医学细胞与遗传学：2014-物质运输

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1、细胞的基本结构细胞的基本结构非胶原糖蛋白非胶原糖蛋白n纤粘连蛋白（纤粘连蛋白（fibronectin，FN）：是一种）：是一种高分子的糖蛋白，有可溶型和不可溶型。高分子的糖蛋白，有可溶型和不可溶型。n其作用是将细胞连接到细胞外基质上其作用是将细胞连接到细胞外基质上 n血浆血浆FN是由二条相似的肽链在是由二条相似的肽链在C端借二硫端借二硫键联成的键联成的V字形二聚体字形二聚体。n细胞细胞FN为多聚体，为多聚体，不同于胶原的自发组装，不同于胶原的自发组装，FN需要在细胞表面相应受体的指导下进行需要在细胞表面相应受体的指导下进行二硫键联合。二硫键联合。nFN肽链具有肽链具有57个有特定功能的结构域，

2、个有特定功能的结构域，有些能与其它有些能与其它ECM（如胶原、蛋白聚糖）（如胶原、蛋白聚糖）结合，使细胞外基质形成网络；有些结构结合，使细胞外基质形成网络；有些结构域有特殊域有特殊RGD(arg-gly-asp)短肽序列能识短肽序列能识别并结合细胞表面的受体，使细胞附着于别并结合细胞表面的受体，使细胞附着于ECM上。上。nFN可介导细胞黏附在可介导细胞黏附在ECM上，帮助细胞进上，帮助细胞进行迁移或分化。行迁移或分化。非胶原糖蛋白非胶原糖蛋白n层粘连蛋白（层粘连蛋白（laminin，LN）：也是一种大）：也是一种大型的糖蛋白，与型的糖蛋白，与型胶原一起构成基膜。型胶原一起构成基膜。n是胚胎发育

3、中出现最早的细胞外基质成分。是胚胎发育中出现最早的细胞外基质成分。n由一条重链（由一条重链（）和两条轻链（和两条轻链（、）借二硫键交联而成，借二硫键交联而成，外形呈十字形，三外形呈十字形，三条短臂各由三条肽条短臂各由三条肽链的链的N端序列构成，端序列构成，长臂由杆区及球区长臂由杆区及球区构成构成。n存在多个与细胞结存在多个与细胞结合的位点合的位点 n层粘连蛋白含糖量很高，是糖链结构最复杂的糖层粘连蛋白含糖量很高，是糖链结构最复杂的糖蛋白。多种蛋白。多种LN的受体通过识别其糖链结构与之结的受体通过识别其糖链结构与之结合。合。n对细胞迁移、生长和分化有重要影响。对细胞迁移、生长和分化有重要影响。n

4、整联蛋白是细胞外基质的受体整联蛋白是细胞外基质的受体蛋白。蛋白。糖类糖类n氨基聚糖氨基聚糖（Glycosaminoglycan，GAG）是由重复排列的）是由重复排列的二糖单位（氨基己糖和糖二糖单位（氨基己糖和糖醛酸醛酸/半乳糖构成）聚合半乳糖构成）聚合而成的直链糖结构。而成的直链糖结构。A-B-A-B-A-B-A-Bn种类包括：透明质酸种类包括：透明质酸,硫酸软骨素硫酸软骨素,硫酸角硫酸角质素质素,硫酸皮肤素硫酸皮肤素,硫硫酸乙酰肝素酸乙酰肝素,肝素。肝素。n 含有大量负电荷，能吸引大量水分子。含有大量负电荷，能吸引大量水分子。n可促进细胞的增殖和迁徙，调节细胞分可促进细胞的增殖和迁徙，调节细

5、胞分化。化。n透明质酸透明质酸hyaluronic acid：唯一唯一不被硫酸化的氨基聚糖，带有大不被硫酸化的氨基聚糖，带有大量亲水基团，量亲水基团，this property makes them excellent lubricators and shock absorbers.蛋白聚糖蛋白聚糖（Proteoglycan）n氨基聚糖（氨基聚糖（GAG）链装）链装配在核心蛋白质配在核心蛋白质(core proteins)上形成蛋白聚上形成蛋白聚糖。糖。nThe GAGs extend perpendicularly from the core in a brush-like structur

