細胞質(zhì)膜與跨膜運輸詳解演示文稿

細胞質(zhì)膜與跨膜運輸詳解演示文稿當前1頁，總共102頁。優(yōu)選細胞質(zhì)膜與跨膜運輸當前2頁，總共102頁。3.1.1細胞的膜結構膜:包括細胞質(zhì)膜(plasmamembrane)、內(nèi)膜(internalmembrane)，習慣上把細胞所有膜結構統(tǒng)稱為生物膜(biomembrane)。

細胞的生物膜結構當前3頁，總共102頁。3.1.2細胞膜的功能細胞膜是多功能的結構體系，圖示它的主要功能:

細胞膜的功能

當前4頁，總共102頁。1.界膜和區(qū)室化(delineationandcompartmentalization)

劃定了細胞的邊界，并在胞內(nèi)劃分了許多以膜包被的區(qū)室。2.調(diào)節(jié)運輸(regulationoftransport)

膜為兩側的分子交換提供了一個屏障，一方面可以讓某些物質(zhì)"自由通透"，另一方面又作為某些物質(zhì)出入細胞的障礙。3.功能區(qū)室化通過形成膜結合細胞器，使細胞內(nèi)的功能區(qū)室化。例如細胞質(zhì)中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、高爾基體等膜結合細胞器的基本功能是參與蛋白質(zhì)的合成、加工和運輸；而溶酶體的功能是起消化作用，酸性水解酶主要集中在溶酶體。當前5頁，總共102頁。4.信號的檢測與傳遞(detectionandtransmissionofsignals)

細胞質(zhì)膜中具有各種不同的受體，能夠識別并結合特異的配體，進行信號的傳遞。5.參與細胞間的相互作用(intercellularinteraction)

在多細胞的生物中，細胞通過質(zhì)膜（包括膜中的一些蛋白）進行細胞間的多種相互作用，包括細胞識別、細胞粘著、細胞連接等。6.能量轉換(energytransduction)

細胞膜的另一個重要功能是參與細胞的能量轉換。例如葉綠體利用類囊體膜上的結合蛋白進行光能的捕獲和轉換，最后將光能轉換成化學能儲存在碳水化合物中。當前6頁，總共102頁。3.2紅細胞膜結構紅細胞(redbloodcell，erythrocyte)是結構最簡單的細胞，特別是成熟的紅細胞沒有細胞器，質(zhì)膜是它的惟一結構，并且易于提純和分離，是研究膜結構的最好材料。3.2.1紅細胞的生物學紅細胞的形態(tài)結構

成熟的紅細胞呈雙面凹或單面凹陷的盤狀(下圖)，直徑為7.5～8.3μm，厚度1.7μm，體積8.3μm3，表面積為14.5μm2，表面積與體積的比值較大，有利于細胞變形、氣體交換和攜帶。

當前7頁，總共102頁。電子顯微鏡下的紅細胞當前8頁，總共102頁。紅細胞的功能紅細胞的主要功能是將肺吸進的氧運送到身體的其他組織，并帶走呼出的CO2。肌體內(nèi)紅細胞的運輸作用當前9頁，總共102頁。紅細胞血影將紅細胞分離后放入低滲溶液中，水很快滲入到細胞內(nèi)部，使紅細胞膨脹、破裂，從而釋放出血紅蛋白(是紅細胞中惟一一種非膜蛋白)，此時的紅細胞就變成了沒有內(nèi)容物的空殼，由于紅細胞膜具有很大的變形性、柔韌性和可塑性，當紅細胞的內(nèi)容物滲漏之后，它的膜可以重新封閉起來，此時的紅細胞被稱為血影(ghost)。紅細胞血影及封閉、未封閉小泡的形成當前10頁，總共102頁。3.2.2紅細胞膜結構的研究■關于膜的化學組成和結構的早期研究

