细胞膜物质运输.pptx

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1、 细胞膜(cell membrane)又称质膜(plasma membrane)，是包围在细胞质表面的一层薄膜。细胞内还有丰富的膜结构，形成了细胞内各种膜性细胞器，称为细胞的内膜系统。第1页/共174页细胞膜细胞质 通常将质膜和细胞内膜系统总称为生物膜(biomembrane)。电镜下生物膜呈现“两暗一明”又被称为单位膜(unit membrane)第2页/共174页第一节 细胞膜的化学组成与分子结构 主要由脂类、蛋白质和糖类组成。膜中还含有少量水、无机盐和金属离子等。第3页/共174页一、细胞膜的化学组成（一）膜脂构成细胞膜的基本骨架 细胞膜上的脂类称为膜脂(membrane lipid)，

2、它是细胞膜的基本组成成分，约占膜成分的50。主要有三种：磷脂、胆固醇和糖脂，其中以磷脂含量为最多。第4页/共174页膜脂：生物膜上的脂类统称膜脂（50%）。脂 类油脂：类脂：油（液），脂肪（固）磷 脂糖 脂甾 类第5页/共174页(类脂)膜 脂磷脂 phospholipid糖脂 glycolipid胆固醇 cholesterolCH OHCH2OHCH2OH+甘油R1COOHR2 COOHR3COOH脂肪酸R1CCCH2OR2CCCHOR3CCCH2O油脂第6页/共174页1、磷脂构成膜脂的基本成分 可分为两类：甘油磷脂：磷脂酰胆碱(卵磷脂)、磷脂酰乙 醇胺(脑磷脂)、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇

3、 鞘磷脂 第7页/共174页RCCCH2ORCCCHORCCCH2O油脂磷脂酸RCCCH2ORCCCHORCOCH2O磷酸甘油酯 甘油磷脂（甘油，两条脂肪酸链，磷酸与含氮有机物结合）。2HPOHOO-ON第8页/共174页脂肪酸脂 肪 酸脂 肪 酸磷酸甘油酯极性头部基团（亲水）非极性尾部基团（疏水）CH CHCH2OOPOOOON COCO甘油磷 酸磷酸化醇双亲性分子（兼性分子）第9页/共174页CH3POCH2CH2NCH CHCH2OOCOOCOO脂肪酸脂肪酸CH3CH3磷脂酰胆碱（卵磷脂）OCH CHCH2OC磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）POCH2CH2NH2OOCOOO脂肪酸脂肪酸OPOCH

4、2HCCOOHNH2OCOCH CHCH2OOCOO脂肪酸脂肪酸磷脂酰丝氨酸O第10页/共174页鞘磷脂:以鞘氨醇代替甘油，长链的不饱和脂肪酸结合在鞘氨醇的氨基上。在神经元细胞膜中含量较多。第11页/共174页（一个鞘氨醇骨架，一条脂肪酸链，一个磷酰胆碱，无甘油）CH3（CH2）12CHCHCHCHCH2OHOHNH2鞘氨醇（2-氨基-4-十八碳烯-1，3-二醇）CH3（CH2）12CHCHCHCHCH2OOHNHCORP胆碱神经鞘磷脂第12页/共174页POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂 鞘磷脂及其代谢产物神经酰胺、鞘氨醇等，参与细胞增殖、分化和凋亡等各种细胞活动。第1

5、3页/共174页POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂POCH2HCCOOHNH2OCOCH CHCH2OOCOO脂肪酸脂肪酸磷脂酰丝氨酸OCH CHCH2OC磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）POCH2CH2NH2OOCOOO脂肪酸脂肪酸OCH3POCH2CH2NCH CHCH2OOCOOCOO脂肪酸脂肪酸CH3CH3磷脂酰胆碱（卵磷脂）O第14页/共174页第15页/共174页Cell membrane-Structure第16页/共174页极性头部平面甾环结构非极性尾部2、胆固醇能稳定膜和调节膜的流动性 第17页/共174页第18页/共174页第19页/共174页3、糖脂主要位于质

6、膜的非胞质面 细菌和植物细胞-糖脂均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称为鞘糖脂：第20页/共174页鞘胺醇糖脂与鞘磷脂相似，也是鞘氨醇的衍生物。POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂糖(Gal)半乳糖苷脂POCH2CH2NOOCH3CH3CH3神经酰胺O鞘磷脂糖 脂 分 子糖(Gal)糖(Gal)糖(Gal)糖(Gal)第21页/共174页 最简单的糖脂是脑苷脂，其极性头部仅有一个半乳糖或葡萄糖残基。较复杂的糖脂是神经节苷脂，其极性头部可含多达7个糖残基。所有细胞中，糖脂均位于质膜非胞质面，糖

