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1、 第二章第二章第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能细胞的基本功能细胞的基本功能 Function of cellFunction of cell 第一节第一节第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能一、一、一、一、细胞膜的结构概述细胞膜的结构概述细胞膜的结构概述细胞膜的结构概述 液态镶嵌模型液态镶嵌模型液态镶嵌模型液态镶嵌模型(fluid mosaic modelfluid mosaic model)以液态脂质双分子层为基架以液态脂质双分子层为基架以液态脂质双分子层为基架以液态脂质双分子层为基架,其间镶嵌有其间
2、镶嵌有其间镶嵌有其间镶嵌有 不同结构和功能的蛋白质不同结构和功能的蛋白质不同结构和功能的蛋白质不同结构和功能的蛋白质 1.1.1.1.脂质双分子层脂质双分子层脂质双分子层脂质双分子层:磷脂磷脂磷脂磷脂、胆固醇胆固醇胆固醇胆固醇双嗜分子构双嗜分子构双嗜分子构双嗜分子构 成基架成基架成基架成基架,体温条件下具有流动性体温条件下具有流动性体温条件下具有流动性体温条件下具有流动性 2.2.2.2.蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质:分分分分表面蛋白表面蛋白表面蛋白表面蛋白(如如如如:RBC:RBC:RBC:RBC骨架蛋白骨架蛋白骨架蛋白骨架蛋白)和和和和 整合蛋白整合蛋白整合蛋白整合蛋白(载体、通道、离子泵、转
3、运体载体、通道、离子泵、转运体载体、通道、离子泵、转运体载体、通道、离子泵、转运体)3.3.3.3.糖类糖类糖类糖类:与脂质或蛋白与脂质或蛋白与脂质或蛋白与脂质或蛋白结合生成结合生成结合生成结合生成糖蛋白糖蛋白糖蛋白糖蛋白或或或或糖糖糖糖 脂脂脂脂成为抗原决定簇、受体可识别部分成为抗原决定簇、受体可识别部分成为抗原决定簇、受体可识别部分成为抗原决定簇、受体可识别部分二、膜的跨膜物质转运功能二、膜的跨膜物质转运功能 跨膜转运跨膜转运 transmembrane transport:体内各种物质经过细胞膜进出细胞的过程。体内各种物质经过细胞膜进出细胞的过程。转运方式转运方式:单纯扩散单纯扩散 被动
4、转运被动转运 passive transport 易化扩散易化扩散 原发性主动转运原发性主动转运 主动转运主动转运 active transport 继发性主动转运继发性主动转运 出胞和入胞作用出胞和入胞作用膜膜蛋蛋白白介介导导(一一一一)单纯扩散单纯扩散单纯扩散单纯扩散 Simple diffusionSimple diffusion 脂溶性脂溶性脂溶性脂溶性物质由高物质由高物质由高物质由高低浓度侧的净移动。低浓度侧的净移动。低浓度侧的净移动。低浓度侧的净移动。通量通量通量通量(fluxflux):摩尔摩尔摩尔摩尔/cm/cm2 2.秒秒秒秒 扩散扩散扩散扩散 浓度差浓度差浓度差浓度差 膜通
5、透性膜通透性膜通透性膜通透性(脂溶性脂溶性脂溶性脂溶性,分子量分子量分子量分子量,带带带带 电状况电状况电状况电状况)单纯扩散物质：单纯扩散物质：单纯扩散物质：单纯扩散物质：OO2 2、COCO2 2、乙醇、乙醇、乙醇、乙醇、尿素、少量激素、尿素、少量激素、尿素、少量激素、尿素、少量激素、水水水水(还可通过水通道还可通过水通道还可通过水通道还可通过水通道water channelwater channel 即水孔蛋白即水孔蛋白即水孔蛋白即水孔蛋白aquaprinaquaprin来跨膜转运来跨膜转运来跨膜转运来跨膜转运)(二二二二)易化扩散易化扩散易化扩散易化扩散 Facilitated dif