●CharlesOverton的研究工作18世紀90年代，Overton用植物的根毛作實驗，發(fā)現(xiàn)脂溶性物質(zhì)很容易進入細胞，而水溶性的物質(zhì)卻不能。實際上他發(fā)現(xiàn)了親脂性(lipophilic)物質(zhì)與細胞的關系。根據(jù)這一研究結果，Overton認為在細胞的外被中有脂的存在，他還進一步推測，細胞的外被中很可能有膽固醇和卵磷脂的存在，這種推測后來被證明是完全正確的?！馡rvingLangmuir的研究工作

將紅細胞的脂提取后鋪展在Langmuir水盤(LangmuirTrough)的水面上，研究了脂的展層行為，提出脂單層(lipidmonolayer)的設想。脂單層概念是20世紀初膜結構研究的基礎，導致了脂雙層的發(fā)現(xiàn)。當前11頁，總共102頁。Langmuir水盤中展現(xiàn)單脂層當前12頁，總共102頁。紅細胞膜脂雙層概念的提出1925年兩位荷蘭科學家E.Gorter和F.Grendel分離純化了紅細胞，從一定數(shù)量的紅細胞中抽提脂類，按Langmuir的方法進行展層，并比較展層后的脂單層的面積和根據(jù)體積所推算的總面積，Gorter和Grendel發(fā)現(xiàn)提取的脂鋪展后所測的面積同實際測量的紅細胞的表面積之比約為1.8～2.2∶1，為了解釋這一結果，他們提出紅細胞膜的基本結構是脂雙層(lipidbilayer)的概念。當前13頁，總共102頁。3.2.3紅細胞質(zhì)膜紅細胞的壽命約為120天，在生存期中大約行程500，000米。在血液循環(huán)中，紅細胞要穿過小于自身直徑一半的微小通道(脾竇)、在脾臟內(nèi)要經(jīng)受氧少、低pH值等不利環(huán)境的考驗、在心臟內(nèi)又要受到瓣膜渦流沖擊。不難想像，紅細胞在這樣長而艱險的運輸途徑中保持結構的完好，它的質(zhì)膜起了重要作用，可以推測，紅細胞的質(zhì)膜一定有非常特別的結構，僅僅是雙脂層可能難以解釋。當前14頁，總共102頁。紅細胞膜骨架紅細胞質(zhì)膜的內(nèi)側有一種特殊的結構，是由膜蛋白和纖維蛋白組成的網(wǎng)架，它參與維持細胞質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。紅細胞膜骨架結構當前15頁，總共102頁?！黾t細胞膜蛋白的組成分離紅細胞膜后可用陰離子去垢劑溶解膜蛋白，并通過SDS和聚丙烯酰胺凝膠電泳(PAGE)分離膜蛋白。通過單向SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分析，發(fā)現(xiàn)大約有15種主要的蛋白帶，相對分子質(zhì)量為15kDa到250kDa。

人紅細胞膜蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分部(A)是考馬斯藍染色的膠;(B)表示凝膠上主要蛋白質(zhì)的位置。當前16頁，總共102頁。幾種主要的紅細胞膜蛋白是(其中血影蛋白、血型糖蛋白、帶3蛋白約占膜蛋白的60%以上):

●血影蛋白(spectrin)●血型糖蛋白A(glycophorinA)●帶3蛋白(band3protein)●肌動蛋白(actin)●錨定蛋白(ankyrin)●帶4.1蛋白(band4.1protein)●內(nèi)收蛋白(adducin)當前17頁，總共102頁?！黾t細胞膜骨架的形成紅細胞膜骨架的結構如圖所示。

紅細胞膜骨架的結構當前18頁，總共102頁。紅細胞膜骨架蛋白的主要成分包括:血影蛋白、肌動蛋白、錨定蛋白、帶3蛋白、帶4.1蛋白等。紅細胞膜骨架的網(wǎng)狀支架的形成及與膜的結合過程大致分為三步：●首先是血影蛋白與4.1蛋白、肌動蛋白的相互作用●4.1蛋白同血型糖蛋白相互作用●第三是錨定蛋白與血影蛋白、帶3蛋白的相互作用當前19頁，總共102頁。3.3質(zhì)膜的化學組成脂和蛋白質(zhì)是膜的主要成分，同時還有少量的糖類。構成膜的蛋白質(zhì)與脂的比例依據(jù)膜的類型(如質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、高爾基體膜)、細胞類型(肌細胞、肝細胞)、生物類型(動物、植物和原核生物)的不同而不同(表3.1)。一般而言，脂占50%，蛋白質(zhì)占40%，碳水化合物約占1-10%。