7、基暴露于细胞表面。第22页/共174页 当这些两亲性分子被水环境包围时，这样可能存在两种形式：形成球状的分子团(micelk)，把尾部包藏在里面；形成双分子层，其游离端往往能自动闭合，形成自我封闭的脂质体。第23页/共174页水水水磷脂分子团磷脂双层磷脂脂质体 脂质体可用于膜功能的研究；脂质体也可以作为体内药物或DNA的运输载体。第24页/共174页（二）膜蛋白执行细胞膜的多种重要功能 细胞膜的许多重要功能主要是由膜中存在的蛋白质完成（转运蛋白、酶、连接蛋白、受体蛋白）。第25页/共174页 根据膜蛋白与脂双层结合的不同方式，膜蛋白可分为三种基本类型：内在膜蛋白(intrinsic membr

8、ane protein)或整 合膜蛋白(integral membrane protein)外在膜蛋白(extrinsic membrane protein)脂锚定蛋白(1ipid anchored protein)第26页/共174页1、内在膜蛋白（整合膜蛋白）又称跨膜蛋白(transmembrane protein)占膜蛋白总量的70%80。也是两亲性分子。分为单次跨膜、多次跨膜和多亚基跨膜蛋白三种类型。第27页/共174页1.单次跨膜：单条a-螺旋贯穿脂质双层。脂质双层非胞质面胞质面122.多次跨膜：数条a-螺旋几次折返穿越脂质双层。3.多亚基跨膜蛋白：第28页/共174页 内在膜蛋白跨

9、膜结构域是与膜脂结合的主要部位具体作用方式如下：(1)-螺旋 外部通过范德华力与脂双层分子脂肪酸链相互作用，这样就把蛋白质封闭在膜的脂“壁”中。(2)某些-螺旋内侧形成了特异性极性分子的跨膜通道。第29页/共174页 2、外在蛋白 又称外周蛋白(peripheral protein)占膜蛋白总量的2030，完全位于脂双层之外，分布在胞质侧或胞外侧。一般通过非共价键(如弱的静电作用)附着在脂类分子头部极性区或跨膜蛋白亲水区的一侧，间接与膜结合。第30页/共174页1.单次穿膜：脂质双层非胞质面胞质面122.多次穿膜：外周蛋白：附在膜的内外表面，非共价地结合在内在膜（镶嵌）蛋白上。跨膜蛋白第31页

10、/共174页 例如，红细胞的双凹外形即为外周蛋白（血影蛋白和锚蛋白）维持。外周蛋白一般用一些温和的方法，如改变溶液的离子强度或pH，即可将它们从膜上分离下来，而不需破坏膜的基本结构。第32页/共174页3、脂锚定蛋白 又称脂连接蛋白(1ipid-linked protein)这类膜蛋白位于膜的两侧，很像外周蛋白，但与其不同的是脂锚定蛋白以共价键与脂双层内的脂分子结合。第33页/共174页 脂锚定蛋白以两种方式通过共价键结合于脂类分子:一种位于质膜胞质一侧，直接通过与脂双层中的碳氢链形成共价键而被锚定在脂双层上。另一种方式是位于质膜外表面的蛋白质，通过与脂双层外层中磷脂酰肌醇分子相连的寡糖链共价

11、结合而锚定到质膜 第34页/共174页脂质双层非胞质面胞质面12脂锚定蛋白1：不穿越脂质双层的全部，而与胞质侧单层脂质的烃链结合。脂锚定蛋白2：与脂双层外层中磷脂酰肌醇分 子相连的寡糖链共价结合而锚 定到质膜(GPI)第35页/共174页 第二种又称为糖基磷脂酰肌醇锚定蛋白(GPI)。这种锚定形式与跨膜蛋白相比，在理论上有许多优点。运动性增大，有利于结合更多的蛋白质，有利于和其他细胞或有生理功能的胞外分子更快地结合和反应。第36页/共174页 要分离内在膜蛋白必须使用能破坏疏水作用并能瓦解脂双层的试剂，一般常使用去垢剂。第37页/共174页 十二烷基磺酸钠(SDS)为常用的离子型去垢剂，可把跨

