1、 第二章 生命的细胞基础生命的基本单位生命的基本单位生命的基本单位 细胞细胞细胞生命的基本单位生命的基本单位生命的基本单位 细胞细胞细胞光镜下结构光镜下结构细胞膜细胞膜细胞质细胞质细胞核细胞核电镜下结构电镜下结构膜相结构膜相结构非膜相结构非膜相结构细胞膜细胞膜内质网内质网高尔基复合体高尔基复合体线粒体线粒体溶酶体溶酶体过氧化氢体过氧化氢体核膜核膜核糖体核糖体中心粒中心粒微管微管微丝微丝中等纤维中等纤维细胞质基质细胞质基质核仁核仁染色质染色质核基质核基质细胞膜细胞膜细胞质细胞质由膜相结构组成的细胞器的膜与质膜在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化学组成、分子结构
2、和功能活动方面具有很多共性，因而把质膜和细胞内膜系有很多共性，因而把质膜和细胞内膜系统总称为统总称为生物膜生物膜 。(biomembranebiomembrane)。电子显微镜下，电子显微镜下，生物膜呈生物膜呈“两暗一明两暗一明”的铁轨样形态，的铁轨样形态，又被称为单位膜又被称为单位膜(unit membrane)(unit membrane)。过氧化物酶体过氧化物酶体线粒体线粒体核膜以及各种核膜以及各种小泡小泡细胞膜细胞膜内质网内质网高尔基复合体高尔基复合体溶酶体溶酶体膜相结构膜相结构染色体染色体核糖体核糖体染色质染色质中间纤维中间纤维中心粒中心粒微丝，微管微丝，微管生命的基本单位生命的基本
3、单位生命的基本单位 细胞细胞细胞生命的基本单位生命的基本单位生命的基本单位 细胞细胞细胞生命的基本单位生命的基本单位生命的基本单位 细胞细胞细胞细胞膜（质膜）细胞膜（质膜）一套遗传信息一套遗传信息一套完整的代谢系统一套完整的代谢系统磷脂磷脂（phospholipid）胆固醇胆固醇（cholesterol）糖脂糖脂（glycolipid）1.1.磷脂磷脂 磷脂分子：均含有极性基团、磷酸基团和非磷脂分子：均含有极性基团、磷酸基团和非极性基团，形成亲水头部和疏水尾部，称为双亲极性基团，形成亲水头部和疏水尾部，称为双亲分子。分子。甘油磷酸脂甘油磷酸脂鞘磷脂鞘磷脂磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇CH3POCH2CH
4、2NCH CHCH2OOCOOCOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸CH3CH3磷脂酰胆碱（卵磷脂）磷脂酰胆碱（卵磷脂）OCH CHCH2OC磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）POCH2CH2NH2OOCOOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸OPOCH2HCCOOHNH2OCOCH CHCH2OOCOO脂脂肪肪酸酸脂脂肪肪酸酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸O脂脂肪肪酸酸脂脂 肪肪 酸酸脂脂 肪肪 酸酸磷酸甘油酯磷酸甘油酯极性头部基团极性头部基团（亲水）（亲水）非极性尾部基团非极性尾部基团（疏水）（疏水）CH CHCH2OOPOOOON COCO甘油甘油磷磷 酸酸磷酸化醇磷酸化醇“双型性分子双型性分子”所有
5、细胞中，糖脂均位于质膜非胞质面，糖基暴露所有细胞中，糖脂均位于质膜非胞质面，糖基暴露于细胞表面，其作用可能作为某些大分子的受体，于细胞表面，其作用可能作为某些大分子的受体，参与细胞识别及信号转导。参与细胞识别及信号转导。根据膜蛋白与脂双层结合的不同方式，膜蛋白可分根据膜蛋白与脂双层结合的不同方式，膜蛋白可分为两种基本类型：为两种基本类型：整合蛋白整合蛋白(integral protein)周边蛋白周边蛋白(peripheral protein)细胞内细胞内膜糖类膜糖类糖类糖类+膜脂膜脂共价键共价键糖糖 脂脂糖类糖类+膜蛋白膜蛋白糖蛋白糖蛋白共价键共价键脂双层脂双层膜蛋白膜蛋白细胞衣细胞衣 细胞
6、膜是由两层磷脂分子构成，内外侧表面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磷脂一蛋白质三层夹板式结构。膜的不对称性膜的不对称性膜的流动性膜的流动性生物膜具有两个明显的特性生物膜具有两个明显的特性脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显脂质双分子层中，各层所含的磷脂种类有明显不同。不同。细胞膜细胞膜非胞质侧：非胞质侧：头部含有胆碱的磷脂分子头部含有胆碱的磷脂分子（磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱.鞘磷脂鞘磷脂）。）。胞质侧：胞质侧：末端含有氨基的磷脂分子末端含有氨基的磷脂分子（磷脂酰乙醇胺和磷脂酰磷脂酰乙醇
