細(xì)胞生物學(xué)第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

細(xì)胞生物學(xué)第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)谝豁?yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日細(xì)胞膜的選擇通透性：指細(xì)胞膜在選擇性地允許一些物質(zhì)通過(guò)的同時(shí)，阻止另一些物質(zhì)通過(guò)，又稱為膜的半透性。酵母：6000個(gè)基因，1/3的編碼膜結(jié)合蛋白，其中多數(shù)為膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。大腸桿菌（E.coli）:20%的基因與編碼膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有關(guān)。第二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)

膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)诙?jié)

離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)第三節(jié)

胞吞作用與胞吐作用第三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日一、脂雙層的不透性和膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白活細(xì)胞內(nèi)外離子濃度明顯不同，其調(diào)控機(jī)制有二：（一）脂雙層：疏水性特征1、脂溶性分子和小的不帶電荷的分子可通過(guò)。2、幾乎所有小的有機(jī)分子和帶電荷的無(wú)機(jī)離子需要膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白完成跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。第四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日（二）膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：載體蛋白：每種載體蛋白能與特定的溶質(zhì)分子結(jié)合，通過(guò)構(gòu)象改變介導(dǎo)溶質(zhì)分子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。只容許與載體蛋白上結(jié)合部位相合適的溶質(zhì)分子通過(guò)。通道蛋白：只有大小和電荷適宜的分子或離子才能通過(guò)。具有高度選擇性。第五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日二、主動(dòng)運(yùn)輸和與被動(dòng)運(yùn)輸

細(xì)胞膜的物質(zhì)運(yùn)輸方式：（１）小分子物質(zhì)和離子的跨膜運(yùn)輸（被動(dòng)運(yùn)輸、主動(dòng)運(yùn)輸）（２）大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡運(yùn)輸（胞吞作用、胞吐作用）第六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日（一）被動(dòng)運(yùn)輸：物質(zhì)由高濃度一側(cè)通過(guò)膜到低濃度一側(cè)而不消耗代謝能的一種運(yùn)輸方式。

1、簡(jiǎn)單擴(kuò)散：物質(zhì)順濃度梯度從膜的一側(cè)運(yùn)送到另一側(cè)，既不需要消耗能量，也無(wú)需膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的幫助，故稱為簡(jiǎn)單擴(kuò)散。疏水非極性小分子：N2、O2、苯等不帶電的極性小分子：水、尿素、甘油等第七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日第八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日通透性：取決于分子大小及其極性小分子＞大分子非極性分子＞極性分子離子及大分子不能通過(guò)無(wú)膜蛋白的人工脂雙層。2、水孔蛋白：對(duì)水分子高度特異的運(yùn)輸通道紅細(xì)胞、腎小管細(xì)胞等膜上有許多水孔蛋白，每個(gè)水孔蛋白（4個(gè)亞基）亞基可形成一個(gè)供水分子運(yùn)動(dòng)的中央孔，直徑約0.28nm,

長(zhǎng)2nm。第九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日一個(gè)水孔蛋白亞基：3對(duì)跨膜α螺旋，構(gòu)成水通道第十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日3、協(xié)助擴(kuò)散：又稱易化擴(kuò)散，是物質(zhì)由高濃度到低濃度的一種穿膜運(yùn)輸方式，它不消耗細(xì)胞的代謝能，但需要專一性的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的幫助。分為：a.閘門(mén)通道蛋白介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散

b.載體蛋白介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散載體蛋白介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散的特征：（1）比簡(jiǎn)單擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)速率高得多。（2）存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率（3）不同載體蛋白對(duì)溶質(zhì)的親和性不同。第十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日離子通道電壓門(mén)通道：膜電位變化配體門(mén)通道：化學(xué)信號(hào)應(yīng)力激活通道：壓力刺激，如內(nèi)耳聽(tīng)覺(jué)毛細(xì)胞第十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日離子通道運(yùn)輸離子的特點(diǎn)：(1)轉(zhuǎn)運(yùn)效率極高。107-108個(gè)離子/秒，比載體蛋白高1000倍以上。運(yùn)輸?shù)姆较蝽橂娀瘜W(xué)梯度進(jìn)行（濃度梯度、電位差）。(2)沒(méi)有飽和值。通過(guò)的離子量沒(méi)有最大值。(3)非連續(xù)性開(kāi)放，且是門(mén)控的。通常為關(guān)閉狀態(tài)第十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日b.載體蛋白介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散