12、膜蛋白与磷脂分开。Triton X一100是非离子去垢剂，也可使细胞膜崩解，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。第38页/共174页细胞内膜糖类糖类+膜脂共价键糖 脂糖类+膜蛋白糖蛋白共价键脂双层膜蛋白细胞衣 糖类约占质膜重量的210。（三）膜糖类覆盖细胞膜表面 第39页/共174页二、细胞膜的特性（一）膜的不对称性决定膜功能的方向性 膜的不对称性-是指细胞膜中各种成分种类和数量的分布是不均匀的，这与细胞膜的功能有密切关系。第40页/共174页第一：脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显不同。细胞膜非胞质侧：磷脂酰胆碱.鞘磷脂。胞质侧：磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸1、膜

13、脂的不对称性第41页/共174页第二：糖脂全部分布在非胞质侧的单层脂质分子中。带负电荷的磷脂酰丝氨酸主要在胞质侧，细胞膜内侧负电荷大于外侧。膜脂不对称性还表现在不同膜性细胞器中脂类成分组成不同：第42页/共174页第43页/共174页第一.膜蛋白分布是绝对不对称的各种膜蛋白在质膜中都有一定的位置。第二.糖蛋白上的低聚糖残基均位于膜的非胞质侧。第三.膜蛋白颗粒在内外两层中分布的不对称。2、膜蛋白的不对称性 第44页/共174页 膜分子结构的不对称性决定了膜内表面功能的不对称性冰冻蚀刻技术:第45页/共174页3、膜糖的不对称性 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

14、系统，寡糖侧链都分布于膜腔的内侧面(非胞质面)。第46页/共174页 膜组分分布不对称性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，使膜两侧具有不同的功能，保证了生命活动的高度有序性。第47页/共174页（二）膜流动性是膜功能活动的保证 流动性主要是指膜脂的流动性和膜蛋白的运动性。第48页/共174页1、膜脂双分子层是二维流体 即具有液晶态结构。它的组分既有固体所具有的分子排列的有序性，又具有液体的流动性。相变温度：当温度下降到某一点时，它可以从流动的液晶态转变为晶态；温度上升时又可以熔融为液晶态。第49页/共174页（1）侧向扩散运动:相邻分子互换位置速率达107次/秒,一

15、个脂质分子移动距离达104nm/20秒。（2）翻转（3）旋转（4）伸缩和振荡运动 2、膜脂分子能进行多种运动 第50页/共174页 (5)烃链的旋转异构运动：细胞膜脂类的脂肪酸烃链可以绕CC自由旋转而产生旋转异构体。在低温条件下，烃链呈全反式构象（伸展），相对流动性较低；随着温度升高，歪扭构象逐渐增多，烃链流动性增高。第51页/共174页(1)脂肪酸链的饱和程度 (2)脂肪酸链的长度3、多种因素影响膜脂的流动性 第52页/共174页(3)胆固醇的的双重调节作用：当温度在相变温度以上时，由于胆固醇分子的固醇环与磷脂分子的烃链部分相结合限制了膜的流动性，起到稳定质膜的作用。当温度在相变温度以下时。

16、由于胆固醇位于磷脂分子之间隔开磷脂分子，可有效地防止脂肪酸链相互凝聚，干扰晶态形成。第53页/共174页4.卵磷脂/鞘磷脂的比例 卵磷脂的脂肪酸链不饱和程度高，相变温度较低；鞘磷脂则相反，5.膜蛋白的影响 嵌入的蛋白越多，界面脂就越多，膜脂的流动性越小。第54页/共174页（2）旋转运动 1970年，Edidin等人运用细胞融合技术和荧光免疫技术，证实了膜蛋白的流动性。4、膜蛋白的运动性（1）侧向扩散：膜蛋白在膜脂中可以自由漂浮和在膜表面扩散。第55页/共174页小鼠细胞标记人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）异核细胞抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素B抗人膜蛋白抗体+荧光素A标记小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（

17、抗原）人细胞孵育（370C,40分钟）诱导融合膜蛋白(抗原）第56页/共174页膜的流动性具有十分重要的生理意义：如物质运输、细胞识别、信息转导等功能都与膜的流动性有密切关系。第57页/共174页三、细胞膜的分子结构模型 1890年，苏黎世大学的Ernest 0verton,推测细胞的表面有类脂层；1925年EGorter和FGrendel研究血影，第一次提出了脂双分子层是细胞膜基本结构的概念。第58页/共174页（一）片层结构模型 1935年，James Danielli和Hugh Davson提出“片层结构模型”：细胞膜是由两层磷脂分子构成，内外侧表面还覆盖着一层球形蛋白质分子，形成蛋白质