當前20頁，總共102頁。干重的百分比(%)膜蛋白質(zhì)脂碳水化合物質(zhì)膜紅細胞49438神經(jīng)鞘18793肝細胞543610核膜66322高爾基體642610內(nèi)質(zhì)網(wǎng)622710線粒體外膜5545痕跡量內(nèi)膜7822-葉綠體7030-不同生物膜中的蛋白、脂和碳水化合物的量

當前21頁，總共102頁。3.3.1膜脂(membranelipids)

所有的膜脂都具有雙親媒性(amphipathic)，即這些分子都有一個親水末端(極性端)和一個疏水末端(非極性端)。這種性質(zhì)使生物膜具有屏障作用，大多數(shù)水溶性物質(zhì)不能自由通過，只允許親脂性物質(zhì)通過。膜脂的主要類型膜脂是生物膜的基本組成成分，約占膜的50%，主要有三大類:磷脂、糖脂、膽固醇。

當前22頁，總共102頁?！窳字?phospholipids)含有磷酸基團的脂稱為磷脂，是細胞膜中含量最豐富和最具特性的脂。它有一個極性的頭部和一個疏水的尾部磷脂酰乙醇胺的分子結構當前23頁，總共102頁。膽固醇(cholesterol)細胞膜上另一類脂是固醇類的膽固醇，膽固醇存在于真核細胞膜中。動物細胞膜膽固醇的含量較高，有的占膜脂的50%，大多數(shù)植物細胞和細菌細胞質(zhì)膜中沒有膽固醇，酵母細胞膜中是麥角固醇。

膽固醇的結構當前24頁，總共102頁。膽固醇的分子較其他膜脂要小，雙親媒性也較低。膽固醇的親水頭部朝向膜的外側,疏水的尾部埋在脂雙層的中央。膽固醇在脂雙層中的位置當前25頁，總共102頁?！瞿ぶ奶匦院凸δ?/p>

不同類型的膜含有不同類型的膜脂，使這些膜具有不同的特性脂人的紅細胞人的髓鞘牛心臟線粒體E.coli磷脂酸(PA)1.50.500磷脂酰膽堿(PC)1910390磷脂酰乙醇胺(PE)18202765磷脂酰甘油(PG)00018磷脂酰絲氨酸(PS)8.58.50.50心磷脂0022.512鞘磷脂17.58.500糖脂102600膽固醇222630某些生物膜膜脂的組成(脂總重量百分數(shù))

當前26頁，總共102頁。膜脂都是兩性物質(zhì)，都具有親水的極性頭和疏水的非極性的尾，大多數(shù)磷脂和糖脂在水溶液中能夠自動形成雙分子層結構。當這些兼性分子被水環(huán)境包圍時，它們就聚集起來，將疏水的尾部埋在里面，親水的頭部露在外面與水接觸?？赡苡袃煞N形式:形成球狀的分子團(micelles)，把尾部包在里面；或者形成雙分子層(bilayers)，把疏水的尾部夾在頭部的中間，或形成脂質(zhì)體(liposome)。脂在水中的行為當前27頁，總共102頁。膜脂的主要功能是構成膜的基本骨架，此外還有其他一些重要功能脂存在的膜功能主要磷脂

磷脂酰膽堿存在于大多數(shù)膜中形成脂雙層磷脂酰乙醇胺存在于大多數(shù)膜中起界膜的作用，防止水磷脂酰絲氨基存在于大多數(shù)膜中溶性物質(zhì)的自由擴散次要磷脂