在膜的一側(cè)，溶質(zhì)分子與載體蛋白上專一的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，載體蛋白構(gòu)象發(fā)生變化，將溶質(zhì)分子運(yùn)至膜的另一側(cè)，載體蛋白與溶質(zhì)分離后，又恢復(fù)到原來(lái)的構(gòu)象（例：葡萄糖、氨基酸、核苷酸）通道蛋白只進(jìn)行被動(dòng)運(yùn)輸，而載體蛋白既可被動(dòng)運(yùn)輸，又可主動(dòng)運(yùn)輸。第十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日

紅細(xì)胞質(zhì)膜載體蛋白協(xié)助葡萄糖擴(kuò)散第十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日第十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日載體蛋白特點(diǎn)（1）飽和性：數(shù)量限制、底物類似物競(jìng)爭(zhēng)性抑制。（2）高度選擇性：靠特異性位點(diǎn)與特異性底物結(jié)合，通常只轉(zhuǎn)運(yùn)一種分子。（3）環(huán)境條件對(duì)其活性有影響。具有pH依賴性、蛋白質(zhì)變性劑對(duì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有抑制作用。與酶類似，故有人稱為“通透酶”，但載體蛋白對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)不作任何修飾。第十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日主動(dòng)運(yùn)輸：物質(zhì)由低濃度的一側(cè)通過(guò)膜到高濃度的一側(cè)，同時(shí)消耗代謝能的一種物質(zhì)運(yùn)輸方式。在運(yùn)輸過(guò)程中，需要載體蛋白的參與。1.ATP驅(qū)動(dòng)泵：直接利用水解ATP提供能量。2.耦聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（同向和反向）：逆濃度梯度運(yùn)動(dòng)耦聯(lián)順濃度梯度運(yùn)動(dòng)。（協(xié)同運(yùn)輸）3.光驅(qū)動(dòng)泵：溶質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸耦聯(lián)光能輸入。第十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日ATP驅(qū)動(dòng)泵：依靠ATP水解供能，逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)離子和各種小分子。（跨膜蛋白）ATPase，但ATP水解與跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)耦聯(lián)。P-型離子泵V-型質(zhì)子泵F-型質(zhì)子泵ABC超家族轉(zhuǎn)運(yùn)離子轉(zhuǎn)運(yùn)小分子第二節(jié)離子泵和協(xié)同運(yùn)輸?shù)谑彭?yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日P型、V型和F型運(yùn)輸泵的結(jié)構(gòu)

V型和F型結(jié)構(gòu)復(fù)雜，只轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子，不形成磷酸化的中間體；P型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形成磷酸化的中間體，轉(zhuǎn)運(yùn)離子和分子。第二十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日一、P-型離子泵具有ATP結(jié)合位點(diǎn)，有2個(gè)獨(dú)立的α催化亞基；大多數(shù)還有2個(gè)小的起調(diào)節(jié)作用的β亞基。通過(guò)發(fā)生磷酸化和去磷酸化反應(yīng)，改變泵蛋白的構(gòu)象，實(shí)現(xiàn)離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。由于利用ATP水解能，形成磷酸化中間體，故稱P-型離子泵。第二十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日1、Na+-K+-ATP酶（Na+-K+泵）a、Na+、K+的轉(zhuǎn)運(yùn)與ATP水解偶聯(lián)b、Na+與ATP在膜內(nèi)側(cè)，K+的在膜外側(cè)c、一個(gè)ATP酶分子水解1000個(gè)ATP/秒，水解1個(gè)ATP能同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)3個(gè)Na+出胞和2個(gè)K+入胞作用：維持細(xì)胞膜兩側(cè)正常的離子梯度、膜的正常興奮性、滲透壓的平衡和細(xì)胞體積的恒定。第二十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日Na+-K+ATP酶的結(jié)構(gòu)示意圖第二十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日Na+-K+泵工作機(jī)制（磷酸化依賴Na+,去磷酸化依賴K+）第二十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日2、Ca2＋-ATP酶（鈣泵）特點(diǎn)：每個(gè)Ca2＋

