动物生理学第一二节-细胞的基本功能ppt课件
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第二章 细胞的基本功能
第一节 细胞膜的结构特征和物质转运功能
细胞膜的功能
屏障功能 物质转运功能 信号转导功能
一、细胞膜的结构特征
在电子显微镜下分为三层，由脂质、蛋白质和糖类 等物质组成，以蛋白质和脂质为主，糖类只占极少量。
流体镶嵌模型(fluid mosaic model) ：细胞膜以流动性 的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和 不同生理功能的蛋白质，脂质和蛋白质分子通过非共价键 相互作用结合在一起。脂质分子排列成5nm厚的连续双层， 作为不透水层阻挡大多数水溶性分子通过，镶嵌在脂质双 层中的跨膜蛋白质分子执行膜的其他功能。
三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导
细胞膜中有一类受体本身具有激酶、磷酸酶或环化酶的活性或 具有募集胞质酶蛋白的能力，不需要G蛋白和第二信使的参与，受体 单独可以完成跨膜信号传递，引起以级联磷酸化反应为主的信号转 导，最终调节基因表达和细胞反应。这一类受体称为酶偶联受体。
受体酪氨酸激酶 receptor tyrosine kinase，RTK 结合酪氨酸激酶的受体 receptor-associated tyrosine kinase 受体鸟苷酸环化酶 receptor guanylyl cyclase 受体丝氨酸/苏氨酸激酶 receptor serine/threonine kinase, RSTK 受体酪氨酸磷酸酶 receptor tyrosine phosphatase, RTPase
载体介导的易化扩散：水溶性小分子如葡萄糖、氨 基酸、核苷酸等在载体蛋白的帮助下顺电-化学梯 度进行的被动跨膜转运。
特点： ①顺浓度梯度转运； ②高度的结构特异性； ③饱和现象； ④竞争性抑制。
通道介导的易化扩散：
电压门控离子通道 化学（配体）门控离子通道 机械门控离子通道
典型的哺乳动物细胞内外离子浓度的比较 单位：mmol/L
同向协同转运
反向协同转运
（三）出胞和入胞
1、出胞
胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细 胞外的过程。主要见于细胞的分泌活动以及神经 细胞轴突末梢的递质释放活动。
2、入胞
大分子物质或物质团块（如细菌、细胞碎片 等）借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进 入细胞的过程。
第二节 细胞的跨膜信号转导
化学门控离子通道
二、 G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导
1957年 美国药理和 生理学家
EW Sutherland(1915-1974) 1971 Nobel Prize in Physiology
or Medicine
肾上腺素
肝细胞 膜碎片
完整 肝细胞
肝细胞的 细胞质
糖原 分解
耐热小分子物质
第二信使 second messenger
细胞的跨膜信号转导
不同形式的外界信号作用于细胞表面，通过引起膜结构 中特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境信息以新的信号 形式传向膜内，引起靶细胞产生相应的生物学效应的过程。
离子通道受体介导的跨膜信号转导 G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导 酶偶联受体介导的跨膜信号转导
一、离子通道受体介导的跨膜信号转导
5、靶蛋白
离子通道 蛋白激酶
丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 酪氨酸蛋白激酶
受体-G蛋白-AC信号通路、 受体-G蛋白-PLC信号通路 、
受体-G蛋白-离子通道信号通路
Байду номын сангаас
（二）G蛋白偶联受体介导的信号通路
1、受体-G蛋白-AC信号通路
2、受体-G蛋白-PLC信号通路
许多配体与G蛋白偶联受体结合后可激活另一种G蛋白Gq，Gq 可激活细胞膜上的磷脂酶C(PLC)，PLC再将膜脂质中的二磷酸磷脂 酰肌醇(PIP2)迅速水解为三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)。
钠泵作用示意图
钙泵，也称Ca2+-ATP酶，广泛分布于细胞膜、肌质网膜 或内质网膜。细胞膜钙泵每分解1分子ATP可将1个Ca2+ 由细胞内转运到细胞外。当细胞内Ca2+浓度升高时，与 钙调蛋白(calmodulin, CaM)生成Ca2+-CaM复合物。该 复合物能与钙泵C端某一位点结合，激活钙泵，加速Ca2+ 外排。
（二）主动转运
细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质分 子或离子逆着电-化学梯度进行转运。
特点： ①小分子； ②低到高； ③耗能； ④需载体。
根据主动转运过程中是直接消耗ATP还是间接消 耗ATP，主动转运又可分为原发性主动转运和继发 性主动转运两种类型。
1、原发性主动转运
由贯穿在脂质双分子层当中的离子泵蛋白介 导、由ATP直接供能的逆电-化学梯度进行的跨 膜物质转运方式。
环磷酸腺苷 cAMP cyclic adenosine monophosphate
20世纪80年代 美国科学家
1994 Nobel Prize in Physiology or Medicine
20世纪60年代 美国生化学家
EH Fischer
EG Krebs
1992 Nobel Prize in Physiology or Medicine
受体酪氨酸激酶
主要介导与生长发育有关的细胞因子和一部分肽类激素的生 理作用
结合酪氨酸激酶的受体
受体鸟苷酸环化酶 受体丝氨酸/苏氨酸激酶(RSTK) 受体酪氨酸磷酸酶
思考题
细胞膜物质转运的几种方式的概念、特征及其 机制。
细胞膜跨膜信息转导的几种主要形式。
二、细胞膜的物质转运功能
（一）被动转运
物质顺电势梯度或浓度梯度（即电-化学梯度） 进行的跨膜转运过程。 单纯扩散 易化扩散
2、易化扩散
稍大些的极性分子和小的带电离子通过细胞膜 需要借助膜蛋白的帮助，扩散速率显著增大，这 种扩散方式称为….