6、fusionFacilitated diffusion 非脂溶性非脂溶性非脂溶性非脂溶性物质借助细胞膜蛋白质物质借助细胞膜蛋白质物质借助细胞膜蛋白质物质借助细胞膜蛋白质(通通通通 道、载体道、载体道、载体道、载体)帮助顺电化学梯度的跨膜转运。帮助顺电化学梯度的跨膜转运。帮助顺电化学梯度的跨膜转运。帮助顺电化学梯度的跨膜转运。特点特点特点特点:由高到低由高到低由高到低由高到低顺浓度差顺浓度差顺浓度差顺浓度差扩散扩散扩散扩散(离子扩散还离子扩散还离子扩散还离子扩散还 与电位差有关与电位差有关与电位差有关与电位差有关)转运蛋白与转运物质间有转运蛋白与转运物质间有转运蛋白与转运物质间有转运蛋白与转运物
7、质间有选择性选择性选择性选择性 转运蛋白的功能转运蛋白的功能转运蛋白的功能转运蛋白的功能受环境因素受环境因素受环境因素受环境因素的影响的影响的影响的影响1.1.经载体的易化扩散经载体的易化扩散 Facilitated diffusion via carrier转运物质转运物质:小分子物质小分子物质,如如GS、AA、核苷酸核苷酸载体：载体：是是贯穿脂质贯穿脂质双层的整双层的整合蛋白。合蛋白。经载体的易化扩散的经载体的易化扩散的特点：特点：顺顺浓度差浓度差转运转运,速度速度比比依溶质物理特依溶质物理特 性预期的性预期的快快;饱和现象饱和现象saturation;结构特异性结构特异性:如对如对GS转
8、运转运,只转运右只转运右 旋旋GS,因为载体是因为载体是D-GS carrier或称或称 glucose transporter;竞争抑制竞争抑制competitive inhibition;2.2.2.2.经通道的易化扩散经通道的易化扩散经通道的易化扩散经通道的易化扩散 Facilitated diffusionFacilitated diffusion via channelvia channel：转运转运转运转运物质物质物质物质:带电离子带电离子带电离子带电离子 离子通道离子通道：是一类贯穿脂质双层的、中央带有亲是一类贯穿脂质双层的、中央带有亲水性孔道的膜蛋白。水性孔道的膜蛋白。通道的分
9、类通道的分类：化学门控通道化学门控通道 Chemically-gated channel 电压门控通道电压门控通道 Voltage-gated channel机械门控通道机械门控通道 Mechanical-gated channel电压门控通道电压门控通道化学门控通道化学门控通道化学化学化学化学通道的特征通道的特征：离子选择性离子选择性 门控性门控性通道转运的功能特点通道转运的功能特点：转运速率比载体快转运速率比载体快 无饱和现象，无竞争性抑制无饱和现象，无竞争性抑制 通道有不同的功能状态通道有不同的功能状态通道蛋白状态通道蛋白状态：静息、激活、失活：静息、激活、失活(三三三三)主动转运主动转
10、运主动转运主动转运 active transportactive transport 细胞膜通过本身某种细胞膜通过本身某种细胞膜通过本身某种细胞膜通过本身某种耗能耗能耗能耗能过程，过程，过程，过程，借助细胞膜某些借助细胞膜某些借助细胞膜某些借助细胞膜某些蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质的帮助，将的帮助，将的帮助，将的帮助，将非非非非脂溶性脂溶性脂溶性脂溶性物质分子或离子物质分子或离子物质分子或离子物质分子或离子逆电化学梯度逆电化学梯度逆电化学梯度逆电化学梯度差差差差进行的转运。进行的转运。进行的转运。进行的转运。根据转运能量根据转运能量根据转运能量根据转运能量是否直接来源于是否直接来源于是否直接来源于
