导图社区 第四章 细胞膜与物质的穿膜运输
这是一篇关于第四章 细胞膜与物质的穿膜运输的思维导图，包括：细胞膜的化学组成与生物学特性小、分子物质和粒子的穿膜运输、大分子和颗粒物质的穿膜运输、细胞膜异常与疾病。
这是一篇关于第九章 细胞内遗传信息的传递及调控_backup_262364的思维导图
并非单纯由内外两层核膜融合形成的简单孔洞，而是由多种蛋白质以特定方式排列形成的复合结构，称为核孔复合体
第七章细胞骨架与细胞的运动 细胞骨架（cytoskeleton）：是指真核细胞质中，对于细胞的形状、细胞的运动、细胞内物质的运输、染色体的分离和细胞分裂等均起重要作用的蛋白质纤维网架体系。细胞骨...
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第四章 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
膜脂构成细胞膜的组成骨架
磷脂
分类：甘油磷脂【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)】、鞘磷脂（SM）、磷脂酰肌醇（PI）
磷脂酰肌醇：位于质膜内层，在膜结构中含量较少，但在细胞信号转导中起重要作用
甘油磷脂：在内质网合成，以甘油为骨架
鞘磷脂：细胞膜上唯一不以甘油为骨架的磷脂，在膜中含量较少，但在神经元细胞中含量较多，主要在高尔基复合体合成。
胆固醇
特点：分子较小，散布在磷脂分子之间。动物细胞膜中含量较高，有的膜内胆固醇与磷脂之比可达1：1。疏水性极强
功能：调节膜的流动性、加强膜的稳定性、降低水溶性物质的通透性
糖脂
特点：亲水脂分子，由脂类和寡糖构成，普遍存在于原核和真核细胞膜表面，占膜脂总量的5%以下。
区别：对于细菌和植物细胞，几乎所有糖脂均是甘油磷脂的衍生物，一般为磷脂酰胆碱衍生的糖脂；对于动物细胞，几乎都是鞘氨醇的衍生物，结构似鞘磷脂，称为鞘糖脂。
种类：共四十余种，主要区别在于其极性头部不同。最简单的为脑苷脂，较复杂的是神经节苷脂。不同细胞所含的糖脂种类不同
位置：脂双层的非胞质面单层，糖基暴露于细胞表面。
作用：细胞表面受体，参与细胞的识别、黏附及信号传递
膜蛋白以多种方式与脂双分子层结合
膜蛋白
不同生物膜上膜蛋白的含量及类型有很大的差异，功能越复杂的膜其蛋白质含量越高。
内在膜蛋白（穿膜蛋白，跨膜蛋白）
含量：占膜蛋白总量的70%~80%
特点：两亲性分子，及兼性分子,包括一个亲水极的头部和一个疏水极的尾部
单次穿膜蛋白：肽链只穿过脂双层一次，以a-螺旋构象穿越磷脂双分子层的疏水区
多次穿膜蛋白：含有多个由疏水性氨基酸残基组成的穿膜序列，通过多个a-螺旋构象穿过脂双层。如果一个片段含有高度疏水性的氨基酸达20~30个就可以以a螺旋方式穿越脂双层，
b-折叠片层构象：在质膜上起运输蛋白的作用，被称为孔蛋白，主要存在于线粒体、叶绿体和一些细菌外膜。
外在膜蛋白（周边蛋白）
含量：占膜蛋白总量的20%~30%
特点：与细胞膜结合比较松散的不插入脂双层的蛋白质，分布在质膜的胞质侧或胞外侧
结合方式：一些通过非共价键（如离子键或较弱的静电作用）附着在脂类分子头部极性区或穿膜蛋白亲区的一侧，间接与膜结合；一些位于膜的胞质一侧，通过暴露于蛋白质表面的a螺旋的疏水面与脂双层的胞质面单层相互作用而与膜结合。
特点：是水溶性蛋白，与膜结合较弱，可通过改变溶液离子浓度或PH等方式，干扰蛋白质之间的相互作用，即可将它们从膜上分离下来，而不需破坏膜的基本结构
功能：有多种功能，有的位于质膜内表面的是作为酶或传递细胞外信号的因子，与外表面相连的通常是细胞外基质的主要成分