6、e.n蛋白聚糖：蛋白聚糖：The protein cores of proteoglycans are rich in ser residues,which allows multiple GAG attachments.n在核心蛋白特殊序列的在核心蛋白特殊序列的ser残基上添加四糖残基上添加四糖连桥，再延长糖基，形成核心蛋白连桥，再延长糖基，形成核心蛋白-(Xyl-Gal-Gal-GlcUA)-氨基聚糖的单体结构。氨基聚糖的单体结构。n许多单体分别结许多单体分别结合连接蛋白，通合连接蛋白，通过非共价键结合过非共价键结合透明质酸，形成透明质酸，形成多聚体。多聚体。n透明质酸与许多种蛋白聚糖的核

7、心蛋白质及连接透明质酸与许多种蛋白聚糖的核心蛋白质及连接蛋白质借非共价键结合，参加蛋白聚糖多聚体的蛋白质借非共价键结合，参加蛋白聚糖多聚体的构成。构成。n储存水和离子。储存水和离子。n使细胞表面具有较大的可塑性，从而具有使细胞表面具有较大的可塑性，从而具有抗挤压能力，对细胞有保护作用。抗挤压能力，对细胞有保护作用。n参与基底膜的构建。参与基底膜的构建。n结合生长因子，参与信号传递过程调节，结合生长因子，参与信号传递过程调节，影响胚胎发育进程。影响胚胎发育进程。基膜基膜n一种复合的网膜结构，是细胞外基质的特一种复合的网膜结构，是细胞外基质的特化结构。化结构。nAll basement membr

8、ane contain a common set of proteins and GAGs.nThese are type IV collagen,laminin,nidogen（巢蛋白）（巢蛋白）and perlecan（基膜聚糖）（基膜聚糖）/heparan sulfate proteoglycans.nEach of the components of the basement membrane is synthesized by the cells that rest upon it.Laminin anchors cell surfaces to the basement membr

9、ane.n基膜对组织结构起支持作用，同时也连接基膜对组织结构起支持作用，同时也连接了上皮细胞和结缔组织，还能起分子筛的了上皮细胞和结缔组织，还能起分子筛的作用，调节分子和细胞的运动。作用，调节分子和细胞的运动。细胞外基质与细胞的相互作用细胞外基质与细胞的相互作用 n影响细胞的存活、生长与死亡：正常真核细胞须影响细胞的存活、生长与死亡：正常真核细胞须粘附于特定的细胞外基质上才能存活。粘附于特定的细胞外基质上才能存活。n决定细胞的形状：通过其受体影响细胞骨架的组决定细胞的形状：通过其受体影响细胞骨架的组装而实现。装而实现。n控制细胞的分化控制细胞的分化n参与细胞的迁移参与细胞的迁移细胞物质运输细胞

10、物质运输1n细胞与外环境存在着活跃的物质交换。细胞与外环境存在着活跃的物质交换。n细胞膜和内膜系统的存在使细胞必须具备细胞膜和内膜系统的存在使细胞必须具备一套物质转运体系，用来获得所需物质、一套物质转运体系，用来获得所需物质、运输分泌产物。运输分泌产物。nPlasma membrane is the most important membrane-structure to the transmembrane transport in any cells.nIts selective permeability allows the cell to maintain a constant inte

11、rnal environment.离子、小分子跨膜运输离子、小分子跨膜运输n生物膜的结构决定了绝大多数极性小分子和离子生物膜的结构决定了绝大多数极性小分子和离子不易透过细胞膜。不易透过细胞膜。n离子和小分子的跨膜运输可分成被动运输和主动离子和小分子的跨膜运输可分成被动运输和主动运输。运输。被动运输被动运输passive transportnIn this process,no metabolic energy is expended,movement down its chemical concentration gradient.n单纯扩散、通道扩散、帮助扩散单纯扩散、通道扩散、帮助扩散单纯