18、-磷脂一蛋白质三层夹板式结构。第59页/共174页脂双层蛋白质 认为质膜上有穿过脂双层的孔，小孔由蛋白质分子围成，其内表面具有亲水基团，允许水分子通过。第60页/共174页蛋白质：单层肽链 折叠结构（二）单位膜模型“两暗一明”细胞膜细胞质脂双层第61页/共174页第62页/共174页 20世纪60年代以后，一些新技术的发明和应用，如应用冰冻蚀刻技术显示膜中有蛋白质颗粒存在；应用红外光谱、旋光色散等技术证明膜蛋白主要不是片层结构，而是螺旋的球形结构。S.Jonathan Singer 和Garth Nicolson在1972年提出流动镶嵌模型。（三）流动镶嵌模型第63页/共174页1.膜中脂双层

19、构成膜的连贯主体，它既具有晶体分子排列的有序性，又具有液体的流动性。脂质双分子层极性头部疏水尾部第64页/共174页偏振光条件下的液晶 第65页/共174页2.膜中蛋白质分子以不同形式与脂双层分子结合。外周蛋白镶嵌蛋白第66页/共174页 流动镶嵌模型强调了膜的流动性和不对称性，较好地解释了生物膜的功能特点，它是目前被普遍接受的膜结构模型 3.糖类分布在膜的外表面（糖蛋白、糖脂）。第67页/共174页 不足：质膜在变化过程中怎样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等。1975年D.F.Wallach提出了一种“晶格镶嵌模型”。1977年，M.K.Jain和H.B.Whi

20、te又提出了“板块镶嵌模型”。第68页/共174页（四）脂筏模型 近来发现膜质双层内含有由特殊脂质和蛋白质组成的微区：富含胆固醇和鞘脂，其中聚集一些特定种类的膜蛋白。较少流动，被称为“脂筏”。脂筏周围则是富含不饱和磷脂的流动性较高的液态区。第69页/共174页 外层的微区主要含有鞘脂、胆固醇及GPI一锚定蛋白。脂筏中的脂类与相关的蛋白质在膜平面可进行侧向扩散。第70页/共174页两个特点：1.许多蛋白质聚集在脂筏内，便于相互作用；2.脂筏提供一个有利于蛋白质变构的环境，形成有效的构象。第71页/共174页脂筏的功能：是参与信号转导、受体介导的内吞作用以及胆固醇代谢运输等。当前的研究来看，脂筏功

21、能的紊乱已涉及HIV、肿瘤、动脉粥样硬化、Alzheimer病、疯牛病及肌营养不良等疾病。第72页/共174页第二节 小分子跨膜运输小分子运输：简单扩散、离子通道扩散、易化扩散和主动运输。大分子和颗粒物质的运输:通过胞吞和胞吐作用进行。第73页/共174页一、膜的选择性通透和简单扩散（一）膜的选择性通透 分子量越小、脂溶性越强，通过脂双层膜的速率越快。第74页/共174页 不需要消耗能量和不依靠专一膜蛋白分子而使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。必须满足两个条件：一是溶质在膜两侧保持一定的浓度差二是溶质必须能透过膜。第75页/共174页高浓度低浓度第76页/共174页 脂溶性物质

22、(非极性物质):苯.乙醇.氧.氮.SD.不带电荷小分子物质:水.尿素.二氧化碳适合自由扩散的物质:不适合自由扩散的物质:带电荷物质；较大的分子如甘油通过较慢，葡萄糖则几乎不能通过。第77页/共174页人类肺部内表面。图中的洞穴是肺气泡，这里是血液交换气体的地方。第78页/共174页疏水分子小，不带电的极性分子大，不带电的极性分子离子O2，CO2N2，苯H2O 尿素，甘油葡萄糖蔗糖H+，HCO3-Na+，K+,Cl-,Mg2+人工脂双层的相对通透性第79页/共174页二、膜转运蛋白介导的跨膜运输 细胞膜中有特定的膜蛋白称为膜转运蛋白(membrane transport protein)。运输各

23、种离子、葡萄糖、氨基酸、核苷酸及许多细胞代谢产物。第80页/共174页 所有膜转运蛋白都是跨膜蛋白，它们的肽链穿越脂双层，能使被转运的物质通过细胞膜。通常每种膜转运蛋白只转运一种特定类型的溶质。第81页/共174页通道蛋白：通道蛋白形成一种水溶性通道，当通道开放时特定的溶质(一般是无机离子)可经过通道穿越细胞膜。载体蛋白：载体蛋白与特定的溶质结合，改变构象使溶质穿越细胞膜。被动运输(passive transport)膜转运蛋白主要有两类：第82页/共174页 细胞也需要逆电化学梯度转运一些溶质，这时不但需要转运蛋白的参与，还需要消耗能量(多数是指ATP)，我们把细胞膜的这种利用代谢产生的能量

