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第二章 细胞膜动力学和跨膜信号通讯,一、细胞膜的分子结构及其组成 The molecule structures of cell membrane.,质膜 (plasma membrane),
单位膜 (unit membrane)
化学组成
脂质 (lipids)
蛋白质 (proteins)
糖 (carbohydrates),第一节 细胞膜超微结构及物质跨膜转运,液态镶嵌模型(fluid mosaic model) (Singer和Nicholson提出, 1972 年),基本内容：
膜的结构特征是以液态的类脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同生理功能的各种蛋白质分子。,The molecular structure of cell membrane.
A mammalian cell membrane is composed of two layers of lipid in which protein molecules are embedded.,脂质以双分子层形式存在,磷脂：＞70%
亲水性的极性基团(磷酸和碱基)
疏水性的非极性基团(脂肪酸侧链)
胆固醇：＜30%
鞘脂：少量
脂质的性质：
液态，脂溶性，柔软性
和一定的流动性。
其流动性大小与某些成分的含量有关。
脂质的作用：屏障,,蛋白质,a－螺旋或球形结构
整合蛋白质或内在蛋白质
(integral proteins or intrinsic proteins)
周围蛋白质或表面蛋白质
(peripheral proteins or extrinsic proteins),,膜蛋白质的主要功能,物质、能量、信息的跨膜转运或转换.
载体 (carrier)
通道 (channel)
离子泵 (pump)
受体 (receptor)
酶 (enzyme)
免疫 (immune),细胞膜的糖类,寡糖或多糖链
形成糖脂和糖蛋白
糖被或细胞外衣
(glycocalyx or cell coat)
主要功能：
① 细胞的“标记”，如作为抗原决定簇
② 膜受体的“识别”部分,二、细胞膜的物质转运 The transport function across cell membrane.,转运形式包括
被动转运 (passive transport)
主动转运 (active transport),(一) 单纯扩散 (simple diffusion ),脂溶性物质或气体顺浓度差的跨细胞膜转运。
如O2、CO2、乙醇、脂肪酸。
高浓度区 低浓度区
跨膜物质转运的扩散通量决定于
电化学梯度
膜的通透性 (permeability),Lipid-soluble molecules are capable of moving freely across the cell membrane by simple diffusion down their concentration gradients.,,水孔蛋白(aquaporin)
水溶性分子可通过水孔蛋白形成的特异 通道进出细胞。,(二) 膜蛋白介导的跨膜转运 易化扩散 (facilitated diffusion ),不溶于脂质或难溶于脂质的物质，在膜蛋白的帮助下从高浓度侧向低浓度侧跨膜转运。
如葡萄糖、氨基酸、离子等。
以载体(carrier)为中介的易化扩散
以通道(channel)为中介的易化扩散,1. 由载体介导的易化扩散 (carrier-mediated diffusion),特点：
高度结构特异性 (specificity)
饱和现象 (saturation)
竞争性抑制 (competition)
顺浓度梯度，不需额外供能,2.由通道介导的易化扩散 (channel-mediated diffusion),特点：
有一定特异性，但没有载体严格;
可以处于开放或关闭的不同功能状态，通透性变化快。
跨膜电流 (transmembrane current)：当通道开放引起带电离子跨膜移动形成的电流。,,被动转运的特点：
顺浓度梯度移动，无需细胞额外供能,(三) 主动转运 (active transport),概念： 细胞膜通过本身的某种耗能过程，将
某些物质经细胞膜逆浓度梯度或电位
梯度转运的过程。
特点： 逆浓度梯度进行，消耗能量。,In some situations, the molecules pass though the membrane against a concentration gradient and this process is called active transport.,1. 原发性主动转运 (primary active transport),转运蛋白(transporter protein)
分解ATP,钠-钾泵（sodium-potassium pump）,存在于细胞膜上的一种具有ATP酶活性 的特殊蛋白质。
受Mg2+浓度的影响，分解ATP释放能量，进行
Na+ 、K+逆浓度和电位梯度的转运。
ATP：Na+：K+＝1：3：2,钠-钾泵的生理意义,维持细胞内高K+
是许多代谢反应进行的必需条件。
维持细胞外高Na+
使得Na+不易进入细胞，也阻止了与之相伴
随的水的进入，对维持正常细胞的渗透压
与形态有着重要意义。
建立势能贮备
是神经、肌肉等组织具有兴奋性的基础，
也是一些非离子性物质如葡萄糖、氨基酸
等进行继发性主动转运的能量来源。,2. 继发性主动转运 (secondary active transport )
逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量
来自膜两侧Na+浓度差，而Na+浓度差是
Na+--K+泵分解ATP释放的能量建立的。
同向转运 (symport, cotransport)
反向转运 (antiport, countertransport),(四) 胞吞和胞吐 (endocytosis & exocytosis),指细胞外某些物质团块（如蛋白质、脂肪颗粒、侵入体内的细菌或异物等）进入细胞的过程。