11、是否直接来源于ATPATPATPATP的不同分为的不同分为的不同分为的不同分为:原发原发原发原发和和和和继发继发继发继发两种主动转运两种主动转运两种主动转运两种主动转运形式。形式。形式。形式。1.1.原发性主动转运原发性主动转运 Primary active transport指细胞指细胞直接利用直接利用代谢产生的能量代谢产生的能量(ATP)(ATP)将物质将物质(通常是带电离子通常是带电离子)逆浓度梯度逆浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运过程。介或电位梯度进行的跨膜转运过程。介导这一过程的膜蛋白称为导这一过程的膜蛋白称为离子泵离子泵(ion pump),),如：如：钠钠-钾泵钾泵 sodium
12、-potassium pump简称钠泵简称钠泵sodium pump,又称又称Na+-K+-ATP酶酶(Na+-K+-ATPase)Primary active transportNa+-K+依赖式依赖式ATP酶（钠泵）酶（钠泵）3Na+(由胞由胞内内向胞向胞外外):2K+(由胞由胞外外向胞向胞内内)NaNaNaNa+-K-K-K-K+依赖式依赖式依赖式依赖式ATPATPATPATP酶酶酶酶由一对由一对由一对由一对和和和和一对一对一对一对亚亚亚亚 单位构成的四联体单位构成的四联体单位构成的四联体单位构成的四联体,水解水解水解水解ATPATPATPATP及与阳及与阳及与阳及与阳离子结合离子结合离
13、子结合离子结合 部位均在部位均在部位均在部位均在亚单位亚单位亚单位亚单位(功能亚单位功能亚单位功能亚单位功能亚单位)。当：当：当：当：细胞内细胞内细胞内细胞内NaNaNaNa+ATP ATP ATP ATP 钠泵钠泵钠泵钠泵激活激活激活激活 细胞外细胞外细胞外细胞外KKKK+ADP+Pi+ADP+Pi+ADP+Pi+ADP+Pi+E E E E 3Na 3Na 3Na 3Na+(移出胞外移出胞外移出胞外移出胞外):2K):2K):2K):2K+（移入胞内）移入胞内）移入胞内）移入胞内）同时逆向转运。同时逆向转运。同时逆向转运。同时逆向转运。钠泵抑制剂钠泵抑制剂钠泵抑制剂钠泵抑制剂:哇巴因哇巴因
14、哇巴因哇巴因ouabainouabain Primary active transport钠泵活动的生理意义钠泵活动的生理意义：细胞内高细胞内高K K+胞内代谢反应所必需；胞内代谢反应所必需；膜内外膜内外K K+、NaNa+浓度差浓度差RPRP、APAP产生前提；产生前提；维持胞质渗透压维持胞质渗透压和和细胞容积的相对稳定；细胞容积的相对稳定；生电性活动生电性活动影响影响RPRP数值；数值；胞外高胞外高NaNa+势能储备：势能储备：GSGS、AAAA继发性主动转运；继发性主动转运；NaNa+-H-H+交换交换,维持胞内维持胞内pHpH稳定；稳定；NaNa+-Ca-Ca2+2+交换交换,维持胞内
15、维持胞内CaCa2+2+浓度稳定；浓度稳定；H H+泵泵(H+-ATP酶酶；H+-K+-ATP酶酶):分布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分分布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分泌有关泌有关 CaCa2+2+泵泵(Ca2+-ATP酶酶)：主要分布于主要分布于骨骼肌与心肌细胞内部的肌质网上骨骼肌与心肌细胞内部的肌质网上,与肌肉收缩有关与肌肉收缩有关 其它泵其它泵：Primary active transport2.2.2.2.继发主动转运继发主动转运继发主动转运继发主动转运 (又简称联合转运又简称联合转运又简称联合转运又简称联合转运)secondary active transportsecondary a