7、胺和磷脂酰丝氨酸丝氨酸）。）。1 1、膜脂的不对称性、膜脂的不对称性第一第一.膜蛋白分布是绝对不对称的各种膜蛋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。白在质膜中都有一定的位置。第二第二.糖蛋白上的低聚糖残基均位于膜的非胞质糖蛋白上的低聚糖残基均位于膜的非胞质侧。侧。第三第三.膜蛋白颗粒在内外两层中分布的不对称。膜蛋白颗粒在内外两层中分布的不对称。2 2、膜蛋白的不对称性、膜蛋白的不对称性 膜膜糖类分布在细胞膜的外表面糖类分布在细胞膜的外表面糖脂（链）糖蛋白整个蛋白糖细胞外液细胞质细胞骨架收缩器外周蛋白胆固醇(1)侧向扩散运动侧向扩散运动:相邻分子互换位置速率达相邻分子互换位置
8、速率达107次次/秒秒,一个脂质分子移动距离达一个脂质分子移动距离达104nm/20秒。秒。（2）翻转）翻转（3）旋转）旋转（4）伸缩和）伸缩和 振荡运动振荡运动 19701970年，年，EdidinEdidin等人运用细胞融合技术和荧光免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。疫技术，证实了膜蛋白的流动性。（2）旋转扩散运动旋转扩散运动小鼠小鼠细胞细胞标记人膜蛋白抗标记人膜蛋白抗体体+人膜蛋白（抗人膜蛋白（抗原）原）异核细胞异核细胞抗小鼠膜蛋白抗体抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素荧光素B抗人膜蛋白抗体抗人膜蛋白抗体+荧光素荧光素A标记小鼠膜蛋白抗标记小鼠膜蛋白抗体体+小鼠膜蛋白小鼠
9、膜蛋白（抗原）（抗原）人细胞人细胞孵育（孵育（370C,40分钟）分钟）诱导融合诱导融合膜蛋白膜蛋白(抗原）抗原）在细胞质中划在细胞质中划分了许多以膜分了许多以膜包被的特定功包被的特定功能的区室能的区室 即细即细胞区域化。胞区域化。被动运输被动运输简单扩散简单扩散离子通道扩散离子通道扩散易化扩散易化扩散高浓度低浓度通道蛋白形成一种水溶性通道，当通道开通道蛋白形成一种水溶性通道，当通道开放时特定的溶质放时特定的溶质(一般是无机离子一般是无机离子)可经过可经过通道穿越细胞膜。通道穿越细胞膜。载体蛋白与特定的溶质结合，改变构象使载体蛋白与特定的溶质结合，改变构象使溶质穿越细胞膜。溶质穿越细胞膜。膜转
10、运蛋白主要有两类：膜转运蛋白主要有两类：载体蛋白既可介导被动运输载体蛋白既可介导被动运输(易化扩散易化扩散)，也可介导逆电，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度的被动运输。载体蛋白载体蛋白：通道蛋白通道蛋白：高浓度高浓度低浓度通道蛋白通道蛋白通道蛋白通道蛋白闸门通道示意图 物质顺浓度梯度经过通道蛋白扩散到物质顺浓度梯度经过通道蛋白扩散到细胞膜的另一侧。细胞膜的另一侧。通道蛋白通道蛋白配体配体高浓度低浓度 转运物质时膜载体蛋白的构象变化可运输一些亲水性物质和无机离子等。可运输一些亲水性物质和无机离子等。载体蛋白
11、载体蛋白高浓度低浓度（1 1）载体蛋白具有高度的特异性。）载体蛋白具有高度的特异性。（2 2）通过载体易位机制转运。）通过载体易位机制转运。（3 3）载体蛋白的饱和性。）载体蛋白的饱和性。Km Km 转运分子浓度转运分子浓度载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散简单扩散简单扩散转运速转运速率率Vmax1/2Vmax 当所有的结合部位均被溶质分子占据。这时的转当所有的结合部位均被溶质分子占据。这时的转运速率达到最大值运速率达到最大值(VmaxVmax)。而每种载体蛋白对它所。而每种载体蛋白对它所结合的溶质都有一定的结合常数结合的溶质都有一定的结合常数(Km)(Km)，这相当于转，这相当于转运率达到
12、最大值的运率达到最大值的1 12 2时溶质的浓度。时溶质的浓度。细胞质细胞质Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基ATPADP+Pi钾浓度梯度30倍钠浓度梯度13倍小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基Pi钠结合部位钠结合部位钾结合部位钾结合部位Na+Na+Na+Na+K+Mg+PiPiK+K+K+大亚基大亚基小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基细胞质细胞质Na+Na+K+K+K+