-ATP酶每秒水解10個(gè)ATP,每個(gè)ATP轉(zhuǎn)運(yùn)兩個(gè)Ca2＋出胞或進(jìn)入肌質(zhì)網(wǎng)作用：維持細(xì)胞內(nèi)低外高的濃度差、跨膜信息傳遞、肌肉收縮。第二十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日Ca2+-ATPase的結(jié)構(gòu)和功能位點(diǎn)

第二十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日二、V-型質(zhì)子泵和F-型質(zhì)子泵功能相似：轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子，都不形成磷酸化中間體不同：V-型質(zhì)子泵：利用ATP水解供能，將H+逆電化學(xué)梯度泵入細(xì)胞器（內(nèi)體、溶酶體、液泡）F-型質(zhì)子泵：H+順電化學(xué)梯度運(yùn)動(dòng)，所釋放能量與ATP合成耦聯(lián)起來(lái)（線粒體、葉綠體、類囊體膜、細(xì)菌質(zhì)膜）第二十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日三、ABC超家族(ATP-bindingcassettesuperfamily)ATP驅(qū)動(dòng)泵，含有幾百種不同的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。從細(xì)菌到人類都存在，特異性底物或許是離子、單糖、氨基酸、磷脂、多肽、多糖等。共同結(jié)構(gòu)模式，即4個(gè)“核心”結(jié)構(gòu)域：2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，2個(gè)胞質(zhì)側(cè)ATP結(jié)合域。功能：轉(zhuǎn)運(yùn)小分子，如磷脂、親脂性藥物等

前面三種只轉(zhuǎn)運(yùn)離子第二十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日四、協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)由鈉鉀泵（或H+泵）與載體蛋白協(xié)同作用，由膜兩側(cè)貯存的電化學(xué)梯度提供能量，間接消耗ATP，所完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式。

同向協(xié)同運(yùn)輸：Na+與葡萄糖反向協(xié)同運(yùn)輸：Na+與H+第二十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日

單純擴(kuò)散

被動(dòng)運(yùn)輸通道蛋白介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散易化擴(kuò)散載體蛋白介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散