24、来驱动物质的逆浓度梯度的转运称为主动运输(active transport)。第83页/共174页（一）离子通道高效转运各种离子 各种离子的穿膜速率很高，可在数毫秒内完成，这种高效率的转运是借助膜上的通道蛋白完成的。第84页/共174页 目前已发现的通道蛋白有100余种，通道蛋白的中心有一个对离子高度亲和的亲水性通道，又称离子通道(ion channel)。第85页/共174页特点：通道蛋白介导的是被动运输，通道蛋白在转运过程中不与溶质分子结合。离子通道有高度的选择性。转运速率高，比载体蛋白所介导的最快转运速率高约1 000倍。多数离子通道不是持续开放，离子通道开放受“闸门”控制。第86页/共

25、174页高浓度低浓度通道蛋白通道蛋白(非门控性)第87页/共174页 通常根据通道门控机制的模式不同和所通透离子的种类将门控通道大致分为三大类：(1)配体门控通道：实际上是离子通道型受体，它们与细胞外的特定配体(1igand)结合后，发生构象改变，结果将“门”打开。第88页/共174页 物质顺浓度梯度经过通道蛋白扩散到细胞膜的另一侧。通道蛋白配体高浓度低浓度第89页/共174页第90页/共174页 乙酰胆碱受体(nAChR)是典型的配体门控通道(图4一18)。是五聚体跨膜蛋白(2 )M2亚基上的亮氨酸残基伸向孔内形成一个纽扣结构。第91页/共174页(2)电压门控通道：膜两侧跨膜电位的改变是控

26、制电压门控通道开放与关闭的直接因素。电压门控通道主要存在于神经元、肌细胞及腺上皮细胞等可兴奋细胞，包括钾通道、钙通道、钠通道和氯通道。第92页/共174页(3)应力激活通道：是通道蛋白感应力而改变构象，开启通道使“门”打开离子通过亲水通道进人细胞，产生电信号。如内耳毛细胞顶部的听毛细胞。第93页/共174页（二）载体蛋白介导的易化扩散 一些非脂溶性(或亲水性)的物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等，需在载体蛋白的介导下 运输。第94页/共174页 在载体蛋白的介导下，不消耗细胞的代谢能量，顺物质浓度梯度或电化学梯度进行转运，这种方式称为易化扩散(facilitated diffusi

27、on)或帮助扩散。与简单扩散相同，二者都被称为被动运输。第95页/共174页可运输一些亲水性物质和无机离子等。载体蛋白高浓度低浓度第96页/共174页高浓度低浓度 一种载体蛋白可特异性的连接和传送一种特定的分子跨膜，这种运输方式比单纯扩散速率大大增加。第97页/共174页第98页/共174页 易化扩散的速率在一定限度内同溶质的浓度差成正比，当扩散率达一定水平，就不再受溶质浓度的影响。与之相比，简单扩散的速率总是与溶质浓度差呈正比。第99页/共174页Km 转运分子浓度载体介导的易化扩散简单扩散转运速率Vmax1/2Vmax 当所有的结合部位均被溶质分子占据。这时的转运速率达到最大值(Vmax)

28、。第100页/共174页（三）载体蛋白介导的主动运输 主动运输是载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度，由低浓度一侧向高浓度一侧进行的跨膜转运方式。主动运输需要能选择性结合特定溶质分子的载体蛋白，还要消耗代谢能。第101页/共174页 动物细胞根据主动运输过程中利用能量的方式不同，主动运输可分为：ATP直接提供能量(ATP驱动泵)，ATP间接提供能量两种主要类型。第102页/共174页1、离子泵直接水解ATP进行主动运输 1957年后，J.C.Skou发现 Na+-K+-ATP酶，实际上就是膜上的一种ATP酶(ATPase)。它可以利用水解ATP提供的能量，实现离子或小分子逆浓度或电化学梯度

29、的跨膜运动。第103页/共174页（1）Na+-K+泵：为Na+-K+ATP 酶，具有载体和酶的双重作用。小亚基:为细胞膜外侧半嵌合糖蛋白,其作用机制不详。大亚基：为贯穿膜全层的脂蛋白,是该酶的催化部位。膜外表面有2个高亲和K+结合位点，也是乌本苷高亲和结合位点。-亚基的胞质面有3个高亲和Na+结合位点，可以结合3个Na+。第104页/共174页细胞质Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+小亚基大亚基大亚基ATPADP+Pi钾浓度梯度30倍钠浓度梯度13倍小亚基大亚基大亚基小亚基大亚基