吞噬 (phagocytosis)
吞饮 (pinocytosis)
胞吮(potocytosis)
胞膜窖胞吮 (caveolae potocytosis)
受体介导式入胞 (receptor-mediated endocytosis)
（现认为是一种最重要的入胞形式）
指一些大分子物质或固态、液态的物质团块由细胞排出的过程。,If the molecules are bigger, they cannot cross the membrane through the channel or carrier, and those substances get into or out of the cell through even more complicated mechanisms called endocytosis and exocytosis, respectively.,入胞和出胞均要消耗能量,细胞的跨膜信号传递 transmembrane signal transmission of cell,膜通道跨膜信号转导
膜受体-G蛋白-第二信使跨膜信号转导
激酶相关受体介导跨膜信号转导,跨膜信号转导
(transmembrane signal transduction),第二节 细胞间通讯和信号转导,（一）膜通道跨膜信号传递系统 (transmembrane signal transmission system via membrane channels),化学门控通道 （兴奋收缩耦联）
nAChR：α1、α2、β、γ、δ
Glu、Asp、 GABA、Gly、ATP、5-HT受体
电压门控通道 （神经、心肌）
3种Na+、5种K+、3种Ca2+
机械门控通道（平滑肌细胞、内耳毛细胞）,通道转运离子的机制 ─ 门控 (gate control),通道的开放或关闭决定于：
膜两侧的电位差
电压门控性通道 ( voltage-gated channel)
膜两侧的特定化学性信号
化学门控性通道（chemically-gated channel）
膜的机械活动
机械门控性通道（mechanical-gated channel）,Ach受体,离子通道型受体,烟碱 (nicotine)
毒蕈碱 (muscarine),电压门控钠通道
(voltage-gated sodium channel, VGSC),Structure of the voltage-gated
sodium channel,Shaker钾通道,电压门控钾通道
(voltage-gated potassium channel),,钾通道孔道俯视图,从通道外侧观察孔道中间的红球为K+,L型钙通道,电压门控钙通道
(voltage-gated calcium channel, VGCC),（二）受体-G蛋白-第二信使跨膜信号传递系统 (transmembrane signal transmission system via receptor-G protein-second messenger),跨膜信号传递的三个环节：
胞外信号的识别与结合
信号传递
胞内效应,1. G蛋白耦联的受体,mAchR、多巴胺、5-HT、P物质、K物质、组胺受体等（7次跨膜α螺旋）,2. G蛋白 (G-proteins),鸟苷酸结合蛋白(GTP-binding proteins)
存在于膜结构中的蛋白质。
G蛋白： α、β 、γ（多种）,One pattern involves receptors on the cell surface which are coupled with guanine nucleotide-binding proteins or G proteins on the inner face of the membrane.,The basic mode of operation of G-proteins.,3. 效应器酶和第二信使,腺苷酸环化酶：ATP → cAMP
磷脂酶C：PIP2 → IP3、DG,The stimulation and inhibition of adenylyl cyclase by different G-proteins.,以环-磷酸腺苷(cAMP)第二信使的信息传递系统,化学物质与膜G-蛋白偶联受体结合 → 膜中的G-蛋白激活(Gs) → ATP转化为cAMP → 胞内cAMP浓度增高 → 激活蛋白激酶A(PKA) → 激活多种蛋白 → 细胞功能改变,PIP2水解所触发的第二信使级联反应,以三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)为第二信使的信息传递系统,化学物质与膜受体结合 → 膜中的G蛋白激活 → 膜中的磷脂酶C(PLC)激活 → 磷脂酰肌醇生成IP和DG → IP3和DG分别诱发胞内Ca2+释放和蛋白激酶C激活(PKC) → 诱发细胞功能改变,直捷通路
（离子通道）,mAchR,（三）激酶相关受体介导跨膜信号转导,激酶受体
酪氨酸激酶受体 (receptor tyrosine kinase，RTK)
（神经营养因子受体，生长因子受体和细胞因子受体等）
参与细胞生长、分化、胚胎发育及细胞内信号传递等过程，
具有相当重要的生理功能，
鸟苷酸环化酶受体 (guanylate cyclase receptor)
JAK相关激酶受体
Just another kinase 或 janus kinase 是一类非受体酪氨酸激酶家族，
已发现四个成员，即JAK1 、JAK2 、JAK3 和TYK1。
JAK-STAT途径
（signal transducer and activator of transcription，STAT）,本身具有酶的活性或与酶相结合。
被激活后，激活本身或相关酶，直接作用于效应器级
联信号转导通路。,生长因子受体,
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