12、扩散单纯扩散Simple diffusionnno metabolic energy expended,no specific transport proteins needed,movement down its chemical concentration gradient.单纯扩散单纯扩散Simple diffusionn非极性的小分子，非极性的小分子，如如O2、CO2、N2n不带电荷的极性不带电荷的极性小分子，如水、小分子，如水、尿素、甘油、乙尿素、甘油、乙醇等醇等无法依靠单纯扩散无法依靠单纯扩散n葡萄糖、蔗糖葡萄糖、蔗糖n带电荷的物质如：氨基酸带电荷的物质如：氨基酸/离子离子(H+、

13、Na+、K+、Cl-、HCO3-)通道扩散通道扩散n沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需要提供能量；借助膜通道蛋白要提供能量；借助膜通道蛋白(channel protein)的协助。的协助。n通道连续或不连续开放通道连续或不连续开放通道扩散通道扩散n2003年诺贝尔化学奖颁发给了年诺贝尔化学奖颁发给了PeterA gre和和Roderick Mackinnon，以表彰他们在细，以表彰他们在细胞膜水通道蛋白和离子通道蛋白的结构与胞膜水通道蛋白和离子通道蛋白的结构与机理研究方面的开创性贡献。机理研究方面的开创性贡献。n注入了注入了AQP1 mRNA 的蛙卵细胞在

14、低渗介的蛙卵细胞在低渗介质环境中迅速膨胀质环境中迅速膨胀门控通道门控通道Gated channelnopen only in response to specific chemical molecules,electric potential gradients,or concentration gradientsligand-gated channelvoltage-gated channeln各种闸门的开放与关闭可连续相继进行，各种闸门的开放与关闭可连续相继进行，且具有放大效应且具有放大效应帮助扩散帮助扩散Facilitated diffusionnno metabolic energy

15、expended,need specific transport proteins(by changing the conformation of protein),movement down its chemical concentration/electrochemical gradient.帮助扩散帮助扩散Facilitated diffusionnTransport is specific.nThere is a maximum transport rate which is achieved when the concentration gradient is very large

16、and each transport protein is working at its maximal rate.n单运输单运输 uniportn协同运输协同运输 coupled transportn共运输共运输 symport n对向运输对向运输 antiport主动运输主动运输active transportnmediated by specific transport proteins,against chemical concentration gradient,need metabolic energy supply.离子泵离子泵 ion pumpnNa-K泵泵：胞内高：胞内高K

17、，胞外高，胞外高Na，但，但细胞仍能向胞内运细胞仍能向胞内运K，向胞外排，向胞外排Na，这，这一过程依靠一过程依靠Na-K泵实现。泵实现。钠钾泵的作用（钠钾泵的作用（3Na ，2K ）n耗能耗能n调节渗透压调节渗透压n维持膜电位维持膜电位n维持细胞容积维持细胞容积n物质吸收（糖、氨基酸）物质吸收（糖、氨基酸）伴随运输伴随运输co-transportn某女某女,因因“多饮、多尿、多食多饮、多尿、多食”就诊。空腹就诊。空腹血糖血糖11112mol2moll,l,尿糖测定尿糖测定(+)(+)。n某男，既往无多尿、烦渴、消瘦、黄疸、某男，既往无多尿、烦渴、消瘦、黄疸、昏迷史。体检昏迷史。体检4 4次尿

18、糖次尿糖(+)(+)(+),(+),两次两次餐后尿糖均为餐后尿糖均为(+)(+)，尿糖定量，尿糖定量19.32 19.32 mmol/24hmmol/24h，空腹血糖，空腹血糖3 3次分别为次分别为5.045.04、4.764.76、5.08 5.08 mmolmmol/L/L。n肾性糖尿病：肾小管对葡萄糖的重吸收依肾性糖尿病：肾小管对葡萄糖的重吸收依靠靠Na-葡萄糖载体蛋白的共运输，载体蛋葡萄糖载体蛋白的共运输，载体蛋白功能降低将引起葡萄糖重吸收障碍，导白功能降低将引起葡萄糖重吸收障碍，导致疾病发生。致疾病发生。其他离子泵其他离子泵n钙离子泵：可维持细胞外钙离子泵：可维持细胞外Ca2的高浓度