脂锚定蛋白（脂连接蛋白）
特点：可位于膜的两侧，以共价键与脂双层内的脂分子结合
分离：使用能干扰疏水作用并能破坏脂双层的试剂，一般常用去垢剂。十二烷基硫酸钠（SDS）为常用的离子型去垢剂，Triton X-100是非离子型去垢剂对蛋白质的作用比较温和，不仅用于膜蛋白的分离与纯化，也用于去除细胞内膜系统，以便对细胞骨架和其他蛋白质进行研究。
膜糖类覆盖细胞膜表面
含量：质膜重量的2%~10%
组成：膜糖中93%的糖以低聚糖或多聚糖链形式共价结合与膜蛋白上形成糖蛋白；7%以低聚糖链共价结合于膜脂上形成糖脂。膜蛋白中含有多个寡糖侧链，而糖脂分子只带一个寡糖侧链。所有糖链都朝向细胞表面。
细胞外被（糖萼）：真核细胞表面富含糖类的周缘区。其中的糖类主要包括与糖蛋白和糖脂相连的低聚糖侧链，同时也包括被分泌出来又吸附于细胞表面的糖蛋白与蛋白聚糖的多糖侧链。，这些吸附的大分子是细胞外基质的成分，所以细胞膜边缘与细胞外基质的界限是难以区分的。功能：保护细胞抵御各种物理、化学性损伤；使细胞周围建立起水盐平衡的微环境；参与细胞间及细胞与周围坏境的相互作用。
细胞膜的生物学特性
膜的不对称性决定膜功能的方向性
不对称性：细胞膜中各种成分的分布是不均匀的
膜脂的不对称性：膜脂分子在脂双层内、外两单层中的分布是不同的；不同膜性细胞器中脂类成分的组成和分布不同。不同的膜脂组分应与膜的特定功能相一致。膜脂的不对称分布使脂双层内、外两层流动性有所不同。
膜蛋白的不对称性：膜蛋白的分布式绝对不对称的，各种膜蛋白在质膜中都有一定的位置。穿越膜蛋白穿越脂双层都有一定的方向性，这也造成其分布的不对称性。
膜糖的不对称性：膜糖类的分布具有显著的不对称性。细胞膜糖脂、糖蛋白的寡糖侧链只分布于质膜外表面（非胞质面），而在内膜系统，寡糖侧链都分布于膜腔的内侧面（非胞质面）。
意义：膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性与膜功能的不对称性和方向性有密切关系，具有重要的生物学意义，膜结构上的不对称性保证了膜功能的方向性和生命活动的高度有序性
膜的流动性是膜功能活动的保证
流动性：膜脂的流动性和膜蛋白的运动性
脂双层为液晶态二维流体：膜脂分子在脂单层平面内可以前后左右运动和彼此之间交换位置，脂类是以相对流动的状态存在，单分子长轴基本平行、排列保持一定方向，此时的膜可以看作是二维流体。在生理条件下，膜大多呈液晶态，在温度降到一定程度（<25℃），到达某个点时，脂双层性质会明显改变，这一临界温度称为膜的相变温度，由于温度变化导致膜状态的改变称为“相变”。膜的流动性是膜功能活动的保证。
膜脂分子的运动方式：侧向扩散、翻转运动、旋转运动、弯曲运动
影响膜脂流动性的因素：1.脂肪酸链的饱和程度（饱和度低，相变温度低，流动性强）2.脂肪酸链的长度（长度小，相变温度低，流动性强）3.胆固醇的双重调节作用（相变温度以上时，胆固醇分子起到稳定质膜、增加有序性的作用；当温度在相变温度以下时，胆固醇分子可以有效地防止低温时膜流动性的突然降低）4.卵磷脂与鞘磷脂的比值（比值降低，流动性变弱）5.膜蛋白的影响 6.膜脂的极性基团 7.环境温度 8.pH 9.离子强度等
膜蛋白的运动性：侧向扩散和旋转运动为主，与膜脂分子类似，但移动速度较慢
细胞膜的分子结构模型
1890年 E.Overton初步明确细胞膜的化学组成
1925年 E.Gorter和F.Grendel首次提出了脂双分子层是是细胞膜基本结构的概念
1935年 H.Davson和J.Danielli推测质膜中含有蛋白质成分并提出“片层结构模型”