30、大亚基Pi钠结合部位钾结合部位Na+Na+Na+Na+K+Mg+PiPiK+K+K+大亚基小亚基大亚基大亚基小亚基大亚基大亚基第105页/共174页细胞质Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+小亚基大亚基大亚基ATPADP+Pi钾浓度梯度30倍钠浓度梯度13倍小亚基大亚基大亚基小亚基大亚基大亚基Pi钠结合部位钾结合部位Na+Na+Na+Na+K+Mg+PiPiK+K+K+大亚基小亚基大亚基大亚基小亚基大亚基大亚基第106页/共174页第107页/共174页 水解一个ATP分子，可输出3

31、个Na+，转入2个K+。每秒钟可发生约1 000次构象变化。当N+-K+泵抑制剂乌本苷在膜外侧占据K+的结合位点后，Na+-K+-ATP酶活性可被抑制；当抑制生物氧化作用的氰化物使ATP供应中断时，Na+-K+泵失去能量来源而停止。第108页/共174页（2）Ca2+泵：真核细胞细胞质中含有极低浓度的Ca2+（10-7molL），而细胞外Ca2+浓度却高得多（约10-3molL）。Ca2+泵也是ATP酶，每水解一个ATP分子，能逆浓度梯度转运2个Ca2+进入肌浆网或泵出细胞。第109页/共174页2、离子浓度驱动的协同运输 细胞所建立的各种浓度梯度，如Na+、K+和H+浓度梯度，是储存自由能的

32、一种方式。协同运输(cotransport)：是一类由Na+-K+泵(或H+泵)与载体蛋白协同作用，间接消耗ATP所完成的主动运输方式。第110页/共174页 根据溶质运输方向与Na+顺电化学梯度转移方向的关系，又可分为同向运输(symport)与对向运输(antiport)。物质跨膜运动所需要的直接动力来自膜两侧离子的电化学梯度，而维持这种离子电化学梯度则是通过Na+-K+泵(或H+泵)消耗ATP所实现的。第111页/共174页 参与葡萄糖同向运输的载体蛋白称为Na+葡萄糖协同转运蛋白：它在质膜外表面结合2个Na+和1分子葡萄糖，当Na+顺浓度梯度进入细胞时，葡萄糖就利用Na+电化学浓度差的

33、势能，与Na+相伴随逆浓度梯度进入细胞。第112页/共174页 进入细胞的Na+被Na+-K+-ATP酶泵出细胞外，以保持Na+的跨膜浓度梯度。这种运输所消耗的能量，实际上是由ATP水解间接提供的。小肠上皮细胞就是利用这种机制来吸收葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖、氨基酸等。葡萄糖一旦进入细胞内，再以易化扩散方式通过基膜进入血流。第113页/共174页低低葡萄糖Na+葡萄糖Na+葡萄糖Na+Na+K+泵K+葡萄糖-Na+同向转运被动的葡萄糖单向转运肠腔细胞外液高葡萄糖浓度第114页/共174页 离子浓度梯度也可用来驱动对向运输。如Na+-H+交换载体，这种载体蛋白使Na+顺浓度梯度流进与H+泵出，

34、从而清除细胞代谢过程中产生的过多的H+。第115页/共174页 上述各种“主动运输”方式的特点是：逆浓度或电化学梯度跨膜转运；需要消耗量，可直接利用水解ATP或来自离子电化学梯度提供能量；需要膜上特异性载体介导，这些载体有特异的结合位点，又有结构上的可变性。第116页/共174页第三节 大分子颗粒物质的跨膜运输 大分子和颗粒物质被运输时通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成转运过程，故称为膜泡运输(vesicular transport)。第117页/共174页 在这种形式的转运过程中涉及膜泡的融合与断裂，需要消耗能量，也属于主动转运。这种运输方式常转运较大量的大分子或颗粒物质，又称为批量运输(b

35、ulk transport)。膜泡运输不仅发生在质膜的跨膜运输中，胞内各种膜性细胞器之间的物质运输也是以这种方式进行的。第118页/共174页胞饮作用pinocytosis吞噬作用phagocytosis受体介导的胞吞作用receptor mediated endocytosis第119页/共174页胞吐作用吞噬作用吞噬体phagosome胞饮作用吞饮体pinosome第120页/共174页胞吐作用吞噬作用胞饮作用第121页/共174页一、胞吞作用（一）吞噬作用 动物细胞中，只有中性粒细胞、单核细胞及巨噬细胞等，摄取较大的固体颗粒或分子复合物(直径250nm)。吞噬形成的膜泡称为吞噬体(pha