特点：
①亲水性或非脂溶性； ②小分子； ③高到低； ④不耗能； ⑤需膜蛋白。
（一）G蛋白偶联受体信号通路的组成
G蛋白偶联受体 鸟苷酸结合蛋白（G蛋白） G蛋白效应器 第二信使 蛋白激酶、离子通道
4、 第二信使
细胞外信号分子作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子， 如 cAMP、cGMP、IP3、DG、NO、Ca2+，作用是将细胞外信号分 子作用于细胞膜的信息传递给细胞内的靶蛋白。
通道转运与钠-钾泵转运模式图
2、继发性主动转运
某种物质逆电-化学梯度进行转运，但所消耗 能量不是直接来源于ATP分解，而是由原发性 主动转运建立的膜电-化学势能提供，这种转运 方式就称之为….
小肠黏膜上皮细胞和肾小管上皮细胞对葡萄 糖和氨基酸的吸收、Na+-H+交换、Na+-Ca2+ 交换、Na+-K+-2Cl-同向转运都是以继发性主 动转运的方式完成的。
第一节 细胞膜的结构特征和物质转运功能
细胞膜的功能
屏障功能 物质转运功能 信号转导功能
一、细胞膜的结构特征
在电子显微镜下分为三层，由脂质、蛋白质和糖类 等物质组成，以蛋白质和脂质为主，糖类只占极少量。
流体镶嵌模型(fluid mosaic model) ：细胞膜以流动性 的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和 不同生理功能的蛋白质，脂质和蛋白质分子通过非共价键 相互作用结合在一起。脂质分子排列成5nm厚的连续双层， 作为不透水层阻挡大多数水溶性分子通过，镶嵌在脂质双 层中的跨膜蛋白质分子执行膜的其他功能。
三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导
细胞膜中有一类受体本身具有激酶、磷酸酶或环化酶的活性或 具有募集胞质酶蛋白的能力，不需要G蛋白和第二信使的参与，受体 单独可以完成跨膜信号传递，引起以级联磷酸化反应为主的信号转 导，最终调节基因表达和细胞反应。这一类受体称为酶偶联受体。
受体酪氨酸激酶 receptor tyrosine kinase，RTK 结合酪氨酸激酶的受体 receptor-associated tyrosine kinase 受体鸟苷酸环化酶 receptor guanylyl cyclase 受体丝氨酸/苏氨酸激酶 receptor serine/threonine kinase, RSTK 受体酪氨酸磷酸酶 receptor tyrosine phosphatase, RTPase
载体介导的易化扩散：水溶性小分子如葡萄糖、氨 基酸、核苷酸等在载体蛋白的帮助下顺电-化学梯 度进行的被动跨膜转运。
特点： ①顺浓度梯度转运； ②高度的结构特异性； ③饱和现象； ④竞争性抑制。
通道介导的易化扩散：
电压门控离子通道 化学（配体）门控离子通道 机械门控离子通道
典型的哺乳动物细胞内外离子浓度的比较 单位：mmol/L
同向协同转运
反向协同转运
（三）出胞和入胞
1、出胞
胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细 胞外的过程。主要见于细胞的分泌活动以及神经 细胞轴突末梢的递质释放活动。
2、入胞
大分子物质或物质团块（如细菌、细胞碎片 等）借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进 入细胞的过程。
第二节 细胞的跨膜信号转导
化学门控离子通道
二、 G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导
1957年 美国药理和 生理学家
EW Sutherland(1915-1974) 1971 Nobel Prize in Physiology
or Medicine
肾上腺素
肝细胞 膜碎片
完整 肝细胞
肝细胞的 细胞质
糖原 分解
耐热小分子物质
第二信使 second messenger
细胞的跨膜信号转导
