛋白异常性疾病
  • ABC转运体蛋白异常与疾病
  • 膜受体异常与疾病
• 大分子和颗粒物质的穿膜运输
  • 囊泡运输
    • 胞吞作用endocytosis，又称内吞作用
      • 根据物质的大小、状态及特异程度不同
        • 吞噬（phagocytosis）
          • 囊泡较大，称吞噬体Phagosome或吞噬泡Phagocytic vesicle直径往往大于250nm
        • 胞饮（pinocytosis）
          • 囊泡较小，称胞饮体Pinosome或胞饮泡Pioncytic vesicle直径一般小于150nm
        • 受体介导的胞吞（receptor- mediated endocytosis）
          • 选择性浓缩机制
          • 高效性
          • 发生在细胞膜的特定区域-有被小窝coated pits
    • 胞吐作用exocytosis，又称外排作用
      • 连续性分泌constitutive secretion
      • 受调分泌regulated secretion
• 小分子物质和离子的穿膜运输
  • 被动运输passive transport
    • 简单扩散（Simple Diffusion）
      • 物质沿着浓度梯度降低的方向运输
      • 不需要细胞提供能量，不需要膜转运蛋白的协助
      • 脂溶性物质如醇、苯、甾类激素及CO2、O2、N2
    • 异化扩散facilitated diffusion
      • 物质由高浓度向低浓度运输
      • 不消耗细胞的代谢能，需要特异性的载体蛋白协助
      • 非脂溶性物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸、细胞代谢物
      • 转运速率比离子通道低得多，每秒钟转运几百至上千个分子
    • 离子通道扩散lon channel diffusion
      • Na+、K+、Ca2+、H+、Cl-等的穿膜速率很高，可以在数毫秒内完成
      • 离子通道的中心具有亲水性通道，允许适宜大小的离子经此通道进行穿膜运输
      • 特点
        • 顺电化学梯度
        • 高度选择性
        • 转运速率高
        • 大多数不持续开放（门控型离子通道，受闸门控制）
          • 少数通道持续开放（非门控型离子通道）
      • 根据门控机制不同
        • 配体门控通道ligand- gated channel
          • 受化学物质（配体）调节
        • 电压门控通道voltage- gated channel
          • 受膜电位控制
        • 应力激活通道stress- activated channel
          • 受应力而改变构象
    • 水通道扩散water channel diffusiom
      • 细胞膜上由水孔蛋白aquaporin，AQP形成的转移性转运水分子的通道
        • AQP1、2、4、5、6、0:专一性通透水分子
        • AQP3、7、9、10:通透水及甘油、尿素等中小分子
        • AQP8：功能尚不明确
      • 结构：四个对称排列的圆筒状亚基包绕而成的四聚体
  • 主动运输 active transport
    • ATP驱动泵ATP driven pump
      • 所有ATP驱动泵都是跨膜蛋白，在胞质侧具有一个或多个ATP结合位点
        • 特点：与所运输的溶质分子专一结合，通过自身构象改变而运送该溶质过膜
      • 专一性
      • 根据泵蛋白的结构和功能特性
        • 转运离子
          • P-型离子泵
          • V-型质子泵
          • F-型质子泵
        • 转运小分子
          • ABC转运体
    • 协同运输cotransport transport
      • 饱和现象
      • 离子电化学梯度提供能量
        • 动物细胞：由膜两侧的Na+电化学梯度驱动
        • 植物细胞和细菌：由H+电化学梯度驱动
        • 根据物质运输方向与离子顺电化学梯度转移的方向
          • 共运输symport
          • 对向运输antiport
    • 光驱动泵
      • 光功能