第二章 生命的细胞基础

一、小分子物质的穿膜运输
（一）被动运输（passive transport） 是指物质顺浓度梯度，由浓度高的一侧通过膜运输 到浓度低的一侧的穿膜扩散，转运的动力来自物质 的浓度梯度，不需要消耗细胞的代谢能量。
简单扩散 被动运输 离子通道扩散 易化扩散
1.简单扩散（simple diffusion） 一些物质不需要 膜蛋白的帮助， 能顺浓度梯度自 由扩散，通过膜 的脂双层，如苯、 醇、类固醇类激 素以及O2、N2等就 是通过这种方式。
（四）脂筏模型（lipid raft model） 生物膜上胆固醇和鞘磷脂富集而形成有序 脂相，如同脂筏一样载着各种蛋白，是一种动态 结构。
三、细胞膜的特性
生物膜具有两个明显的特性 膜的不对称性
膜的流动性
（一）细胞膜的不对称性
1. 膜脂分布的不对称性 2. 膜蛋白分布的不对称性
1、膜脂的不对称性
O
P O
P O
O
CH— CH—CH2
O O O C O C
CH— CH—CH2 O O O C O C
CH— CH—CH2
O
O
O
脂 肪 酸
脂 肪 酸
磷 脂 酰 胆 碱 （ 卵 磷 脂 ）
脂 肪 酸
脂 肪 酸
磷 脂 酰 乙 醇 胺 （ 脑 磷 脂 ）
C O C
脂 肪 酸
脂 肪 酸
磷 脂 酰 x 转 运 速 率 1/2Vmax
简单扩散
Km
转运分子浓度→
（二）主动运输（active transport）
指物质从低浓度一侧向高浓度一侧的跨膜转运，即逆 浓度梯度方向的运输，这种运输既需要细胞膜上的载 体蛋白参与，也需要消耗细胞的代谢能。
1.离子泵 具有载体和酶的双重作用，具有专一性， 如钠钾泵、钙泵、质子泵等 。 钠钾泵 ：具有载体和酶的活性。由大小两个亚基 组成，大亚基为跨膜的脂蛋白，是该酶的催化部分， 其细胞内端有 3 个 Na ＋ 和 1 个 ATP 结合部位，外端有 2 个 K ＋ 和 1 个哇巴因结合部位，通过反复磷酸化和去 磷酸化进行活动。
4～5 m 12 cm 0.1 m
支原体 胞直径只有4～5m。
生命的基本单位 —— 细胞
一、细胞的大小、形态和数量 细胞的形态多种多 样，大小也不一致， 这是与细胞功能相 适应的。凡是游离 的细胞大多数呈球 形或椭圆形。
生命的基本单位 —— 细胞
二、细胞的基本结构
细胞膜 溶酶体 高尔基复合体 细胞膜 光 镜 下 细胞质 结 构 电 镜 下 结 构 膜相结构 线粒体 过氧化氢体 内质网 核膜 核糖体 核仁 染色质 核基质 非膜相结构 微丝 中等纤维 微管 中心粒 细胞质基质
糖类+膜脂
膜糖类 糖类+膜蛋白
共价键
共价键
糖
脂
糖蛋白
细 胞 衣 脂 双 层 细胞内 膜 蛋 白
二、细胞膜的结构模型 细胞膜研究简史： 1925年，Gorter和Grendel提出红细胞膜由双层磷 脂分子组成。 1935年，Danielli和Davson提出“片层结构模型”。 1959年，Robertson提出“单位膜模型”。 1972年，Singer和Nicolson提出“流动镶嵌模型 ”。 1975年，D.F.Wallach提出“晶格镶嵌模型”。 1977年，Jain MK和White HB提出“板块镶嵌模 型”。 1988年，Simon提出“脂筏模型”。
（4）伸缩和 振荡运动
2．膜蛋白的运动性
有横向扩散和旋转运动两种运动方式 （1）横向扩散 （2）旋转扩散运动
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。
膜蛋白(抗原）
小鼠 细胞
人细胞
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 （抗原）
Pi
K+
K+ K+
K+
ATP
ADP+Pi
K+
K+ K+
K+ K+
K+ K+
细胞质
Na+
Na+ Na+ Na+ Na+
Na+ Na+ Na+ Na+ Na+
钠 浓 度 梯 度 13 倍
Na+
Na+
Na+
K+
K+
Na+
Na+
钾结合部位
大 大大 大 大大 亚 亚 亚 亚 亚亚 基基 基基 基基
Na+
钾 浓 度 梯 度 30 倍
细胞核
由膜相结构组成的细胞器的膜与质膜在 化学组成、分子结构和功能活动方面具 有很多共性，因而把质膜和细胞内膜系 统总称为生物膜 。(biomembrane)。
电子显微镜下， 生物膜呈“两暗一明” 的铁轨样形态， 又被称为单位膜 (unit membrane) 。
细胞膜
细胞质
膜相结构
细胞膜 内质网 高尔基复合体 溶酶体
脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显 不同。
非胞质侧：头部含有胆碱的磷脂分子 （磷脂酰胆碱.鞘磷脂）。 胞质侧： 末端含有氨基的磷脂分子 （磷脂酰乙醇胺和磷脂酰 丝氨酸）。
细胞膜
2、膜蛋白的不对称性
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。
高浓度
低浓度
2.离子通道扩散（channel-mediated diffusion）
膜转运蛋白（transport protein）：是指细 胞膜上负责转运不能通过单纯扩散穿膜的物 质的蛋白质。如负责转运各种离子、葡萄糖、 氨基酸及各种代谢产物的载体蛋白和通道蛋 白。
膜转运蛋白主要有两类：
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。 载体蛋白既可介导被动运输(易化扩散)，也可介导逆电 化学梯度的主动运输；而通道蛋白只能介导顺电化学梯 度的被动运输 。
第二节 细胞膜及其表面
构成细胞的三大要素
细胞膜（质膜）
一套遗传信息
一套完整的代谢系统
细胞
一 细胞膜的化学组成
成分
脂类 蛋白质 糖类 其他
含量
30%-60% 20%-70% 2%-10% 水，无机盐，金属离子 等
（一）膜脂(membrane lipid)
是细胞膜的基本组成成分，构成细胞膜的基 本骨架。 磷脂（phospholipid） 主要有三种类型： 胆固醇（cholesterol） 糖脂（glycolipid）
标记人膜蛋白抗 体+人膜蛋白（抗 原） 孵育（370C,40分钟）
四.膜功能
(一)界膜和细胞区域化