16、ctive transport 细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜间接利用间接利用间接利用间接利用钠泵分解钠泵分解钠泵分解钠泵分解ATP ATP ATP ATP 释放的能量释放的能量释放的能量释放的能量 完成的完成的完成的完成的主动主动主动主动转运。转运。转运。转运。即即即即细胞膜利用钠泵分解细胞膜利用钠泵分解细胞膜利用钠泵分解细胞膜利用钠泵分解 ATPATPATPATP 释放的能量所建立起的释放的能量所建立起的释放的能量所建立起的释放的能量所建立起的细胞膜内外细胞膜内外细胞膜内外细胞膜内外NaNaNaNa+浓度差浓度差浓度差浓度差的的的的 势能储备，再由势能储备，再由势能储备，再由势能储备，再由转运体
17、转运体转运体转运体蛋白完成的逆电化学梯蛋白完成的逆电化学梯蛋白完成的逆电化学梯蛋白完成的逆电化学梯 差的跨膜转运。差的跨膜转运。差的跨膜转运。差的跨膜转运。如：小肠粘膜上皮细胞和肾小管上皮细胞吸如：小肠粘膜上皮细胞和肾小管上皮细胞吸如：小肠粘膜上皮细胞和肾小管上皮细胞吸如：小肠粘膜上皮细胞和肾小管上皮细胞吸 收收收收GSGSGSGS、AAAAAAAA为继发主动转运。介导继发主动转运为继发主动转运。介导继发主动转运为继发主动转运。介导继发主动转运为继发主动转运。介导继发主动转运 的是特殊的转运蛋白的是特殊的转运蛋白的是特殊的转运蛋白的是特殊的转运蛋白转运体转运体转运体转运体 transporte
18、rtransporter 。肾小管上皮细胞对肾小管上皮细胞对GS的转运的转运基侧膜基侧膜钠泵活动钠泵活动Na+浓度势能差浓度势能差管腔膜管腔膜Na+、GS同向转运体同向转运体GS再再易化扩散易化扩散入血入血转运体转运体 transporter：转运体和载体转运体和载体具有相似的转运机具有相似的转运机制，也会出现饱和制，也会出现饱和现象现象同向转运体同向转运体反向转运体反向转运体 （交换体交换体）典型的继发性主动转运典型的继发性主动转运：GS和和AA在小肠粘膜上皮的吸收；在小肠粘膜上皮的吸收；GS和和AA在肾小管上皮的重吸收；在肾小管上皮的重吸收；神经递质在突触间隙被神经末梢神经递质在突触间隙被
19、神经末梢 所重摄取；所重摄取；甲状腺上皮细胞的聚碘过程；甲状腺上皮细胞的聚碘过程；NaNa+-H-H+交换交换,NaNa+-Ca-Ca2+2+交换；交换；(一一)出胞和入胞出胞和入胞 exocytosis and endocytosis Exocytosis:指胞质内的大分子物质指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。分泌物的出胞过程分泌物的出胞过程粗面内质网上合成粗面内质网上合成转移到高尔基体转移到高尔基体修饰，由质膜包裹修饰，由质膜包裹分泌囊泡分泌囊泡移向细胞膜内侧移向细胞膜内侧融合、破裂，分泌融合、破裂，分泌信号信号 Endocytosis：大
20、分子物质或物质团块大分子物质或物质团块借助于细胞膜形成借助于细胞膜形成吞噬泡吞噬泡或或吞饮泡吞饮泡的方式的方式进入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。进入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。例如：例如：白细胞吞噬细菌、异物等白细胞吞噬细菌、异物等受体介导式入胞过程受体介导式入胞过程被运物与被运物与R结合结合结合部位结合部位膜内陷、离断膜内陷、离断胞质内形成吞饮泡胞质内形成吞饮泡R与转运物质分离与转运物质分离只含只含R的小泡与膜结合的小泡与膜结合如如:结合结合FeFe2+2+的运铁蛋白的运铁蛋白 低密度脂蛋白的入胞低密度脂蛋白的入胞再再循循环环第二节第二节第二节第二节 细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功