不同形式的外界信号作用于细胞表面，通过引起膜结构 中特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境信息以新的信号 形式传向膜内，引起靶细胞产生相应的生物学效应的过程。
离子通道受体介导的跨膜信号转导 G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导 酶偶联受体介导的跨膜信号转导
一、离子通道受体介导的跨膜信号转导
5、靶蛋白
离子通道 蛋白激酶
丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 酪氨酸蛋白激酶
受体-G蛋白-AC信号通路、 受体-G蛋白-PLC信号通路 、
受体-G蛋白-离子通道信号通路
Байду номын сангаас
（二）G蛋白偶联受体介导的信号通路
1、受体-G蛋白-AC信号通路
2、受体-G蛋白-PLC信号通路
许多配体与G蛋白偶联受体结合后可激活另一种G蛋白Gq，Gq 可激活细胞膜上的磷脂酶C(PLC)，PLC再将膜脂质中的二磷酸磷脂 酰肌醇(PIP2)迅速水解为三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)。
钠泵作用示意图
钙泵，也称Ca2+-ATP酶，广泛分布于细胞膜、肌质网膜 或内质网膜。细胞膜钙泵每分解1分子ATP可将1个Ca2+ 由细胞内转运到细胞外。当细胞内Ca2+浓度升高时，与 钙调蛋白(calmodulin, CaM)生成Ca2+-CaM复合物。该 复合物能与钙泵C端某一位点结合，激活钙泵，加速Ca2+ 外排。
（二）主动转运
细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质分 子或离子逆着电-化学梯度进行转运。
特点： ①小分子； ②低到高； ③耗能； ④需载体。
根据主动转运过程中是直接消耗ATP还是间接消 耗ATP，主动转运又可分为原发性主动转运和继发 性主动转运两种类型。
1、原发性主动转运
由贯穿在脂质双分子层当中的离子泵蛋白介 导、由ATP直接供能的逆电-化学梯度进行的跨 膜物质转运方式。
环磷酸腺苷 cAMP cyclic adenosine monophosphate
20世纪80年代 美国科学家
1994 Nobel Prize in Physiology or Medicine
20世纪60年代 美国生化学家
EH Fischer
EG Krebs
1992 Nobel Prize in Physiology or Medicine
受体酪氨酸激酶
主要介导与生长发育有关的细胞因子和一部分肽类激素的生 理作用
结合酪氨酸激酶的受体
受体鸟苷酸环化酶 受体丝氨酸/苏氨酸激酶(RSTK) 受体酪氨酸磷酸酶
思考题
细胞膜物质转运的几种方式的概念、特征及其 机制。
细胞膜跨膜信息转导的几种主要形式。
二、细胞膜的物质转运功能
（一）被动转运
物质顺电势梯度或浓度梯度（即电-化学梯度） 进行的跨膜转运过程。 单纯扩散 易化扩散
2、易化扩散
稍大些的极性分子和小的带电离子通过细胞膜 需要借助膜蛋白的帮助，扩散速率显著增大，这 种扩散方式称为….
特点：
①亲水性或非脂溶性； ②小分子； ③高到低； ④不耗能； ⑤需膜蛋白。
（一）G蛋白偶联受体信号通路的组成
G蛋白偶联受体 鸟苷酸结合蛋白（G蛋白） G蛋白效应器 第二信使 蛋白激酶、离子通道
4、 第二信使
细胞外信号分子作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子， 如 cAMP、cGMP、IP3、DG、NO、Ca2+，作用是将细胞外信号分 子作用于细胞膜的信息传递给细胞内的靶蛋白。
通道转运与钠-钾泵转运模式图
2、继发性主动转运
某种物质逆电-化学梯度进行转运，但所消耗 能量不是直接来源于ATP分解，而是由原发性 主动转运建立的膜电-化学势能提供，这种转运 方式就称之为….
小肠黏膜上皮细胞和肾小管上皮细胞对葡萄 糖和氨基酸的吸收、Na+-H+交换、Na+-Ca2+ 交换、Na+-K+-2Cl-同向转运都是以继发性主 动转运的方式完成的。