细胞区域化
在细胞质中划 分了许多以膜 包被的特定功 能的区室,即细
胞区域化。
(二)调节运输


某些物质可以“自由通透”
某些物质出入细胞的障碍
第三节 细胞膜与细胞内外物质转运
同细胞膜有关的物质运输活动有两种形式： 1.小分子和离子的穿膜运输，它又分为被动 运输和主动运输； 2.大分子和颗粒物质的膜泡运输，它又分为 胞吞作用和胞吐作用。
磷酸化醇
磷酸
甘油
磷酸甘油酯
极 （性 亲头 水部 ）基 团
N ︳ O O P —O O CH— CH—CH2 O C O O C O
“双型性分子”
脂 脂 肪 脂 肪 酸 酸
肪 酸
非 极 （性 疏尾 水部 ）基 团
2.胆固醇 羟基为极性头部，非极性的类固醇环和一个 非极性的碳氢尾部。稳定膜和调节膜的流动性
（一）片层结构模型 (lamella structure model) 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，形成蛋白质磷脂一蛋白质三层夹板式结构 。
（二）单位膜模型（unit membrane model） 细胞膜都呈现清晰的两暗夹一明的三层结构。
（三）流动镶嵌模型（fluid mosaic mode） 流动的脂类双分子层构成了细胞膜的连续主体， 蛋白质分子无规则地分散在脂类的海洋中。强调 了膜的流动性及不对称性，较好解释了生物膜的 功能特点。
通道蛋白
高浓度
通道蛋白
低浓度
闸门通道（ gated channel ） 这类转运蛋白 或蛋白复合物所形成的孔道与上述的通道蛋白所 形成的孔道不同，它具有“闸门”的作用。闸门 不是连续开放，而是瞬时开放，在对特定的刺激 发生反应的瞬时打开，其他时间是关闭的。 （1）配体闸门通道：当配体与细胞表面受体 结合时，引起闸门开启。 （2）电压闸门通道：膜电位变化（去极化） 引起闸门开启。
[
[ ]
钠结合部位
Na+ Na+
]
K+
Mg+ Pi
K+
Pi ATP ADP+Pi
K+ K+
K+ K+
K+
K+ K+
K+
K+
K+
K+
细胞质
钠钾泵工作原理
2.离子梯度驱动的主动运输——伴随运输 伴随运输是与离子梯度相偶联的主动运输过 程，具体地讲，这种过程是由膜上的Na+-K+泵和 特异性的载体蛋白共同协作完成的。 根据溶质运输方向与离子顺电化学梯度转移 方向的关系，分为同向运输与逆向运输。