分子细胞生物学赵艳第五章物质的跨膜运输与信号传递PPT课件
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30
（二）、细胞识别与信号通路
细胞识别：
细胞通过其表面受体同胞外配体相互作用， 引起一系列生理生化变化，并最终表现为整体 生物学效应的过程。
信号通路：
细胞接受外界信号，经过一整套特定机制， 将胞外信号转化为胞内信号，并启动特定基因 的表达,引起细胞应答反应。
31
（三）细胞的信号分子和受体
1）信号分子：
4
包括：
❖ 简单扩散（自由扩散）:
不耗能，不需要膜蛋白。
❖ 协助扩散（促进扩散）:
不耗能，需要膜蛋白。
5
（一）、简单扩散
a
b
c
d
BACK
6
人工脂分子的透性
疏水分子：O2、N2、苯
小的不带电荷的极性分子： 水、脲、甘油
大的不带电的极性分子： 葡萄糖、蔗糖等
离子： Na+、H+ 、K+ 、HCO3－ 、Ca
＋ 、 Cl－
分子通过人 工的无蛋白 的脂双分子 层时，按浓 度梯度进行 扩散，其扩 散速率基本 上决定于分 子的大小、 及在油中的 相对溶解度
7
细胞膜
❖不仅与人工脂双分子膜一样， 能透过水、非极性分子； ❖还能透过各种极性分子，如： 离子、糖、氨基酸；
8
（二）、协助扩散
在特异的膜蛋白“协助”物质转运
9
1、载体蛋白
载体蛋白
• 载体具有高度 的特异性；
• 可逆的结合和 分离；
• 特定的载体只 运输一个类型 的化合物，或 一种分子、离 子。
10
2、通道蛋白
1）通道蛋白： 一般认为它是横跨质膜形成的
水的通道，能使适宜大小的分子及 带电荷的溶质通过。
亲水部分
疏水部分
11
2）门控离子通道：“门”在特定的
2. K+与酶结合后，促使酶去磷酸化，酶的构象又 恢复原状，于是与K+的结合部位转向膜内侧， 去磷酸化酶的构象与Na+的亲和力高，与K+的 亲和力低，使K+在膜的内侧被释放。
19
钠钾泵（Na＋-K＋-ATP酶）：
•Na＋-K＋-ATP酶主要通过构象的变化
进行主动运输；
•构象随着其与高能磷酸根结合与否而
27
1、细胞通讯的方式
1）. 分泌化学信号；
自分泌， 旁分泌， 内分泌， 化学突触；
2）. 细胞间接触性依赖的通讯 （常见在胚胎发育）；
3）. 间隙连接
28
细胞通讯的几种类型
BACK
29
2、细胞通过分泌化学信号进 行细胞 间通讯的过程：
❖化学信号分子的合成 ❖信号细胞释放化学信号分子 ❖信号分子转运至靶细胞 ❖识别信号分子（通常是通过特异性受体识别） ❖信号的跨膜传递 ❖生物学效应
第五章 物质的跨膜运输与信号传递
第一节 物质的跨膜运输 第二节 细胞通讯与信号传递
1
第一节 物质的跨膜运输
在活细胞中质膜对物质的 通透有高度的
选择性
2
物质通过质膜的三种主要途径
• 被动运输 • 主动运输 • 内吞作用与外排作用
3
一、被动运输
物质由高浓度向低浓度 运动，运动的动力来自浓度 梯度（电化学梯度），不需 要由细胞提供代谢能量。
同一种化学信号分子对不同的靶细胞可产生不同 的效应。如：肾上腺素的受体、受体
33
❖ 受体可分为
A、离子通道耦联的受体 如：突触后膜神经递质受体。 神经递质通过与受体的结 合开闭离子通道，改变离子的 通透性。
34
B、与G蛋白耦联的受体
受体通过与GTP结合的调节蛋白（G 蛋白）的耦联，在细胞内产生第二信使， 从而将外界信号跨膜传递到细胞内。 如：cAMP途径
38
二、通过细胞内受体介导的信号传递
1、胞内受体：是激素激活的基因调控蛋白。
有三个结构域：(P129)
❖ C端：激素结合位点； ❖ 中部：锌指结构的DNA结合位点或者抑制性
蛋白Hsp90结合位点； ❖ N端：转录激活结构域。
39
2、传递过程：
•该通路的细胞外 界信号分子为亲 脂性的小分子， 分子量在300Da 左右，如：甾类 激素，可通简单 扩散跨越质膜进 入细胞内，在膜 上没有特异的受 体；
传递信号的分子，是与细胞受体结合， 改变受体的性质,引起一系列反应。
分为： ❖ 亲脂性信号分子：(小分子)
甾类激素，甲状腺素 ❖ 亲水性信号分子: (大分子)
神经递质、生长因子、肾上腺素等
32
2）受体：
❖选择性结合某种特定配体的大分子。 胞内受体
表面受体 ❖具有两个功能区域
与配基结合的区域（结合特异性） 产生效应的区域（效应特异性）
ATP直接功能； 按所需能量来源分类： ATP间接功能；
光能驱动
14
主动运输
15
主动运输的三种类型
BACK
16
1、钠钾泵示意图
17
18
工作过程：