36、gosome)或吞噬泡(phagocytic)。在机体防御系统中发挥重要作用。第122页/共174页第123页/共174页5 5 mm吞噬性白血细胞吞噬性白血细胞酵母细胞酵母细胞第124页/共174页（二）胞饮作用 是细胞非特异地摄取细胞外液滴的过程。包围液体物质，形成胞饮体(pinosome)或胞饮泡(pinocytic vesicle)，直径小于150nm。第125页/共174页分为两种类型：一种是液相内吞：是一种非特异的固有内吞作用。另一种是吸附内吞：细胞外大分子和(或)小颗粒物质首先以某种方式吸附在细胞表面，因此具有一定的特异性。第126页/共174页（三）受体介导的内吞作用 是细胞通

37、过受体的介导摄取细胞外专一性蛋白质或其他化合物的过程。能使细胞特异地摄取细胞外含量很低的成分，而不需要摄人大量的细胞外液。与非特异的胞吞作用相比。可使特殊大分子的内化效率增加1 000多倍。第127页/共174页1、有被小窝和有被小泡的形成 受体集中在质膜的特定区域，称为有被小窝(coated pits)。直径约50100nm，凹陷处的质膜内表面覆盖着一层毛刺状电子致密物，其中包括网格蛋白(clathrin)和衔接蛋白(adaptor protein)。第128页/共174页第129页/共174页第130页/共174页 网格蛋白也称作笼蛋白，是一种蛋白复合物三腿蛋白复合物 36个三腿蛋白复合物

38、聚合六角形或五角形的篮网状结构，覆盖于有被小窝细胞质侧表面。第131页/共174页第132页/共174页网格蛋白包被有被小窝有两个作用：1）捕获膜上的受体使其聚集于有被小窝内。2）牵拉质膜向内凹陷，形成有被小泡。第133页/共174页 在包被成分中。还有一种衔接蛋白，介于网格蛋白与配体-受体复合物之间，参与包被的形成并起连接作用。在受体介导的内吞作用中，网格蛋白没有特异性，其特异性受衔接蛋白的调节。第134页/共174页衔接蛋白第135页/共174页 成纤维细胞质面的网格蛋白被膜小窝的电子显微镜照片 第136页/共174页 有被小窝开始内陷 有被小泡，还需要“发动蛋白(dynamin)”的参与

39、。该蛋白是一个螺旋状的领圈结构，环绕在内陷的有被小窝的颈部 水解GTP，构象改变 将有被小泡从质膜上切离下来 形成网格蛋白有被小泡。第137页/共174页有被小泡的掐断过程 第138页/共174页 有被小泡脱离 脱去包被成无被小泡，继而与早期内体融合。早期内体的低pH改变了受体和配体分子的亲和状态，从而释放出与其结合的配体分子。受体与配体分离后，受体将返回质膜。开始下一轮的内吞作用。第139页/共174页第140页/共174页2、受体介导的LDL内吞作用 胆固醇在肝脏中合成并包装成低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)在血液中运输。LDL为球形颗粒=由载脂蛋白（

40、LDL受体的配体）+酯化胆固醇 +磷脂+游离胆固醇。第141页/共174页第142页/共174页细胞质LDL颗粒LDL受体有被小窝有被小泡无被小泡胞内体受体与大分子颗粒分开胞内体部分胞内体部分 初级溶酶体吞噬溶酶体受体再循环第143页/共174页细胞质第144页/共174页二、胞吐作用 又称外排作用或出胞作用。是指细胞内合成的物质通过囊泡转运至细胞膜，与质膜融合后将物质排出细胞外的过程。根据外排方式的不同，将胞吐作用分为结构性分泌途径和调节性分泌途径两种形式。第145页/共174页（一）结构性分泌途径分泌蛋白ER合成高尔基体细胞膜普遍存在所有动物细胞中。第146页/共174页（二）调节性分泌途

41、径 这种分泌途径只存在于特化的分泌激素、酶、神经递质的细胞。分泌蛋白ER合成储存于G.C分泌囊泡胞内Ca2+升高启动胞吐过程信号刺激第147页/共174页结构性分泌调节性分泌第148页/共174页 综上所述，细胞膜对物质运输有多种机制，概括起来主要有：小分子和离子的跨膜运输，又分为被动运输和主动运输两种形式。另一种是大分子和颗粒物质的膜泡运输，又分为胞吞作用和胞吐作用。第149页/共174页第四节 细胞表面及其特化结构细胞表面(cell surface):是指包围在细胞质外层的一个结构复合体系和多功能体系。是以质膜为主体，包括质膜外的细胞外被(cell coat)和质膜内侧的胞质溶胶(cyto