鈉鉀泵主動(dòng)運(yùn)輸鈣泵協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)第三十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日第三十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日五、離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)與膜電位(了解)離子或帶電荷物質(zhì)的跨膜運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生并維持了膜兩側(cè)不同物質(zhì)特定的濃度分布，形成了膜兩側(cè)的電位差。膜兩側(cè)各種帶電物質(zhì)形成的電位差的總和，即膜電位。第三十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日膜泡運(yùn)輸：細(xì)胞在轉(zhuǎn)運(yùn)大分子和顆粒物質(zhì)的過(guò)程中，物質(zhì)被包裹在膜脂雙分子層圍成的囊泡中，通過(guò)囊泡與細(xì)胞膜的融合進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，這種運(yùn)輸方式稱為膜泡運(yùn)輸。特點(diǎn)：不與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)其他結(jié)構(gòu)直接接觸和混合，囊泡只與特定膜融合，直接轉(zhuǎn)運(yùn)消耗代謝能?；拘问剑喊套饔?、胞吐作用第三節(jié)胞吞作用與胞吐作用第三十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日胞吞作用與胞吐作用第三十四頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日（一）胞吞作用又稱入胞作用，指通過(guò)細(xì)胞膜的變形運(yùn)動(dòng)，將細(xì)胞外大分子或顆粒物質(zhì)包裹成膜泡運(yùn)進(jìn)細(xì)胞的過(guò)程。根據(jù)胞吞物質(zhì)和形成的胞吞泡的大小將胞吞作用主要分為兩類：1.吞噬作用：攝入大的顆粒，如細(xì)菌和細(xì)胞碎片。原生動(dòng)物攝食方式，哺乳動(dòng)物只有少數(shù)特化的細(xì)胞，如巨噬細(xì)胞等才有攝入和消化大顆粒的吞噬作用。吞噬泡直徑一般大于250nm2.胞飲作用：攝入液體和溶質(zhì)分子進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程。所有真核細(xì)胞都具有胞飲作用。是連續(xù)發(fā)生的過(guò)程，胞飲泡一般小于150nm第三十五頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日胞飲作用吞噬作用第三十六頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)胞吞物質(zhì)是否專一，可將胞吞作用分為受體介導(dǎo)的胞吞作用和非特異性胞吞作用。受體介導(dǎo)的胞吞作用是大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞通過(guò)網(wǎng)格蛋白有被小泡從細(xì)胞外攝取特定大分子的有效途徑。首先與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，然后細(xì)胞膜內(nèi)陷形成有被小窩，繼而形成有被小泡，這種內(nèi)吞方式稱為受體介導(dǎo)的胞吞作用。這是選擇性濃縮機(jī)制例：LDL攝取過(guò)程（二）受體介導(dǎo)的胞吞作用第三十七頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日功能第三十八頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日有被小泡：網(wǎng)格蛋白有被小泡、非網(wǎng)格蛋白有被小泡a.網(wǎng)格蛋白有被小泡參與細(xì)胞攝取特異的膜結(jié)合配體、高爾基體到溶酶體及分泌泡之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)等過(guò)程。b.非網(wǎng)格蛋白有被小泡與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體或返回、高爾基體各扁平囊之間的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。第三十九頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日功能（轉(zhuǎn)運(yùn)物、受體、結(jié)合素蛋白、網(wǎng)格蛋白包被）網(wǎng)格蛋白又稱籠形蛋白，由基本骨架為三臂蛋白。第四十頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日

受體介導(dǎo)的胞吞作用過(guò)程中，胞內(nèi)體是膜泡運(yùn)輸?shù)闹饕诌x站之一，不同類型的的受體具有不同的胞內(nèi)體分選途徑。受體分選途徑有三：①大部分受體返回它們?cè)瓉?lái)的質(zhì)膜結(jié)構(gòu)域②有些受體進(jìn)入溶酶體中被消化，不能再循環(huán)，如：EGF結(jié)合的細(xì)胞表面受體③有些受體被運(yùn)送到質(zhì)膜不同的結(jié)構(gòu)域，該過(guò)程稱為轉(zhuǎn)胞吞作用。第四十一頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日（二）胞吐作用又稱出胞作用，指將細(xì)胞內(nèi)的分泌物質(zhì)、未分解物質(zhì)等，通過(guò)膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞膜與之融合，將膜泡內(nèi)物質(zhì)排出細(xì)胞外的過(guò)程。過(guò)程：RER上合成分泌蛋白－高爾基復(fù)合體上加工－分泌囊泡－與膜結(jié)合，釋放到膜外胞吐作用分為兩種途徑：結(jié)構(gòu)分泌途徑（幾乎存在于所有細(xì)胞中）、調(diào)節(jié)分泌途徑（只存在于某些特化的分泌細(xì)胞）第四十二頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日功能第四十三頁(yè)，共四十七頁(yè)，2022年，8月28日（三）質(zhì)膜的循環(huán)胞吞作用和胞吐作用是兩個(gè)相反的過(guò)程。胞吞作用使部分細(xì)胞膜成為轉(zhuǎn)運(yùn)小泡的膜而進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，經(jīng)胞吐作用分泌囊泡膜又回到細(xì)胞膜，兩者相輔相成，保持了細(xì)胞膜