细胞的基本功能（一二节）

详细介绍了细胞的物质转运功能和信号转导功能。

细胞的基本功能（一二节）

• 第一节 细胞膜的物质转运功能
  • 第一节 细胞膜的物质转运功能
    • 分子组成：脂质（lipid）、蛋白质（protein）和少量糖类
      • (一)细胞膜的脂质
        • 脂质种类：
          • 磷脂 >70%
          • 胆固醇 <30%
          • 糖脂 <10%
        • 脂质分布：不对称
        • 脂质特性：
          • 双嗜性
            • 意义：形成膜脂质双层
          • 流动性
            • 意义：蛋白或脂质分子侧向移动；承受张力变形不易破裂。
            • 影响：胆固醇↑、长而饱和的脂肪酸↑、蛋白质含量↑，流行性↓
      • （二）细胞膜的蛋白
        • 表面膜蛋白
    • 分子在膜中的排列形式：液态镶嵌模型（1972年）
  • 二、跨细胞膜的物质转运
    • • （一）单纯扩散 (simple diffusion)
        • 概念： 物质从细胞膜的高浓度一侧通过脂质分子间隙向低浓度一侧进行的跨膜扩散
        • 单纯扩散转运的物质：
          • O2、CO2、N2、NO、NH3 （最快）、 尿素、乙醚、乙醇、甘油、类固醇激素、水
        • 单纯扩散转运的特点
          • 无需消耗能量
          • 无需膜蛋白“帮助”: 没有生物学转运机制（只是物理现象）
          • 无饱和性
      • （二）易化扩散
        • 概念：非脂溶性的小分子物质或带电离子在膜蛋白帮助下，顺浓度梯度和（或）电位梯度进行的跨膜转运
        • 1. 经通道易化扩散
          • 概念：
            • 在通道蛋白的介导下，溶液中的Na+、K+、Ca2+等带电离子顺浓度梯度和（或）电位梯度的跨膜扩散
          • 特性：
            • 离子选择性（Na+通道、K+通道、Ca2+通道、Cl-通道、阳离子通道等）；
              • 决定因素：孔道口径、化学结构、带电电荷等
            • 门控特性（闸门）
              • 电压门控通道（voltage-gated ion channel）
                • 如：产生动作电位的电压门控钠通道
              • 化学/配体门控通道（chemical/ligand-gated ion channel）
                • 如：骨骼肌终板膜上的N型胆碱能受体
              • 机械门控通道（mechanically-gated ion channel）
                • 如：动脉平滑肌细胞上的机械门控钾通道
        • 2.经载体易化扩散（载体 carrier/ 转运体 transporter）
          • 概念：在载体蛋白的介导下，水溶性小分子物质顺浓度梯度进行的跨膜转运
            • 转运机制：
              • 结合-构象变化-解离
              • 不同于通道；转运速度慢（200~50000 个/秒）
            • 转运的物质：
              • 葡萄糖、氨基酸、核苷酸等
            • 载体转运特点
              • 结构特异性
                • 载体与被转运底物的结构匹配
                • 葡萄糖转运体（右旋）；氨基酸转运体等
              • 饱和现象
                • 载体及结合位点数量有限
              • 竟争性抑制
                • 结构类似物经同一载体转运时发生
      • （三）主动转运 (active transport)
        • 在膜蛋白帮助下，利用细胞代谢能量将物质逆浓度梯度（和）或电位梯度跨膜转运的过程
          • 1.原发性主动转运 (primary active transport)
            • 概念：细胞直接利用代谢能量（分解ATP）将物质逆浓度梯度和（或）电位梯度跨膜转运的过程（膜蛋白也称离子泵）
            • 种类：Na+-K+泵；Ca2+泵；质子泵
              • Na+泵（Na+-K+泵）
                • 本质：Na+-K+依赖式ATP酶
                • 转运过程：
                • 作用：
                  • 维持细胞内高K+、细胞外高Na+
                • 意义：
                  • 控制细胞容积，防止细胞水肿
                  • 为继发性主动转运提供动力
                  • 为细胞生物电活动提供条件（形成浓度梯度）
                  • 胞内高K+是许多代谢反应所必需（如蛋白合成）
                  • 钠泵是生电泵，可直接影响静息电位
              • 钙泵（calcium pump）
                • 本质：Ca2+ -ATP酶
                • 作用：逆浓度梯度转运Ca2+，使胞浆内Ca2+浓度仅为细胞外的万分之一
                • 分布及特征：
                  • 细胞膜（消耗1分子ATP，转运1Ca2+到胞外）
                  • 肌浆网、内质网、线粒体（1次转运2Ca2+到细胞器内）
          • 2.继发性主动转运（secondary active transport）
            • 概念：利用原发性主动转运建立的离子浓度差，在离子顺浓度差扩散的同时将其他物质逆浓度梯度（和）或电位梯度进行的跨膜转运，也称联合转运（co-transport）