心磷脂線粒體內(nèi)膜激活染色體磷脂酰肌醇(PI)存在于大多數(shù)膜作為三磷酸肌醇的供體鞘脂大多數(shù)哺乳動物細胞，特別是神經(jīng)細胞屏障作用，激活某些酶糖脂葉綠體類囊體的膜的主要脂類屏障作用膽固醇大多數(shù)動物細胞膜大多數(shù)動物細胞膜膜的流動性表:某些膜脂的功能當前28頁，總共102頁。3.3.2膜的碳水化合物約占膜重量的1～10%，糖含量的多少依細胞的不同而不同。細胞質(zhì)膜上所有的膜糖都位于質(zhì)膜的外表面，內(nèi)膜系統(tǒng)中的膜糖則位于內(nèi)表面?！瞿ぬ堑姆N類

自然界存在的單糖及其衍生物有200多種，但存在于膜的糖類只有其中的9種，而在動物細胞膜上的主要是7種。

細胞膜中常見的七種糖類

當前29頁，總共102頁。膜糖的存在方式真核細胞質(zhì)膜中的糖類是通過共價鍵同膜脂或膜蛋白相連，即以糖脂或糖蛋白的形式存在于細胞質(zhì)膜上。糖同氨基酸的連接主要有兩種形式，即O-連接和N-連接?！馩-連接:是糖鏈與肽鏈中的絲氨酸或蘇氨酸殘基相連，O-連接糖鏈較短，約含4個糖基?！馧-連接:是糖鏈與肽鏈中天冬酰胺殘基相連，N-連接的糖鏈一般有10個以上的糖基。另外，N連接的方式較O連接普遍。糖與多肽連接的兩種方式當前30頁，總共102頁?！瞿ぬ堑墓δ?/p>

膜糖可以提高膜的穩(wěn)定性，增強膜蛋白對細胞外基質(zhì)中蛋白酶的抗性，幫助膜蛋白進行正確的折疊和維持正確的三維構型。同時膜糖也參與細胞的信號識別、細胞的粘著。如同某些糖脂一樣，膜蛋白中的糖基是細菌和病毒感染時的識別和結合位點。另外，糖蛋白中的糖基還幫助新合成蛋白質(zhì)進行正確的運輸和定位。●ABO血型決定子(determinant)，即ABO血型抗原，它是一種糖脂，其寡糖部分具有決定抗原特異性的作用(圖)。人的血型是A型、B型、AB型還是O型，是由紅細胞膜脂或膜蛋白中的糖基決定的。A血型的人紅細胞膜脂寡糖鏈的末端是N-乙酰半乳糖胺(GalNAc)，B血型的人紅細胞膜脂寡糖鏈的末端是半乳糖(Gal)，O型則沒有這兩種糖基，而AB型的人則在末端同時具有這兩種糖。血型抗原當前31頁，總共102頁。3.3.3膜蛋白(membraneprotein)由膜脂構成膜的基本結構，但是生物膜的特定功能主要是由蛋白質(zhì)決定的。功能越復雜的膜，其上的蛋白質(zhì)種類越多。膜蛋白的分類

據(jù)膜蛋白與膜脂的關系分為整合蛋白、外周蛋白、脂錨定蛋白。1.整合蛋白(integralprotein)又稱內(nèi)在蛋白(intrinsicprotein)，跨膜蛋白(transmembraneprotein)，部分或全部鑲嵌在細胞膜中或內(nèi)外兩側。

整合蛋白當前32頁，總共102頁。2.外周蛋白(peripheralprotein)又稱附著蛋白(protein-attached)。這種蛋白完全外露在脂雙層的內(nèi)外兩側，主要是通過非共價鍵附著在脂的極性頭部，或整合蛋白親水區(qū)的一側，間接與膜結合。

圖外周蛋白當前33頁，總共102頁。3.脂錨定蛋白(lipid-anchored)又稱脂連接蛋白(lipid-linkedprotein)，通過共價鍵的方式同脂分子結合，位于脂雙層的外側。同脂的結合有兩種方式，一種是蛋白質(zhì)直接結合于脂雙分子層，另一種方式是蛋白并不直接同脂結合，而是通過一個糖分子間接同脂結合。

