1细胞膜与物质转运与信号转导

• • •
静 息 电 位
神经元与神经元之间的突触传递
动 作 电 位
钙离子泵
• Ca2+泵 分布在动、植物细胞质膜、线粒体内膜、内质网样 囊膜（SER-like organelle）、叶绿体、液泡、动物肌肉细胞 肌质网膜上.是由1000个氨基酸的多肽链形成的跨膜蛋白. • 每水解一个ATP转运两个Ca2+ 形成 “钙库”。在一定的 信号作用下Ca2+从钙库释放到细胞质， • 调节细胞运动、肌肉收缩、生长、分化等诸多生理功能。
朊病毒的早期认识多源于羊瘙痒病的研究
人和动物prion病
动物prion病 羊瘙痒病 （最早发现）
(scrapie of sheep and goat)
encephalopathy,TMM)
人类prion病 库鲁病
(Kuru disease)
水貂传染性脑病 (transmissible mink 克-雅病
白（actin)参与。
物质的跨膜运输 --自由扩散 O2、CO2、水、
苯、乙醇、甘油、 尿素 脂溶性维 生素脂肪酸
协助扩散：某些溶质在特异性 膜蛋白的帮助下扩散
（离子通道）
－ 泵 K
＋
（ 主 动 运 输 ）
Na
＋
钠钾泵
• 实际上就是Na+-K+ATP酶，存在于动、植物细胞质膜 上，它有大小两个亚基，大亚基催化ATP水解，小亚基 是一个糖蛋白。 每水解一个ATP释放的能量输送3个Na+到胞外，同时 摄取2个K+入胞，造成跨膜梯度和电位差. 对神经冲动传导尤其重要。 当梯度所持有的能量大于ATP水解的化学能时，Na+、 K+会反向顺浓差流过Na+-K+泵，同时合成ATP。
疯牛病
• 1996年3 月20日，英国政府宣布，英国20余 名克- 雅氏病患者与疯牛病传染有关，引起 世界的震惊。为此，英国将疯牛病疫区的 1100多万头同群牛屠宰处理，造成了约300 亿美元的损失，并引起了全球对英国牛肉的 恐慌。
Prion的本质
Prion
• 人类和多种哺乳动物染色体中都有PrP的编码 基因。 • 正常情况下此基因编码PrP前体蛋白，对蛋白 酶敏感，称为细胞朊蛋白（ PrP c）。 • Prion是一种不含脂类的疏水性糖蛋白，对蛋 白酶K有抗性，称为朊蛋白（PrP）。 又称为 羊瘙痒（Scrapie）病朊蛋白（ PrPsc）
被动运输(passive transport)---- 分子由浓度较高的
一
主动运输(active transport)----分子由浓度较低的一侧
通
膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵 或质子泵。动物细胞常利用Na+浓度梯度，植物细胞和细菌常利用 H+浓度梯度来驱动。
协同运输（cotransport）物质跨膜运动所需要的能量来自
非极性分子：CO2 、 O2、 N2
不带电的小分子（H2O CO2 尿素 甘油）
极性分子
不带电的稍大分子（葡萄糖 核苷酸 氨基酸） 带电的离子（K+ Na+ Ca2+ Cl-……）
通 透 性 逐 渐 减 小
大分子及其颗粒性物质：胞吞作用，消耗能量
还有些分子不进入细胞，而通过信号转导途径 作用于细胞
小分子物质的跨膜运输
各种连接的比较
细胞表面结构:植物细胞壁
功能：保护，支撑
2.细胞运输
生物体内的物质转运
体内转运:
循环系统 （动物) ，导管与筛管（植物）
细胞（内外）转运--进入细胞以及细胞内部转运
小分子物质的跨膜运输 大分子或颗粒性物质的跨膜运输
物质的跨膜运输
• 运输物质的分类
脂溶性分子 水溶性分子
通透性逐渐减小
核酸病毒与prion的比较
性状 感染性
核酸
形态学鉴定（电 镜） 福尔马林灭活 电离辐射、紫外 线照射敏感性
核酸病毒
Prion
性状
蛋白特性 : 蛋白 酶K 蛋白特性 : 加热 80℃
病毒
Prion
+
+ + + 敏感
+
不敏感
敏 感 不 敏 （某些）感 稳定 变性
根据病毒 而不同 长
潜伏期
诱发免疫应答 诱导产生干扰 素 引起炎症反应
一为遗传性的，即人家族性朊病毒传染； 基因突变，如格斯特曼综合征，致死性 家庭失眠症，部分克—雅氏病
二为医源性的，如手术，不当的饮食习惯 等。如库鲁病
克-雅病变种传染于患疯牛病牛？
一 生命活动的基本单位---细胞 结构与功能的协调统一
细胞膜结构 ---物质运输 ---细胞通讯
1.细胞膜结构
真核细胞：
•
In New Guinea, the Fore-people contracted kuru by eating the brains of deceased people. Creutzfeldt-Jakob Disease (CJD) frequently arises spontaneously, while fatal familial insomnia (FFI) Gerstmann-Strä ussler-Scheinker (GSS) disease, and 10-15% of CJD are caused by mutations in the gene encoding the prion protein. A new variant CJD, diagnosed in some 20 patients, may have arisen through transmission of BSE to humans.