1. 膜内侧Na+、Mg2+与酶结合，激活了ATP活性， 使ATP分解成ADP 和Pi，高能磷酸根与酶结合， 引起酶构象变化，这种磷酸化的酶对Na+的亲 和力低，对K+的亲和力高，因此，在膜的外侧 释放Na+，而与K+结合；
刺激发生反应时打开。
12
A: 配体门通道
• 对细胞外的特定物质（配体）与其表面受 体结合时发生反应，引起门通道蛋白的一 种成分发生构象变化，门打开。
B:电位门通道
• 细胞内外特异离子浓度发生变化时或 其它刺激引起膜电位wenku.baidu.com化时，致使其构 象变化，“门”打开。
13
二、主动运输
载体蛋白介导，物质逆浓度梯度或者电 化学梯度由低向高浓度运输，此过程需要 供应能量。
变化；
•构象的改变引起它们与Na＋、K＋亲和
力发生改变；
•将3个Na＋排出细胞外、2个K＋泵入细
胞内。
20
2、钠泵和载体协同运输系统
3Na+
对向运输
ATP 共运输
ADP+Pi 2K+
21
三、胞吞作用和胞吐作用
1. 胞饮与吞噬 2. 受体介导的胞吞作用 3. 胞吐作用
22
胞饮与吞噬
液体
胞饮
固体
吞噬
35
C、具有催化功能的受体
受体是跨膜蛋白，其胞质区域具有 酪氨酸激酶的活性。
如：具有酪氨酸激酶活性的受体 （生长因子受体）
36
受 体
37
3）第二信使和分子开关
• 第二信使： 位于细胞内继续传递第一信使信号的分子。
如：cAMP、肌醇磷脂等。 • 分子开关：
在细胞的信号通路中起正负反馈调节的蛋白。 开关蛋白（如：蛋白激酶） GTP结合蛋白
23
受体介导的胞吞作用
24
胞吐作用
25
第二节 细胞通讯与信号传递
• 细胞通讯细胞识别 • 通过细胞内受体介导的信号传递 • 通过细胞表面受体介导的信号传递 • 整联蛋白介导的信号传递 • 细胞信号传递的基本特征
26
一、细胞通讯与细胞识别
（一）细胞通讯：
一个细胞发出的信息经介质 传递到一定的细胞产生相应的反 应。
（二）、细胞识别与信号通路
细胞识别：
细胞通过其表面受体同胞外配体相互作用， 引起一系列生理生化变化，并最终表现为整体 生物学效应的过程。
信号通路：
细胞接受外界信号，经过一整套特定机制， 将胞外信号转化为胞内信号，并启动特定基因 的表达,引起细胞应答反应。
31
（三）细胞的信号分子和受体
1）信号分子：
4
包括：
❖ 简单扩散（自由扩散）:
不耗能，不需要膜蛋白。
❖ 协助扩散（促进扩散）:
不耗能，需要膜蛋白。
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（一）、简单扩散
a
b
c
d
BACK
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人工脂分子的透性
疏水分子：O2、N2、苯
小的不带电荷的极性分子： 水、脲、甘油
大的不带电的极性分子： 葡萄糖、蔗糖等
离子： Na+、H+ 、K+ 、HCO3－ 、Ca
＋ 、 Cl－
分子通过人 工的无蛋白 的脂双分子 层时，按浓 度梯度进行 扩散，其扩 散速率基本 上决定于分 子的大小、 及在油中的 相对溶解度
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细胞膜
❖不仅与人工脂双分子膜一样， 能透过水、非极性分子； ❖还能透过各种极性分子，如： 离子、糖、氨基酸；
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（二）、协助扩散
在特异的膜蛋白“协助”物质转运
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1、载体蛋白
载体蛋白
• 载体具有高度 的特异性；
• 可逆的结合和 分离；
• 特定的载体只 运输一个类型 的化合物，或 一种分子、离 子。
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2、通道蛋白
1）通道蛋白： 一般认为它是横跨质膜形成的
水的通道，能使适宜大小的分子及 带电荷的溶质通过。
亲水部分
疏水部分
11
2）门控离子通道：“门”在特定的
2. K+与酶结合后，促使酶去磷酸化，酶的构象又 恢复原状，于是与K+的结合部位转向膜内侧， 去磷酸化酶的构象与Na+的亲和力高，与K+的 亲和力低，使K+在膜的内侧被释放。
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钠钾泵（Na＋-K＋-ATP酶）：
•Na＋-K＋-ATP酶主要通过构象的变化
进行主动运输；
•构象随着其与高能磷酸根结合与否而