脂錨定蛋白

當前34頁，總共102頁。膜蛋白的功能胞質(zhì)膜有著許多重要的生物學功能，這些功能大多數(shù)是由膜蛋白來執(zhí)行的(圖，表)。

膜蛋白的某些功能

當前35頁，總共102頁。表:某些膜蛋白及其功能功能蛋白示例作用方式運輸?shù)鞍譔a＋泵主動將Na+泵出細胞，K+泵入細胞連接蛋白整合素將細胞內(nèi)肌動蛋白與細胞外基質(zhì)蛋白相連受體蛋白血小板生長因子(PDGF)受體同細胞外的PDGF結合、在細胞質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生信號，引起細胞的生長與分裂酶腺苷酸環(huán)化酶在細胞外信號作用下，導致細胞內(nèi)cAMP產(chǎn)生當前36頁，總共102頁?！瞿さ鞍椎难芯糠椒ā衲さ鞍椎姆蛛x十二烷基磺酸鈉(SDS)和TritonX-100都是去垢劑，哪一種可用于分離有生物功能的膜蛋白？●去垢劑的作用機理

去垢劑是一端親水一端疏水的雙親媒性分子，它們具有極性端和非極性的碳氫鏈。當它們與膜蛋白作用時，可以用非極性端同蛋白質(zhì)的疏水區(qū)作用，取代膜脂，極性端指向水中，形成溶于水的去垢劑-膜蛋白復合物，從而使膜蛋白在水中溶解、變性、沉淀當前37頁，總共102頁。去垢劑在膜蛋白分離中的作用

(a)去垢劑分子，具有極性和非極性端;(b)去垢劑包裹在膜蛋白的疏水區(qū)，極性區(qū)朝向外側，使蛋白質(zhì)成為水溶性，從而與膜分離。

當前38頁，總共102頁。膜蛋白在膜中位置測定

請設計一種方法檢測跨膜蛋白的哪一部分位于膜的外側，哪一部分位于膜的內(nèi)側?

當前39頁，總共102頁。3.4膜的分子結構及特點雖然細胞質(zhì)膜是包裹在細胞最外層的界膜，但由于細胞的新陳代謝活動必須同細胞外進行物質(zhì)交換，這就要求細胞質(zhì)膜具有特殊的結構，以保證生命活動的正常進行。

3.4.1結構模型●1890年，E.Overton發(fā)現(xiàn)了脂溶性物質(zhì)容易透過細胞，提出了脂肪柵的膜結構設想?！?925年，荷蘭的兩位科學家E.Gorter和F.Grendel根據(jù)對紅細胞的研究，提出細胞的外面有一個雙脂分子層結構。當前40頁，總共102頁?！銎瑢咏Y構模型(Lamellastructuremodel)1935年JamesDaniellie和HughDavson提出"雙分子片層"結構模型,該模型是第一次用分子術語描述的結構，并將膜結構同所觀察到的生物學理化性質(zhì)聯(lián)系起來，對后來的研究有很大的啟發(fā)。質(zhì)膜的片層結構模型當前41頁，總共102頁。單位膜模型(unitmembrane

model)1959年，利用電子顯微鏡技術對各種膜結構進行了詳細研究，在電子顯微鏡下發(fā)現(xiàn)細胞膜是類似鐵軌結構("railroadtrack")，兩條暗線被一條明亮的帶隔開，顯示暗——明——暗的三層，總厚度為7.5nm，中間層為3.5nm，內(nèi)外兩層各為2nm。并推測:暗層是蛋白質(zhì)，透明層是脂，并建議將這種結構稱為單位膜。

質(zhì)膜的單位膜模型

當前42頁，總共102頁?！隽鲃予偳赌Ｐ?fluidmosaicmodel)1972年Singer和Nicolson總結了當時有關膜結構模型及各種研究的新成就，提出了流動鑲嵌模型。這一模型強調(diào)了膜的流動性和不對稱性，較好地體現(xiàn)細胞的功能特點，被廣泛接受，也得到許多實驗的支持。質(zhì)膜的流動鑲嵌模型