            • 分类：
              • 同向转运（symport）
                • 如Na+和葡萄糖（或氨基酸）在肠黏膜上皮细胞的同向转运；
              • 反向转运（antiport ,exchange）
                • 如Na+-Ca2+交换、Na+-H+交换等
      • （四）膜泡运输
        • 大分子和颗粒物质进出细胞时，先由膜包围形成囊泡，再经膜包裹、膜融合和膜离断等一系列过程批量进出细胞
          • 1. 出胞（exocytosis）
            • 概念：指细胞内大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程，亦称胞吐
              • 如激素分泌、神经递质释放、消化液的分泌等
            • 出胞的两种形式：
              • 持续性 如小肠黏膜分泌黏液
              • 调节性 如神经递质释放，通常受Ca2+浓度的调节
          • 2.入胞（endocytosis）
            • 细胞外的大分子物质或团块被细胞膜包裹后，以囊泡的形式进入细胞的过程，亦称胞吞
              • 吞噬（转运物为固体）
              • 吞饮（转运物为液体）
• 第二节 细胞的信号转导功能
  • 一、信号转导概述
    • （一）信号转导的概念
      • 1.信号转导（signal transduction）
      • 2.跨膜信号转导（transmembrane signal transduction）
      • 3.信号分子（signal molecule）
      • 4.信使分子（messenger molecule）
      • 5.信号转导通路（signal transduction pathway 或 signaling pathway）
    • （二）信号转导的生理意义
    • （三）主要的信号转导通路
    • （四）信号网络系统
      • 各种信号转导通路间存在更为复杂的联系，构成信号间的交互对话（cross-talk）甚至是信号网络（signaling network）系统
    • （五）信号转导与人类疾病
      • 信号转导通路及信号网络中各信号分子、信号分子间以及信号通路间的相互作用的改变，是许多人类疾病的分子基础
      • 已在癌症、动脉硬化、心肌肥大、炎症性疾病以及神经退行性疾病等发生发展的病理机制研究中取得了显著进展
    • 几种主要信号转导通路的模式图
  • 二、离子通道型受体介导的信号转导
    • 离子通道型受体（ion channel receptor）或促离子型受体（ionotropic receptor）
    • 电压门控通道和机械门控通道，归入离子通道型受体介导的信号转导中
    • 跨膜离子电流：路径简单和速度快，适于完成神经电信号的快速传递
  • 三、G蛋白耦联受体介导的信号转导
    • G蛋白耦联受体（G protein-linked receptor）或促代谢型受体（metabotropic receptor）
    • 多级信号分子的中继：缓慢、作用范围大、放大作用明显
    • G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导通路
    • （一）主要的信号蛋白和第二信使
      • 1. G蛋白耦联受体（G protein-linked receptor）
        • 由一条7次穿膜的肽链构成
        • 主要包括： 肾上腺素能受体、ACh 受体、 嗅觉受体、5-羟色氨受体等。
      • 2. G蛋白（G protein）或鸟苷酸结合蛋白 （guanine nucleotide-binding protein）
      • 3. G蛋白效应器（G protein effector）
        • G蛋白直接作用的靶标，即催化生成或分解第二信使的酶，调节离子通道。
        • 主要有：AC 、GC 、PLC 、PLA2、PDE。
      • 4. 第二信使（second messenger）
        • 定义：指激素、递质、细胞因子等细胞外的信使分子（第一信使）作用于膜受体后产生的细胞内信号分子。它们将细胞外信号分子携带的信息转入胞内。
        • 主要有：cAMP、 cGMP、 IP3、 DG、Ca2+、花生四烯酸 （AA）及其代谢产物
      • 5. 蛋白激酶（protein kinase）
        • 功能
          • 使蛋白质磷酸化，Phosphorylation
        • 类型
          • cAMP-dependent protein kinase, protein kinase A, PKA
          • Ca2+-dependent protein kinase, protein kinase C, PKC
    • （二）常见的信号转导通路
      • 1.受体-G蛋白-AC-cAMP-PKA通路
      • 2.受体-G蛋白-PLC-IP3-Ca2+和DG-PKC通路
      • 3. Ca2+信号系统
  • 四、酶联型受体介导的信号转导
    • （一）酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合型受体
      • 酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor，TKR）或受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinase）
      • 酪氨酸激酶结合型受体（tyrosine kinase associated receptor，TKAR）
    • （二）鸟苷酸环化酶受体
      • 鸟苷酸环化酶受体-GC-cGMP-PKG通路
    • （三）丝氨酸/苏氨酸激酶受体
  • 五、招募型受体介导的信号转导
  • 六、核受体介导的信号转导