1959年 J.D.Robertson在片层结构模型的基础上提出了“单位膜模型”
1972年 S.J.Singer和G.L.Nicolson提出“流动镶嵌模型”
1975年 Wallach提出“晶格镶嵌模型”
1977年 Jain和White提出“板块镶嵌模型”
脂筏模型深化了对膜结构和功能的认识
小分子物质和粒子的穿膜运输
膜的选择性通透和简单扩散
膜的选择性通透
决定因素：质膜固有的脂溶性和物质本身的性质
研究方法：人工脂双层膜方法
简单扩散
小分子物质穿膜运输的最简单方法
物质：脂溶性、非极性或不带电的小分子
条件：溶质在膜两侧保持一定的浓度差；溶质必须能透过膜
特点：不消耗生物能，不需要转运蛋白
膜运输蛋白介导的穿膜运输
膜运输蛋白
膜上存在的帮助极性和水溶性物质跨膜转运的特殊蛋白，占膜蛋白总数的15%~30%，全为多次穿膜蛋白，通常每种蛋白只转运某一特定类别的物质
分类：载体蛋白（转运体）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；通道蛋白形成一种水溶性通道贯穿脂双层，当通道受调控开放时允许特定的溶质（一般是无机离子）穿越细胞膜。载体蛋白既可介导被动运输，也可介导逆电化学梯度的主动运输；而通道蛋白只能介导顺电化学梯度的被动运输
被动运输（异化扩散）
通道蛋白和某些载体蛋白介导溶质不消耗能量的穿膜转运
特点：不消耗能量、需要膜运输蛋白、依靠物质的浓度差或膜两侧的电位差、结构特异性、有饱和现象、存在竞争性。
主动运输
载体蛋白介导的小分子物质逆电化学梯度、由低浓度一侧向高浓度一侧进行的穿膜运输方式
类型（按能量利用方式）：ATP驱动泵（ATP直接供能)、协同运输（ATP间接功能）
ATP驱动泵：P-型离子泵、V-型离子泵、F-型离子泵、ABC转运体
协同运输：共运输与对向运输
离子通道
通道特点：1.通道蛋白介导的是被动运输，通道是双向的，离子的净通量取决于电化学梯度，通道蛋白在转运过程中不与溶质分子结合。2.离子通道与被转运离子大小和所带电荷都有高度选择性。3.转运速率高。4.多数离子通道不是持续开放，离子通道开放受“闸门”控制。
类型：配体门控通道、电压门控通道、应力激活通道
水通道
分类：选择性水通道、水-甘油通道
水通道蛋白的结构
水通道对水分子的筛选机制：1.AQP1中央孔通道的直径（0.28nm）限制了比水分子大的小分子通过；2.AQP1中央孔通道内溶质结合位点的控制。
大分子和颗粒物质的穿膜运输
胞吞作用
吞噬作用
为细胞摄入较大的颗粒物质或多分子复合物进入细胞的过程
过程：吸附（不具明显专一性）、吞入
形成的膜泡：吞噬体、吞噬泡
范围：动物体中只有中性粒细胞、单核细胞及巨噬细胞
作用：吞噬入侵的微生物、清除损伤、衰老和凋亡的细胞。在机体防御和稳定内环境中发挥重要作用。
胞饮作用
细胞吞入大分子溶液物质或极微小颗粒物的活动
分类：液相内吞（细胞把细胞外液及其中可溶性物质摄入细胞内）、吸附内吞(细胞外大分子及/或小颗粒物质吸附在细胞表面，与糖蛋白的静电作用或与受体结合，具有一定的特异性）
范围：几乎所有真核细胞，在能形成伪足和转运功能活跃的细胞中多见
受体介导的胞吞
细胞通过受体的介导选择性高效摄取细胞外特定大分子物质的过程
有被小窝和有被小泡的形成
无被小泡形成并依次与内体和溶酶体融合
胞吐作用
是将细胞分泌产生的酶、激素及一些未被分解的物质排出细胞外的重要方式
连续性分泌：不受调节持续不断的细胞分泌
受调分泌：细胞外信号调控的选择性分泌
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