當前43頁，總共102頁?！龃竽c桿菌細胞質(zhì)膜●流動鑲嵌模型同樣適合原核生物?！窬哂须p層膜結構的只是革藍氏陰性菌，如大腸桿菌。對于革藍氏陽性菌，如鏈球菌、葡萄球菌等只有單層膜結構?！裨诟锼{氏陰性菌的外膜上有豐富的孔蛋白。

大腸桿菌的雙層質(zhì)膜細菌質(zhì)膜中的孔蛋白當前44頁，總共102頁。Q:孔蛋白只存在于雙層膜的外膜中，為什么？由于孔蛋白的孔徑大，所以只能存在于外膜，而不能存在于內(nèi)膜。內(nèi)膜有界膜的作用，如果有孔蛋白，則失去界膜的功能。當前45頁，總共102頁。3.4.2膜的不對稱性(membraneasymmetry)細胞質(zhì)膜脂雙層中各種成分的種類和數(shù)量呈現(xiàn)不均勻分布?！霾粚ΨQ性的表現(xiàn)膜的主要成分是蛋白、脂和糖，膜的不對稱性主要是指這些成分分布的不對稱以及這些分子在方向上的不對稱。●膜脂的不對稱性膜脂的不對稱性表現(xiàn)在脂雙層中分布的各類脂的比例不同，各種細胞的膜脂不對稱性差異很大。

膜脂的不對稱分布當前46頁，總共102頁?！衲さ鞍椎牟粚ΨQ

每種膜蛋白在膜中都有特定的排布方向，與其功能相適應，這是膜蛋白不對稱性的主要因素。膜蛋白的不對稱性包括外周蛋白分布的不對稱以及整合蛋白內(nèi)外兩側氨基酸殘基數(shù)目的不對稱。

紅細胞血型糖蛋白A在質(zhì)膜中不對稱分布

當前47頁，總共102頁?！衲ぬ堑牟粚ΨQ膜糖以糖蛋白或糖脂的形式存在，無論是糖蛋白還是糖脂的糖基都是位于膜的外表面。

磷脂與糖脂分布的不對稱性膜糖分布的不對稱性當前48頁，總共102頁。不對稱性的意義膜脂、膜蛋白及膜糖分布的不對稱性導致了膜功能的不對稱性和方向性。保證了生命活動的高度有序性。膜脂在膜中的分布是不對稱的，雖然這種不對稱性的生物學作用還了解得很少，但已經(jīng)取得了不少進展。如糖脂是位于脂雙層的外側，其作用可能作為細胞外配體(ligand)的受體。磷脂酰絲氨基主要集中在脂雙層的內(nèi)葉，在生理pH下帶負電荷，這種帶電性使得它能夠同帶正電的物質(zhì)結合，如同血型糖蛋白A跨膜α螺旋鄰近的賴氨酸、精氨酸結合。磷脂酰膽堿出現(xiàn)在衰老的淋巴細胞外表面，作為讓吞噬細胞吞噬的信號。磷脂酰膽堿也出現(xiàn)在血小板的外表面，此時作為血凝固的信號。磷脂酰肌醇主要集中在內(nèi)葉，它們在將細胞質(zhì)膜的刺激向細胞質(zhì)傳遞中起關鍵作用。膜不僅內(nèi)外兩側的功能不同，分布的區(qū)域對功能也有影響。造成這種功能上的差異，主要是膜蛋白、膜脂和膜糖分布不對稱引起的。細胞間的識別、運動、物質(zhì)運輸、信號傳遞等都具有方向性。這些方向性的維持就是靠分布不對稱的膜蛋白、膜脂和膜糖來提供當前49頁，總共102頁?！霾粚ΨQ性的研究方法研究膜結構不對稱性的方法有很多種，其中最重要的就是冰凍斷裂技術，此外還有同位素標記法、酶水解法等?！?/p>