13、K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基ATPADP+Pi钾浓度梯度30倍钠浓度梯度13倍小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基Pi钠结合部位钠结合部位钾结合部位钾结合部位Na+Na+Na+Na+K+Mg+PiPiK+K+K+大亚基大亚基小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基小小亚亚基基大亚基大亚基大亚基大亚基离子梯度驱动的主动运输小肠上皮细胞转运葡萄糖入血 上述各种上述各种“主动运输主动运输”方式的特点是：方式的特点是：主动运输为小分子物质逆
14、浓度或电化学梯度主动运输为小分子物质逆浓度或电化学梯度跨膜转运；跨膜转运；需要消耗量，可直接利用水解需要消耗量，可直接利用水解ATPATP或来自离或来自离子电化学梯度提供能量；子电化学梯度提供能量；需要膜上特异性载体介导，这些载体蛋白不需要膜上特异性载体介导，这些载体蛋白不仅具有结构上的特异性仅具有结构上的特异性(特异的结合位点特异的结合位点)，而，而且具有结构上的可变性且具有结构上的可变性(构象变化影响亲和力构象变化影响亲和力的改变的改变)。（一）胞吞作用（一）胞吞作用（endocytosis）胞吐作用胞吐作用吞噬作用吞噬作用吞噬体吞噬体phagosome胞饮作用胞饮作用吞饮体吞饮体pino
15、some细胞质细胞质LDL颗粒颗粒LDL受体受体有被小窝有被小窝有被小泡有被小泡无被小泡无被小泡胞内体胞内体受体与大分子颗粒分开受体与大分子颗粒分开胞内体部分胞内体部分胞内体部分胞内体部分 初级溶酶体初级溶酶体吞吞噬噬溶溶酶酶体体受体再循环受体再循环第四节第四节 细胞膜异常与疾病细胞膜异常与疾病一、载体蛋白异常与疾病一、载体蛋白异常与疾病1 1、胱氨酸尿症、胱氨酸尿症 是一种遗传性膜转运异常疾病，是由病人肾小是一种遗传性膜转运异常疾病，是由病人肾小管上皮细胞转运胱氨酸及二氨基氨基酸管上皮细胞转运胱氨酸及二氨基氨基酸(赖氨赖氨酸、精氨酸及鸟氨酸酸、精氨酸及鸟氨酸)的载体蛋白缺陷引起的的载体蛋白缺
16、陷引起的疾病。疾病。病人肾小管上皮细胞的胱氨酸载体蛋白异常病人肾小管上皮细胞的胱氨酸载体蛋白异常对肾小球滤出的原尿中四种氨基酸重吸收发对肾小球滤出的原尿中四种氨基酸重吸收发生障碍，尿中四种氨基酸排出过量形成尿路生障碍，尿中四种氨基酸排出过量形成尿路结石，引起肾损伤。结石，引起肾损伤。二、离子通道异常与疾病二、离子通道异常与疾病 囊性纤维化囊性纤维化 (cystic fibrosis(cystic fibrosis，CFCF）是白）是白种人中最常见的致死性常染色体隐性遗传病。种人中最常见的致死性常染色体隐性遗传病。由于大量黏液阻塞全身外分泌腺所致慢性阻塞由于大量黏液阻塞全身外分泌腺所致慢性阻塞性
17、肺疾病和胰腺功能不全，性肺疾病和胰腺功能不全，CFCF临床主要表现为临床主要表现为慢性咳嗽、大量黏痰及反复发作的难治性肺部慢性咳嗽、大量黏痰及反复发作的难治性肺部感染、长期慢性腹泻、吸收不良综合征、生长感染、长期慢性腹泻、吸收不良综合征、生长发育迟缓等。发育迟缓等。CFCF患者的质膜上完全缺失囊性纤维跨膜转导患者的质膜上完全缺失囊性纤维跨膜转导调节子调节子 （CFTRCFTR）离子通道，导致细胞向外转）离子通道，导致细胞向外转运运C1C1-减少减少ClCl-和水将不能进入呼吸道分泌和水将不能进入呼吸道分泌的黏液中去，分泌的黏液水化不足黏度增大，的黏液中去，分泌的黏液水化不足黏度增大，造成纤毛摆
18、动困难，不能向外排除分泌物而易造成纤毛摆动困难，不能向外排除分泌物而易于引发细菌感染。于引发细菌感染。三、膜受体异常与疾病三、膜受体异常与疾病1 1、家族性高胆固醇血症、家族性高胆固醇血症 是一种常染色体显性遗传病，是一种常染色体显性遗传病，LDLLDL受体缺乏受体缺乏或受体结构异常，重型纯合子病人常在或受体结构异常，重型纯合子病人常在2020岁岁前后出现动脉硬化，死于冠心病。前后出现动脉硬化，死于冠心病。2 2、重症肌无力、重症肌无力 是一种自身免疫性疾病，也是一种受体异常的是一种自身免疫性疾病，也是一种受体异常的疾病。疾病。患者并不缺少患者并不缺少N N型乙酰胆碱受体型乙酰胆碱受体(N-Ach)(N-Ach)，但是，但是产生了抗产生了抗N-AchN-Ach的抗体。此抗体与神经一肌接的抗体。此抗体与神经一肌接头处突触后膜上的受体结合，使乙酰胆碱不能头处突触后膜上的受体结合，使乙酰胆碱不能与受体结合，从而封闭了乙酰胆碱的作用，引与受体结合，从而封闭了乙酰胆碱的作用，引起重症肌无力症。起重症肌无力症。