21、能细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功能掌握内容：细胞的跨膜信号转导掌握内容：细胞的跨膜信号转导掌握内容：细胞的跨膜信号转导掌握内容：细胞的跨膜信号转导 通道蛋白完成的跨膜信号转导通道蛋白完成的跨膜信号转导通道蛋白完成的跨膜信号转导通道蛋白完成的跨膜信号转导 化学门控化学门控化学门控化学门控,电压门控电压门控电压门控电压门控,机械门控机械门控机械门控机械门控 蛋白和膜的效应器酶组成的蛋白和膜的效应器酶组成的蛋白和膜的效应器酶组成的蛋白和膜的效应器酶组成的 跨膜信号转导跨膜信号转导跨膜信号转导跨膜信号转导 酪氨酸激酶受体完成的跨膜酪氨酸激酶受体完成的跨膜酪氨酸激酶受体完成的跨膜酪氨酸激酶受
22、体完成的跨膜 信号转导信号转导信号转导信号转导一、跨膜信号转导的概念和特征一、跨膜信号转导的概念和特征（一）概念：（一）概念：（一）概念：（一）概念：各类刺激信号通过改变靶细胞各类刺激信号通过改变靶细胞各类刺激信号通过改变靶细胞各类刺激信号通过改变靶细胞 膜上的蛋白质构型，从而引起膜上的蛋白质构型，从而引起膜上的蛋白质构型，从而引起膜上的蛋白质构型，从而引起 靶细胞功能改变的过程。靶细胞功能改变的过程。靶细胞功能改变的过程。靶细胞功能改变的过程。这一过程也可理解为跨膜信号这一过程也可理解为跨膜信号这一过程也可理解为跨膜信号这一过程也可理解为跨膜信号 传递。传递。传递。传递。（二）跨膜信号转导的
23、特征：（二）跨膜信号转导的特征：（二）跨膜信号转导的特征：（二）跨膜信号转导的特征：1.1.1.1.各类刺激信号只改变膜结构中一种或各类刺激信号只改变膜结构中一种或各类刺激信号只改变膜结构中一种或各类刺激信号只改变膜结构中一种或 数种蛋白质分子结构，从而将细胞外数种蛋白质分子结构，从而将细胞外数种蛋白质分子结构，从而将细胞外数种蛋白质分子结构，从而将细胞外 的信息转变成细胞内的信息，这一信的信息转变成细胞内的信息，这一信的信息转变成细胞内的信息，这一信的信息转变成细胞内的信息，这一信 息引发细胞功能变化。息引发细胞功能变化。息引发细胞功能变化。息引发细胞功能变化。2.2.2.2.体内需要转导的
24、信号数，接受信号的体内需要转导的信号数，接受信号的体内需要转导的信号数，接受信号的体内需要转导的信号数，接受信号的 靶细胞种类以及引发的功能变化都是靶细胞种类以及引发的功能变化都是靶细胞种类以及引发的功能变化都是靶细胞种类以及引发的功能变化都是 多样的，但它们的转导过程仅限少数多样的，但它们的转导过程仅限少数多样的，但它们的转导过程仅限少数多样的，但它们的转导过程仅限少数 途径。途径。途径。途径。二、几种主要的跨膜信号转导方式二、几种主要的跨膜信号转导方式二、几种主要的跨膜信号转导方式二、几种主要的跨膜信号转导方式 (一）通过通道蛋白质完成的跨膜信号一）通过通道蛋白质完成的跨膜信号一）通过通道
25、蛋白质完成的跨膜信号一）通过通道蛋白质完成的跨膜信号 转导（三类通道）转导（三类通道）转导（三类通道）转导（三类通道）1.1.1.1.化学门控通道：化学门控通道：化学门控通道：化学门控通道：化学物质（递质、激素）化学物质（递质、激素）化学物质（递质、激素）化学物质（递质、激素）膜上膜上膜上膜上 通道型受体蛋白通道型受体蛋白通道型受体蛋白通道型受体蛋白形成通道、允形成通道、允形成通道、允形成通道、允 许离子通过，故称促离子型受体。许离子通过，故称促离子型受体。许离子通过，故称促离子型受体。许离子通过，故称促离子型受体。2.2.2.2.电压门控通道蛋白电压门控通道蛋白电压门控通道蛋白电压门控通道蛋