encephalopathy, FSE) spongiform encephalopathy, BSE) (fatal familial insomnia,FFI ) (variant CJD, v-CJD)
疯 牛 病 ， 牛 海 绵 状 脑 病 (bovin植 物 细 胞
真核细胞：
动 物 细 胞
原核细胞与真核细胞的区别
细胞核 内膜 系统 原核 核区， 无 无核膜 核糖 体 70s 细胞 骨架 无 膜细 细胞壁 大小 胞器 无 肽聚糖 110μ
真核 有核膜 有
80s
有
有
纤维素 10（植物） 100μ
原核细胞与真核细胞基本特征的比较
原核细胞与真核细胞的遗传结构装置和基因表达的比较
意义：小的独立脂筏可能在保持信号蛋白呈关闭状态方面具有重要作用，当
必要时，这些小的脂筏聚集成大一个大的平台，在那里信号分子（如受体） 将和它们的配件相遇，启动信号传递途径。
膜蛋白的结构与功能
整合蛋白与外周蛋白
当前动物细胞质膜的结构模型
·
生物膜的不对称性
（一）膜蛋白分布的不对称性：
外周蛋白分布的不对称 整合蛋白内外两侧氨基酸残基数目不对称
三 从基因到蛋白的分子机制 基因组 基因的结构 基因的复制 基因的转录 基因转录调控 ---遗传与表观遗传调控 RNA组与RNA干扰 蛋白质翻译
四 最新生命研究进展举例 基因治疗 干细胞
朊粒 （朊病毒）
朊粒（Prion）又称传染性蛋白粒子
（proteinaceous infection particle）或朊病毒，是一 种由正常宿主细胞基因编码的构象异常的蛋白质， 不含核酸，具有自我复制能力
侧 通过细胞膜向浓度较低 的一侧转运，不需要提供能量。 自由扩散(simple diffusion):不需膜蛋白的协助，转运 率 取决于被转运 分子的大小与极性。 协助扩散(facilitated diffusion)：需要膜蛋白的协助， 运的速率和特异性极高。（离子通道蛋白，载体蛋白） 过细胞膜向浓度较高的一侧转运，需要提供能量。 如： Na＋K＋泵 , H＋泵, Ca2＋泵等。 速 转
大分子或颗粒性物质的跨膜运输
胞吞作用:细胞内陷，将外界物质裹进细胞内 形成胞吞泡。 胞饮作用（pinocytosis)：胞吞物为液体状 和较小的物质，形成的胞吞泡小于0· 15 微米，
有笼形蛋白（clathrin)参与。
吞噬作用(phagocytosis)：胞吞物为大的颗 粒状物质，形成的胞吞泡大于0· 25微米，肌动蛋
+ + +
-
Prion的致病生物学机制（传染及增殖过程）
α-螺旋
β-折叠
PrP c
正常形态
PrP sc
致病形态
PrPc和PrPsc的三维空间结构
PrPc
• Prion的传染机制
PrPSc
不同动物的Prion攻击不同的脑区域
All known prion diseases are fatal. Since the immune system does not recognize prions as foreign, no natural protection develops. Scrapie in sheep was first described during the18th century. It has been transmitted to other animals such as mink and cats, and more recently to cows (mad cow disease or bovine spongiform encephalopathy, BSE) through contaminated feedstuff.
（ 二）膜脂分布的不对称性：
卵磷脂
（三）膜糖类的不对称性。
细胞膜 的不对 称性
（ 四）膜下细胞膜骨架
脂质体（liposomes）：由连续质双层自发组装成 的球状小泡。可用于研究膜蛋白的功能以及作为 药物和DNA的运载体。