42、sol)。广义的细胞表面还包括细胞连接和一些特化结构。第150页/共174页胞质溶胶吸附糖蛋白蛋白聚糖第151页/共174页一、细胞外被和胞质溶胶 在大多数真核细胞表面有富含糖类的周缘区，被称为细胞外被(cell coat)或糖萼(glycocalyx)。厚约1020nm。细胞外被中的糖类包括糖蛋白和糖脂相连的低聚糖侧链，分泌出来吸附于细胞表面的糖蛋白与蛋白聚糖的多糖侧链。第152页/共174页 现在细胞外被一般用来指与质膜相连接的糖类物质（糖蛋白和糖脂向外延伸的寡糖链部分），而不把细胞外覆盖物称为细胞外物质或胞外结构。因此细胞外被实质上是质膜一部分。第153页/共174页细胞外被的基本功能：

43、保护作用。有助于润滑、防止机械损伤；同时又可保护黏膜上皮不受消化酶的作用；细胞的识别；参与细胞的物质运输、接触抑制、形态形成与分化等过程；并且与免疫识别、癌变都有十分密切的关系。第154页/共174页胞质溶胶 是质膜下0.1-0.2微米的液体物质，含高浓度蛋白质，分布较多微管微丝。第155页/共174页二、细胞表面的特化结构1、微绒毛 是细胞膜和细胞质共同突向腔面的指状突起，直径0.1 m。微绒毛表面是质膜和糖被，内部是细胞质的延伸部分，其中心有许多纵形排列的微丝直达微绒毛的顶端。第156页/共174页 微绒毛的存在，扩大了上皮细胞吸收表面积约2030倍，有利于对营养物质的吸收。游走细胞(单核

44、、中性粒细胞、淋巴及巨噬细胞等)的微绒毛是细胞运动工具。第157页/共174页人的小肠绒毛 第158页/共174页2、纤毛和鞭毛 纤毛(cillia)和鞭毛(flagella)是细胞表面向外伸出的细长突起。比微绒毛粗而且长，能摆动，光镜下能看见。表面围以细胞膜，内为细胞质，含有沿整个纤毛纵向排列的微管。第159页/共174页气管上皮纤毛细菌鞭毛第160页/共174页3、褶皱 褶皱(ruffle)或片状伪足(1amellipodium)是细胞表面的临时性扁状突起。它不同于微绒毛，宽而扁。褶皱是细胞的吞饮装置。巨噬细胞表面的皱褶第161页/共174页第五节 细胞膜异常与疾病一、载体蛋白异常与疾病1

45、、胱氨酸尿症 是一种遗传性膜转运异常疾病。是肾小管上皮细胞转运胱氨酸及二氨基氨基酸(赖氨酸、精氨酸及鸟氨酸)的载体蛋白缺陷引起的疾病。第162页/共174页 病人肾小管上皮细胞对四种氨基酸重吸收发生障碍，氨基酸排出过量形成尿路结石，引起肾损伤。第163页/共174页2、肾性糖尿 是肾小管上皮细胞葡萄糖重吸收障碍，在血糖正常情况下尿中出现葡萄糖。第164页/共174页二、离子通道异常与疾病 囊性纤维化(cystic fibrosis，CF）是白种人中最常见的致死性常染色体隐性遗传病。由于大量黏液阻塞全身外分泌腺所致慢性阻塞性肺疾病和胰腺功能不全。临床表现：咳嗽、黏痰及肺部感染、长期慢性腹泻、吸收

46、不良综合征、生长发育迟缓等。第165页/共174页 患者的质膜上缺失囊性纤维跨膜转导调节子（CFTR）Cl-离子通道，Cl-和水不能进入呼吸道分泌的黏液中去，造成纤毛摆动困难，不能向外排除分泌物而易于引发细菌感染。第166页/共174页三、膜受体异常与疾病1、家族性高胆固醇血症 是一种常染色体显性遗传病，LDL受体缺乏或受体结构异常，重型纯合子病人常在20岁前后出现动脉硬化，死于冠心病。第167页/共174页第168页/共174页第169页/共174页2、重症肌无力 是一种自身免疫性疾病，也是一种受体异常的疾病。患者产生了抗N-Ach的抗体。此抗体与神经一肌接头处突触后膜上的受体结合，使乙酰胆碱不能与受体结合，从而封闭了乙酰胆碱的作用，引起重症肌无力症。第170页/共174页第171页/共174页胞吐作用第172页/共174页第173页/共174页感谢您的观看！第174页/共174页