冰凍斷裂(freezefracture)法冰凍斷裂法不僅可用于研究膜組份分布的不對稱，也是膜的脂雙層結構的直接證據(jù)的來源。冰凍斷裂(freezefracture)一種制備電子顯微鏡樣品的方法。將組織放在液氮中快速下冷凍，然后用冰刀使樣品斷裂分割，通過金屬復形可進行電鏡觀察。冰凍斷裂技術顯示的脂雙層及膜蛋白分布的不對稱性

當前50頁，總共102頁。1.放射性標記法(radioactivelabelingprocedure)實驗中首先要分離細胞膜，然后用乳過氧化物酶進行膜蛋白標記。過氧化物酶的分子較大而不能透過細胞膜，這樣可以用于標記膜外表面的蛋白，標記后，分離膜蛋白，電泳分離和放射自顯影進行鑒定。研究細胞膜蛋白分布不對稱的一種方法。實驗中首先要分離細胞膜,然后用乳過氧化物酶進行膜蛋白標記。由于過氧化物酶的分子較大而不能透過細胞膜,這樣可以用于標記膜外表面的蛋白,包括外周蛋白和整合蛋白的外部分。標記后,分離膜蛋白,電泳分離和放射自顯影進行鑒定。若是要標記膜內(nèi)側的蛋白,則需將膜置于低離子強度的溶液中以提高膜的通透性,使乳過氧化物酶進入膜泡進行內(nèi)側蛋白的標記。放射性標記法測定膜蛋白分布的不對稱性

當前51頁，總共102頁。在酶法標記測定膜蛋白的定向實驗中若是要標記膜內(nèi)側的蛋白，該如何處理？將人工脂質(zhì)體放入低滲溶液中，這樣，乳過氧化物酶就能進入脂質(zhì)體進行內(nèi)側蛋白質(zhì)標記。乳過氧化物酶就能進入脂質(zhì)體進行內(nèi)側蛋白質(zhì)標記當前52頁，總共102頁。2.脂酶處理法既可以用胰蛋白酶處理法研究膜蛋白的定位，也可以用磷脂酶處理法來研究膜脂在脂雙層中的定位。

用脂酶處理法研究膜脂分布的不對稱性

當前53頁，總共102頁。請說明磷脂酶處理法研究紅細胞膜脂在脂雙層中定位的原理由于紅細胞具有血影現(xiàn)象，只要將紅細胞置于低離子濃度的溶液中，紅細胞就會發(fā)生滲漏釋放出內(nèi)含物，得到只有紅細胞膜的空殼。然后調(diào)整溶液中的Mg2+離子濃度，改變紅細胞小泡的狀態(tài)。若是從溶液中除去Mg2+，則形成外翻的小泡，若是加入Mg2+則是正常方向的小泡，然后用脂酶分別處理這兩種紅細胞膜。常用的脂酶是磷脂酶(phospholipase)，這種酶也是因為相對分子質(zhì)量大而不通過細胞膜，所以磷脂酶只能附著在膜泡的外表面，能夠被磷脂酶水解的就是位于外表面的磷脂，然后再根據(jù)它原來的狀態(tài)，確定在紅細胞膜脂中的定向。當前54頁，總共102頁。3.5物質(zhì)的跨膜運輸

3.5.1質(zhì)膜物質(zhì)運輸概述

細胞質(zhì)膜不僅僅作為物質(zhì)出入細胞的障礙，還要具有控制分子和離子通過的能力。換句話說，細胞質(zhì)膜必須具有選擇性地進行物質(zhì)跨膜運輸、調(diào)節(jié)細胞內(nèi)外物質(zhì)和離子的平衡及滲透壓平衡的能力。