19、，的高浓度，通常与信号转导有关。钙离子浓度的变化通常与信号转导有关。钙离子浓度的变化会使得细胞内钙离子反应蛋白激活，引起会使得细胞内钙离子反应蛋白激活，引起肌肉收缩或起到胞内信使的作用。肌肉收缩或起到胞内信使的作用。nH-K泵：存在于胃上皮层细胞中，使细泵：存在于胃上皮层细胞中，使细胞能分泌酸液。胞能分泌酸液。nH泵：溶酶体膜上存在直接运输泵：溶酶体膜上存在直接运输H的载的载体蛋白，帮助形成溶酶体酸性环境。体蛋白，帮助形成溶酶体酸性环境。大分子与颗粒的膜泡运输大分子与颗粒的膜泡运输n大分子与颗粒性物质在跨膜转运过程中，大分子与颗粒性物质在跨膜转运过程中，先被单位膜包裹形成转运小囊泡，再进行先被

20、单位膜包裹形成转运小囊泡，再进行转运，因此称为膜泡运输。可分为胞吞作转运，因此称为膜泡运输。可分为胞吞作用（用（endocytosis）和胞吐作用）和胞吐作用（exocytosis）。）。胞吞作用胞吞作用n胞饮作用胞饮作用Pinocytosisn吞噬作用吞噬作用Phagocytosisn受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用(receptor-mediated endocytosis)-高特异性高特异性/高效性高效性n大分子物质先和特异性受体结合，膜内陷大分子物质先和特异性受体结合，膜内陷形成有衣小窝，继而形成有衣小泡进入细形成有衣小窝，继而形成有衣小泡进入细胞胞n网格蛋白（网格蛋白（clath

21、rin）分子）分子:先由先由1条重链和条重链和1条轻链形成二聚体，条轻链形成二聚体，3个二聚体组成个二聚体组成一个三一个三脚蛋白复合体（脚蛋白复合体（triskelion）。）。许多许多三脚蛋三脚蛋白复合体交织在一起，形成一个具有白复合体交织在一起，形成一个具有5边形边形或或6边边形网孔的篮网状结构形网孔的篮网状结构。n三脚蛋白复合体可自发进行装配三脚蛋白复合体可自发进行装配,受钙调蛋受钙调蛋白调控。白调控。n网格蛋白可引起质膜向内凹陷，最终形成网格蛋白可引起质膜向内凹陷，最终形成有衣小泡，还能引起膜受体的聚集，有衣小泡，还能引起膜受体的聚集，LDL的内吞的内吞LDL受体的去向受体的去向n大部

22、分受体可返回它们原来的质膜结构域被重新大部分受体可返回它们原来的质膜结构域被重新利用，如利用，如LDL受体；受体；n有些受体不能再循环而是最后进入溶酶体，在那有些受体不能再循环而是最后进入溶酶体，在那里被消化，从而导致细胞表面受体浓度降低里被消化，从而导致细胞表面受体浓度降低n还有些受体通过跨细胞运输将被转运物质从一个还有些受体通过跨细胞运输将被转运物质从一个细胞转移到另一个细胞，这是一种将内吞作用与细胞转移到另一个细胞，这是一种将内吞作用与外排作用相结合的物质跨膜转运方式外排作用相结合的物质跨膜转运方式 LDL受体异常与疾病关系受体异常与疾病关系n家族性高胆固醇血症、动脉粥样硬化家族性高胆固醇血症、动脉粥样硬化胞吐作用胞吐作用exocytosisn结构性分泌途径结构性分泌途径constitutive exocytosis pathwayn调节性分泌途径调节性分泌途径regulated exocytosis pathwayThe end