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1、细胞通讯的方式
1）. 分泌化学信号；
自分泌， 旁分泌， 内分泌， 化学突触；
2）. 细胞间接触性依赖的通讯 （常见在胚胎发育）；
3）. 间隙连接
28
细胞通讯的几种类型
BACK
29
2、细胞通过分泌化学信号进 行细胞 间通讯的过程：
❖化学信号分子的合成 ❖信号细胞释放化学信号分子 ❖信号分子转运至靶细胞 ❖识别信号分子（通常是通过特异性受体识别） ❖信号的跨膜传递 ❖生物学效应
第五章 物质的跨膜运输与信号传递
第一节 物质的跨膜运输 第二节 细胞通讯与信号传递
1
第一节 物质的跨膜运输
在活细胞中质膜对物质的 通透有高度的
选择性
2
物质通过质膜的三种主要途径
• 被动运输 • 主动运输 • 内吞作用与外排作用
3
一、被动运输
物质由高浓度向低浓度 运动，运动的动力来自浓度 梯度（电化学梯度），不需 要由细胞提供代谢能量。
同一种化学信号分子对不同的靶细胞可产生不同 的效应。如：肾上腺素的受体、受体
33
❖ 受体可分为
A、离子通道耦联的受体 如：突触后膜神经递质受体。 神经递质通过与受体的结 合开闭离子通道，改变离子的 通透性。
34
B、与G蛋白耦联的受体
受体通过与GTP结合的调节蛋白（G 蛋白）的耦联，在细胞内产生第二信使， 从而将外界信号跨膜传递到细胞内。 如：cAMP途径
38
二、通过细胞内受体介导的信号传递
1、胞内受体：是激素激活的基因调控蛋白。
有三个结构域：(P129)
❖ C端：激素结合位点； ❖ 中部：锌指结构的DNA结合位点或者抑制性
蛋白Hsp90结合位点； ❖ N端：转录激活结构域。
39
2、传递过程：
•该通路的细胞外 界信号分子为亲 脂性的小分子， 分子量在300Da 左右，如：甾类 激素，可通简单 扩散跨越质膜进 入细胞内，在膜 上没有特异的受 体；
传递信号的分子，是与细胞受体结合， 改变受体的性质,引起一系列反应。
分为： ❖ 亲脂性信号分子：(小分子)
甾类激素，甲状腺素 ❖ 亲水性信号分子: (大分子)
神经递质、生长因子、肾上腺素等
32
2）受体：
❖选择性结合某种特定配体的大分子。 胞内受体
表面受体 ❖具有两个功能区域
与配基结合的区域（结合特异性） 产生效应的区域（效应特异性）
ATP直接功能； 按所需能量来源分类： ATP间接功能；
光能驱动
14
主动运输
15
主动运输的三种类型
BACK
16
1、钠钾泵示意图
17
18
工作过程：
1. 膜内侧Na+、Mg2+与酶结合，激活了ATP活性， 使ATP分解成ADP 和Pi，高能磷酸根与酶结合， 引起酶构象变化，这种磷酸化的酶对Na+的亲 和力低，对K+的亲和力高，因此，在膜的外侧 释放Na+，而与K+结合；
刺激发生反应时打开。
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A: 配体门通道
• 对细胞外的特定物质（配体）与其表面受 体结合时发生反应，引起门通道蛋白的一 种成分发生构象变化，门打开。
B:电位门通道
• 细胞内外特异离子浓度发生变化时或 其它刺激引起膜电位wenku.baidu.com化时，致使其构 象变化，“门”打开。
13
二、主动运输
载体蛋白介导，物质逆浓度梯度或者电 化学梯度由低向高浓度运输，此过程需要 供应能量。
变化；
•构象的改变引起它们与Na＋、K＋亲和
力发生改变；
•将3个Na＋排出细胞外、2个K＋泵入细
胞内。
20
2、钠泵和载体协同运输系统
3Na+
对向运输
ATP 共运输
ADP+Pi 2K+
21
三、胞吞作用和胞吐作用
1. 胞饮与吞噬 2. 受体介导的胞吞作用 3. 胞吐作用
22
胞饮与吞噬
液体
胞饮
固体
吞噬
35
C、具有催化功能的受体
受体是跨膜蛋白，其胞质区域具有 酪氨酸激酶的活性。
如：具有酪氨酸激酶活性的受体 （生长因子受体）
36
受 体
37
3）第二信使和分子开关
• 第二信使： 位于细胞内继续传递第一信使信号的分子。
如：cAMP、肌醇磷脂等。 • 分子开关：
在细胞的信号通路中起正负反馈调节的蛋白。 开关蛋白（如：蛋白激酶） GTP结合蛋白
23
受体介导的胞吞作用
24
胞吐作用
25
第二节 细胞通讯与信号传递
• 细胞通讯细胞识别 • 通过细胞内受体介导的信号传递 • 通过细胞表面受体介导的信号传递 • 整联蛋白介导的信号传递 • 细胞信号传递的基本特征
26
一、细胞通讯与细胞识别
（一）细胞通讯：
一个细胞发出的信息经介质 传递到一定的细胞产生相应的反 应。