细胞膜动力学和跨膜信号通讯

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1、第2章-细胞膜动力学和跨膜信号通讯第一节细胞膜超微结构及物质跨膜转运一、生物膜的分子结构及其组成1895年，人们发现甲基脲（脂溶性）很容易穿过细胞膜，因此推测细胞膜的组成与脂有关。1925年，Donman发现，细胞膜具有双分子层结构。细胞膜与细胞内细胞器的膜具有同样的结构形式，故称单位膜。1952年，在电镜下观察呈“双轨”结构形式，总厚度为7～10nm。1972年，Singer等人提出细胞膜的“液态镶嵌模型”。质脂双层分子：构成膜的基本骨架，呈液晶状，具有流动性。蛋白质：生物膜的很多功能都取决于膜蛋白质的类型。内在蛋白质：镶嵌于膜中，是细胞膜上的受体、酶和离子通道等。细胞膜的各种功

2、能，主要取决于蛋白质。表在蛋白质：存在于细胞膜的内侧，使膜变形。糖链：只存在于膜的外表面，成为细胞的“标志”，并结合特殊的化学物质，从而发挥生理功能。细胞膜的特点A.细胞膜中的分子具有侧向流动性。B.结构上内、外侧不对称性。同时决定了细胞膜在功能上内、外侧也是不对称的。二、细胞的跨膜物质转运细胞膜是一个有选择性的半透膜。对不同的物质其通透性不一样。物质通过膜的难易程度称之为通透性。物质跨膜转运的方式主要分为以下三种类型：单纯扩散；膜蛋白介导的跨膜转运；出胞和入胞作用。（一）单纯扩散(simplediffusion)单纯扩散：脂溶性的小分子物质定向从浓度高的一侧转运到浓度低的一侧，这

3、种纯物理学的被动扩散叫做单纯扩散。扩散速率∝A·T(C1－C2)/r·d其中，A：扩散面积；T：温度；C1－C2:浓度差；r：分子半径；d：扩散距离。影响通透性的因素：主要是膜两侧的浓度差；·其次还有物质的脂溶性大小、温度、分子量的大小、电场力等。在机体中，如CO2、O2等，均为单纯扩散。细胞膜对不带电荷的水溶性小分子物质是不通透的；但是它们可以通过细胞膜中的水孔蛋白出入细胞。（二）膜蛋白介导的跨膜转运一些物质跨膜转运需要细胞膜蛋白的介导，这些蛋白称为膜转运蛋白（如载体和通道）。通过膜蛋白转运的速度要比单纯扩散快得多。根据是否消耗ATP，膜蛋白转运又分为被动转运和主动转运。如果是依

4、靠膜蛋白质的帮助，逆着物质的浓度梯度和电势梯度转运，消耗细胞代谢产生的ATP，称之为主动转运。如果是依靠膜蛋白的帮助，顺着物质的浓度梯度或电势梯度由高到低转运，不消耗细胞代谢产生的ATP，属于被动转运，这称之为易化扩散(facilitateddiffusion)。分为载体转运和通道转运2种方式。1、由载体介导的易化扩散所谓载体(carrier)，是镶嵌于细胞膜中的蛋白质。它们的分子结构中存在着数量不等的与某些特定物质的结合位点。某些物质在高浓度一侧与结合位点结合，促使分子构型改变，将结合的物质变换到低浓度一侧；此时物质与结合位点的亲和力降低，于是被释放到低浓度一侧。此后载体的分子构

5、型复原，开始下一轮的转运。在体内，葡萄糖、氨基酸等跨膜转运都是通过载体转运完成的。载体是以其专门转运的物质来命名的，如葡萄糖载体等。载体转运的特点A.特异性载体的结合位点具有选择性，只与特定分子结构的物质结合。B.饱和性细胞膜上某种物质的结合位点数目是有限的。在一定的范围内，扩散的通量与物质的浓度成正比。但是一旦超过了载体结合位点的数量，其扩散通量就不再增加。这为扩散通量的饱和。C.竞争性抑制如果载体的结合位点能与分子结构相近似的物质A和B都能结合转运，当转运物质A多时，必然转运物质B就少。反之亦然。物质A和B的转运就出现竞争性抑制。2、由通道介导的易化扩散所谓通道(channel

6、)，实际上就是镶嵌在细胞膜中的蛋白质在其分子内部形成的一种孔道。允许直径小于它的一些特定物质顺着其势能差快速通过；其通过速度远远快于载体转运。通道也具有一定的专一性，大多以通道可以通过的物质来命名，如钾通道、钙通道等。一般情况下，通道处于关闭状态，只有被一定的因素激活后才能使物质通过；随后，通道便恢复原来的关闭状态。控制通道开关的机制称为门控（gatecontrol）。根据控制通道开关的机制可分为：电压门控通道和化学门控通道。对于电压门控通道，存在着如下三种不同的状态：刺激↓准备状态（关闭）失活状态（关闭）激活状态（开放）如上三种状态只能依次转化，不能逆转或者跨越转化。失活与关闭是

7、不同的两种状态。失活状态使得细胞兴奋后处于绝对不应期，对任何刺激不再产生兴奋。3、原发性主动转运指细胞直接利用代谢产生的能量(ATP)将物质(通常是带电离子)逆浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运过程。位于细胞膜上进行原发性转运离子的蛋白质一般称之为离子泵（ionpump）。在转运过程中需要分解ATP，因此离子泵本质上也是一种ATP酶。转运过程（参见教材P14图2-3）1.泵蛋白首先分解ATP，使蛋白质磷酸化，此时它对某种离子的亲和力比较高，结合上被转运的离子；2.泵蛋白