物质转运与信号转导.ppt

第二章 细胞的基本功能,第一节：细胞膜的物质转运功能 第二节：细胞的跨膜信号转导功能 第三节：细胞的生物电现象与兴奋性 第四节：骨骼肌的收缩功能,学习内容,第一节 细胞膜的物质转运功能,被动转运 主动转运 出胞和入胞,细胞膜的结构和功能,细胞膜 （plasma membrane） 液态镶嵌模型 （fluid mosaic model) 以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着不同生理功能的蛋白质,膜中的蛋白质具有不同的分子构象或构型，决定了它们具有不同的功能。 （细胞和周围环境间的物质、能量和信息交换与膜上蛋白质分子的特性有关）,糖：,细胞膜含糖类较少，主要是一些寡糖和多糖（以共价键的形式和膜内脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白） 糖脂和糖蛋白分子上的糖链多裸露于膜的外表面，可作为细胞的“标记” 如： 有些可作为抗原决定簇，表示某种免疫信息 有些作为膜受体的“可识别”部分，可以特异地与某种激素、递质或其它化学信号分子结合,决定某物质通过(以脂质双层为基架的) 细胞膜的难易程度(通透性)的主要因素： 1.是否脂溶性以及脂溶性的大小; 2.分子的大小; 3.分子的带电状态; 4.其他因素: 如有无膜蛋白帮助.,物质的跨膜转运,一、被动转运(passive transport),（一）单纯扩散 （simple diffusion） 脂溶性物质从高浓度向低浓度区域的跨膜转运 特点 不需蛋白质 浓度梯度，不需能量 结果是两侧物质平衡 适用于O2, CO2，甾体类激素 水分子的渗透（osmosis）,（二）易化扩散(facilitated diffusion) 物质在特殊蛋白质分子的“协助”下，由膜的高浓度向低浓度区域的跨膜转运 经载体的易化扩散（facilitated diffusion via carrier） 经通道的易化扩散（facilitated diffusion via channel）,一、被动转运(passive transport),1.由载体(carrier)介导的易化扩散,饱和现象(saturation) 立体构象特异性(stereodpecificity) 竞争性抑制(competitive inhibition),以载体为中介的易化扩散,通道对离子的选择性 通道的门控特性 电压门控通道 化学门控通道 机械门控通道 速度极快;(可达每秒106-108个离子) 阻断药：河豚毒 Na+通道， 四乙基铵K+通道，异搏定Ca2+通道,2. 由通道（ion channel）介导的易化扩散,以通道为中介的易化扩散,细胞膜经通道易化扩散的生理意义: 跨膜物质转运(如水、离子); 参与细胞生物电的产生; 参与跨膜信号转导。,Na+-K+依赖式ATP酶的蛋白质。 每分解一个ATP分子，可以使3个Na+移出膜外，同时有2个K+移入膜内,细胞通过本身的某种耗能过程，将物质由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程 (一)原发性主动转运(primary active transport),钠-钾泵(sodium-potassium pump ),二、主动转运(active transport),钠-钾泵(sodium-potassium pump),钠泵活动的意义： Na+、K+等离子在膜两侧的不均衡分布 胞内高钾，为代谢提供必需条件 胞内低钠低氯，维持胞质渗透压和细胞容积的稳定 建立了势能贮备 神经、肌肉等组织产生生物电信号的基础 一些其他物质分子跨膜转运的能量来源 还有钙泵(Ca2+-Mg2+依赖式ATP酶) H+泵(H+-K+依赖式ATP酶) 碘泵等,(二)继发性主动转运(secondary active transport),如:小肠上皮细胞吸收葡萄糖，肾小管上皮重吸收葡萄糖和氨基酸；甲状腺摄取 I,依靠Na泵建立的势能储备，逆浓度差转运某些物质 的过程，不直接消耗能量，间接地来自ATP,继发性主动转运简称联合转运(cotransport),出胞 (exocytosis) 常见于递质的释放和腺体的分泌 入胞 (endocytosis) 吞噬：巨噬细胞和中性粒细胞 吞饮：小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞等 受体介导式入胞：运铁蛋白，低密度脂蛋白,大分子物质或固态、液态的物质团块，出入细胞的过程,三入胞和出胞(endocytosis and exocytosis),受体介导式入胞,转运方式 转运物质 顺逆差 细胞是否耗能 单纯扩散 脂小分子,水 顺差 不 经载体易化扩散 水溶性分子 顺差 不 经通道易化扩散 带电离子 顺差 不 原发性主动转运 离子 逆差 耗能 继发性主动转运 葡萄糖等 逆差 靠他物势能差 出胞与入胞 大分子物质 无关 细胞主动活动,第二节 细胞的跨膜信号转导(transmembrane signal transduction),跨膜信号转导的概念的提出 不同形式化学信号（激素、递质、细胞因子）作用于细胞时，通常并不进入细胞或直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面，通过引起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以新的信号形式传递到膜内，再引发靶细胞功能改变，包括细胞出现电反应或其他功能改变。,受体-G蛋白-膜的效应器酶介导的跨膜信号转导,受体：G-蛋白耦联受体 G蛋白(鸟苷酸结合蛋白) G蛋白的效应器分子 酶 (如：腺苷酸环化酶、磷脂酶C） 离子通道 第二信使 （如：环磷腺苷(cAMP)、三磷酸肌醇(IP3)、二酰甘油(DG),最典型的例子是1962年Krebs等人对cAMP调节糖原合成和糖原分解酶系的研究 肾上腺素激活-肾上腺素受体，通过G蛋白激活腺苷酸环化酶，使细胞内cAMP浓度升高 cAMP与APK的调节亚单位结合，释放出被激活的APK催化亚单位，导致下列反应调节糖原生成作用。,未激活的PKA 激活的PKA,未激活的磷酸酶激酶 激活的磷酸酶激酶,未激活的糖原磷酸化酶 激活的糖原磷酸化酶,糖原 1-磷酸葡萄糖,cAMP,受体(receptor)：能与外来化学信号作特异性结合的受体蛋白质 这里它们不是一个独立的蛋白质分子，称为通道型受体,通道介导的跨膜信号转导,化学门控通道 ：肌细胞终板膜、神经细胞的突触 后膜 电压门控通道： 神经轴突和骨骼肌、心肌细胞 机械门控通道 ：机械感受器细胞,P10图2-1 钠通道亚单位的分子结构示意图,由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导,受体的膜外侧肽段同相应的化学信号结合时，直接激活受体的膜内侧肽段的蛋白激酶活性，引发蛋白质底物中的酪氨酸残基发生磷酸化 没有G蛋白的参与，没有第二信使的产生,三、由酶偶联受体介导的跨膜信号转导,酪氨酸激酶受体,肽类激素和有关细胞因子,酪氨酸激酶受体,(胰岛素、神经生长因子),胞浆内侧肽链的蛋白激酶活性,酪氨酸残基磷酸化,生理效应,直接激活,鸟苷酸环化酶受体,鸟苷酸环化酶受体,胞内的GTP环化，生成 cGMP,蛋白激酶G,生理效应,激活,配体（如心房钠尿肽等肽类激素）,鸟苷酸环化酶,激活,能与受体发生特异 性结合的活性物质,信号的综合,同一信号作用于细胞膜上不同的受体可以引发不同的生物效应 不同的信号可以作用于相同的细胞膜受体产生相似的生物效应 使机体调节功能更加精细 是药物作用的基础,