26、白 改变膜电位改变膜电位改变膜电位改变膜电位通道型蛋白质构型改变通道型蛋白质构型改变通道型蛋白质构型改变通道型蛋白质构型改变 通道开、相应离子易化扩散通道开、相应离子易化扩散通道开、相应离子易化扩散通道开、相应离子易化扩散 3.3.3.3.机械门控通道蛋白：存在内耳毛细胞机械门控通道蛋白：存在内耳毛细胞机械门控通道蛋白：存在内耳毛细胞机械门控通道蛋白：存在内耳毛细胞 内耳淋巴液振动内耳淋巴液振动内耳淋巴液振动内耳淋巴液振动毛细胞受切向力弯毛细胞受切向力弯毛细胞受切向力弯毛细胞受切向力弯 曲曲曲曲通道开通道开通道开通道开离子易化扩散离子易化扩散离子易化扩散离子易化扩散毛细胞毛细胞毛细胞毛细胞 兴
27、奋（兴奋（兴奋（兴奋（ApApApAp）沿神经传至听中枢沿神经传至听中枢沿神经传至听中枢沿神经传至听中枢（二）由膜的特异性受体蛋白、蛋白（二）由膜的特异性受体蛋白、蛋白（二）由膜的特异性受体蛋白、蛋白（二）由膜的特异性受体蛋白、蛋白 和膜的效应器酶组成的跨膜信号和膜的效应器酶组成的跨膜信号和膜的效应器酶组成的跨膜信号和膜的效应器酶组成的跨膜信号 转导系统转导系统转导系统转导系统 1.1.1.1.激素结合膜上激素结合膜上激素结合膜上激素结合膜上GGGG蛋白耦联蛋白耦联蛋白耦联蛋白耦联 受体受体受体受体 亚单位结合亚单位结合亚单位结合亚单位结合GTPGGTPGGTPGGTPG蛋白蛋白蛋白蛋白(+)
28、(+)(+)(+)2.2.2.2.蛋白蛋白蛋白蛋白(+)(+)(+)(+)(膜效应器酶膜效应器酶膜效应器酶膜效应器酶)腺苷腺苷腺苷腺苷 酸环化酶酸环化酶酸环化酶酸环化酶(+)(+)(+)(+)3.(3.(3.(3.(细胞内细胞内细胞内细胞内)ATP ATP ATP ATP cAMPcAMPcAMPcAMP(第二信使第二信使第二信使第二信使)蛋白耦联受体也称促代谢性受体，蛋白耦联受体也称促代谢性受体，蛋白耦联受体也称促代谢性受体，蛋白耦联受体也称促代谢性受体，效应器酶除腺苷酸环化酶外，还有磷效应器酶除腺苷酸环化酶外，还有磷效应器酶除腺苷酸环化酶外，还有磷效应器酶除腺苷酸环化酶外，还有磷脂酶；脂酶
29、；脂酶；脂酶；第二信使除第二信使除第二信使除第二信使除cAMPcAMPcAMPcAMP外还有外还有外还有外还有IPIPIPIP3 3 3 3（三磷酸三磷酸三磷酸三磷酸肌醇）、肌醇）、肌醇）、肌醇）、DGDGDGDG（二酰甘油）、钙离子等二酰甘油）、钙离子等二酰甘油）、钙离子等二酰甘油）、钙离子等(三三三三)由酪氨酸激酶受体完由酪氨酸激酶受体完由酪氨酸激酶受体完由酪氨酸激酶受体完 成的跨膜信号转导成的跨膜信号转导成的跨膜信号转导成的跨膜信号转导 肽类激素肽类激素肽类激素肽类激素 结合膜受体蛋白膜外肽段结合膜受体蛋白膜外肽段结合膜受体蛋白膜外肽段结合膜受体蛋白膜外肽段 细胞因子细胞因子细胞因子细胞
30、因子 膜内肽段激活膜内肽段激活膜内肽段激活膜内肽段激活 激活的膜内肽段有磷酸激酶活性：激活的膜内肽段有磷酸激酶活性：激活的膜内肽段有磷酸激酶活性：激活的膜内肽段有磷酸激酶活性：(1)(1)(1)(1)使肽段中酪氨酸残基磷酸化使肽段中酪氨酸残基磷酸化使肽段中酪氨酸残基磷酸化使肽段中酪氨酸残基磷酸化 (2)(2)(2)(2)使胞内蛋白质酪氨酸残基磷酸化使胞内蛋白质酪氨酸残基磷酸化使胞内蛋白质酪氨酸残基磷酸化使胞内蛋白质酪氨酸残基磷酸化 磷酸化使细胞功能改变磷酸化使细胞功能改变磷酸化使细胞功能改变磷酸化使细胞功能改变 以上分别为已确定的三种类型的跨以上分别为已确定的三种类型的跨以上分别为已确定的三种类型的跨以上分别为已确定的三种类型的跨 膜信号转导。膜信号转导。膜信号转导。膜信号转导。