第四章 细胞膜与物质的跨膜运输

山东大学医学院细胞生物学研究所1

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第四章 细胞膜与物质的跨膜运输

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细胞膜不是一种机械屏障，它不仅为细胞的生命活动提供了稳定的内环境，维持细胞的形态，还参与细胞的物质运输、能量转换、信息传递、免疫、癌变等。

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基本概念

质膜（ plasma membrane ）：是包围在细胞质表面的一层薄膜，所以又称细胞膜。

细胞内膜：除质膜外，细胞内还有丰富的膜结构，形成了细胞内各种膜性细胞器，称为细胞内膜。

生物膜：质膜和内膜在起源、结构和化学组成的等方面具有相似性，故总称为生物膜（ biomembrane ）。生物膜是细胞进行生命活动的重要物质基础。

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单位膜：透射电镜下生物膜呈现为“两暗夹一明”的三层式结构，即内外两个电子密度高的暗线，中间夹一个电子密度低的明线，厚度约7.5nm ，这种“两暗夹一明”的结构称为“单位膜”。

单位膜是生物膜的共同形态特征。

细胞膜

细胞质

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细胞外被：质膜表面寡糖链形成细胞外被（ cell

coat ）或糖萼（ glycocalyx ）。

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膜骨架：质膜下的表层溶胶中具有细胞骨架成分组成的网络结构，除对质膜有支持作用外，还与维持质膜的功能有关，所以这部分细胞骨架又称为膜骨架。

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头部 （极性）

尾部 （非极性）

胆 碱

磷 酸

甘 油

脂 肪 酸

脂 肪 酸

磷 脂

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（ 2 ）鞘磷脂的化学结构 鞘磷脂以鞘氨醇代替甘油，长链的不饱和脂

肪酸结合在鞘氨醇的氨基上。 鞘氨醇及其代谢产物参与各种细胞活动，如

细胞分化、凋亡和增殖等。 鞘磷脂在脑和神经细胞膜中特别丰富 原核细胞和植物中没有鞘磷脂。

鞘氨醇

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如：在缺少胆固醇培养基中，不能合成 胆固醇的突变细胞株很快发生自溶。

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跨膜蛋白

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膜不对称性的生物学意义 膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不对称性导致了膜功

能的不对称性和方向性。保证了生命活动的高度有序性。

细胞间的识别、运动、物质运输、信号传递等都具有方向性。这些方向性的维持就是靠分布不对称的膜蛋白、膜脂和膜糖来提供。

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生物膜流动性的意义 质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。

酶活性与流动性有很大关系，流动性大活性高。 没有膜的流动性，细胞就要停止新陈代谢而死亡。 膜流动性与信息传递有着极大的关系。 如果没有流动性，能量转换是不可能的。 膜的流动性与发育和衰老过程都有相当大的关系。

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19 世纪中叶 K.W.Mageli 发现细胞表面有阻碍染料进入的现象，提示膜结构的存在 .

1899 年 E.Overton 发现脂溶性大的物质易入胞，推想应为脂类屏障 .

1925 年荷兰人 E.Gorter 和 F.Grendel 用丙酮抽提红细胞膜结构，计算出红细胞膜平铺面积约为其表面积的两倍，提出脂质双分子层模型 .

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不足：无法解释细胞的跨膜运输和通透性

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CELL不足：无法说明膜的动态变化、厚度不同、和各种功能

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不足：无法解释膜的相对完整性、稳定性和流动的不均匀性

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细胞膜的功能1. 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境

2. 选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢产物的排出

3. 提供细胞识别位点，并完成细胞内外信息的跨膜传递

4. 为多种酶提供结合位点，使酶促反应高效而有序地进行

5. 介导细胞与细胞、细胞与基质之间的连接

6. 参与形成具有不同功能的细胞表面特化结构

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简单扩散（ simple diffusion ） :也叫自由扩散 (free diffusion ）是小分子由高浓度区向低浓度区的自行穿膜运输。属于最简单的一种物质运输方式，不需要消耗细胞的代谢能量，也不需要专一的载体。

特点是： ①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散； ②不需要提供能量； ③没有膜蛋白的协助。

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例：神经肌接头的离子通道

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Na+-K+泵的作用：

维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；

维持低 Na+ 高 K+ 的细胞内环境；

维持细胞的静息电位。

Na+-K+泵每一循环消耗一个 ATP；转运出三个 Na+ ，转进两个 K+ 。

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Ca2+－ ATP 酶 作用：维持细胞内较低的钙离子浓度（细胞内钙离子浓度

10-7M ，细胞外 10-3M ）。

位置：质膜和内质网膜

类型： P型离子泵，每分解一个 ATP 分子，泵出 2 个 Ca2+；位于肌质网

上的 P型离子泵，占肌质网膜蛋白质的 90% 。

钠钙交换器（ Na+-Ca2+ exchanger ），属于反向协同运输体系，

通过钠钙交换来转运钙离子。

Ca2+ － ATP 酶

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H+－ ATP 酶

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受体介导的内吞作用 是细胞特异地摄取细胞外蛋白或其他化合物的过

程：细胞表面受体具有高度特异性，可与相应配体结合形成复合物，继而此部分质膜凹陷形成有被小窝，小窝与质膜脱离形成有被小泡，将细胞外物质摄入细胞内的内吞过程，是细胞内吞的一种选择性浓缩机制 。

意义：是细胞内吞的选择性浓缩机制，既可保证细胞大量地摄入特定的大分子，同时又避免了吸入细胞外大量的液体。

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基本过程：形成——移位——入坞——融合

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特点：一旦合成则持续分泌

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本章要点回顾 掌握质膜、生物膜、单位膜的概念；质膜的化学组成、存

在方式及其分布特点，膜的结构模型，

掌握小分子物质穿膜运输的机制，膜泡运输的方式及主要特点；受体介导的内吞作用及其意义，了解．

熟悉膜的两大特性及及其生物学意义，了解影响膜流动性的因素。

熟悉胞吐的两种途径