物質(zhì)的跨膜運輸當前55頁，總共102頁。物質(zhì)運輸?shù)姆懂牎窦毎\輸(cellulartransport):細胞與環(huán)境間的物質(zhì)交換;●胞內(nèi)運輸(intracellulartransport):真核生物細胞內(nèi)膜結合細胞器與細胞內(nèi)環(huán)境進行的物質(zhì)交換;●轉細胞運輸(transcellulartransport):物質(zhì)穿越細胞的運輸。這種運輸主要是細胞與環(huán)境間的物質(zhì)交換，包括細胞對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收、原材料的攝取和代謝廢物的排除及產(chǎn)物的分泌。如細胞從血液中吸收葡萄糖以及細胞質(zhì)膜上的離子泵將Na+泵出、將K+泵入細胞都屬于這種運輸范疇。是真核生物細胞內(nèi)膜結合細胞器與細胞內(nèi)環(huán)境進行的物質(zhì)交換。包括細胞核、線粒體、葉綠體、溶酶體、過氧化物酶體、高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等與細胞內(nèi)的物質(zhì)交換。這種運輸不僅僅是物質(zhì)進出細胞，而是從細胞的一側進入，從另一側出去，實際上是穿越細胞的運輸。在多細胞生物中，整個細胞層作為半滲透性的障礙，而不僅僅是細胞質(zhì)膜。如植物的根部細胞負責吸收水份和礦物鹽，然后將它們運輸?shù)狡渌M織即是這種運輸。當前56頁，總共102頁。膜運輸機制:被動運輸與主動運輸

動運輸與主動運輸?shù)娜齻€差異:起始條件不同、運輸方式不同、產(chǎn)生的結果不同。被動運輸和主動運輸

當前57頁，總共102頁。從起始條件、運輸方式、產(chǎn)生的結果等三個方面進行主動運輸和被動運輸?shù)谋容^。被動運輸主動運輸起始條件細胞外被運輸?shù)奈镔|(zhì)濃度大大高于細胞內(nèi)的濃度細胞外被運輸?shù)奈镔|(zhì)的濃度可能高于、也可能低于細胞內(nèi)的濃度運輸方式通過擴散或運輸?shù)鞍仔纬傻耐ǖ肋M入細胞通過具有酶活性的運輸?shù)鞍?泵)，在能量的驅動下進出細胞產(chǎn)生的結果最后使細胞內(nèi)外的濃度達到平衡最后細胞內(nèi)外的濃度處于穩(wěn)定，建立了濃度梯度當前58頁，總共102頁。●物質(zhì)輸入細胞的四種方式溶質(zhì)分子可通過四種不同的方式跨膜運輸?shù)郊毎麅?nèi)物質(zhì)跨膜運輸?shù)乃姆N基本機制

圖中用較大號字母表示溶液的高濃度。(a)通過脂雙層的簡單擴散；(b)通過膜整合蛋白形成的水性通道進行的被動運輸;(c)通過同膜蛋白的結合進行的幫助擴散，也同(a)和(b)一樣，只能從高濃度向低濃度運輸;(d)通過載體介導的主動運輸，這種載體主要是酶，能夠催化物質(zhì)從低濃度向高濃度運輸。

當前59頁，總共102頁。■膜運輸?shù)鞍?membranetransportprotein)參與被動和主動運輸?shù)哪さ鞍妆环Q為膜運輸?shù)鞍?。鑒定膜運輸?shù)鞍椎姆椒ǎ阂环N是親和標記法(affinitylabeling)，另一種是膜重建(membranereconstitution)。

鑒定膜運輸?shù)鞍椎膬煞N方法

膜運輸?shù)鞍资悄ふ系鞍?，或是大的跨膜分子復合物，功能是參與被動運輸(促進擴散)或主動運輸(運輸泵)。參與促進擴散的膜運輸?shù)鞍纂m然沒有酶活性，但是具有酶催化的特點，如可達到最高速率、具有特異性和競爭抑制等，因此，運輸?shù)鞍子直环Q為透性酶(permease)。當前60頁，總共102頁。目前有兩種鑒定方法,一種是親和標記法(affinitylabeling),另一種是膜重建(membranereconstitution)。上:親和標記法,在此法中常常用到特異的運輸系統(tǒng)的抑制劑。下:膜重建法。在親和標記法中,主要是用放射性標記的分子抑制某種物質(zhì)的運輸.這種抑制作用是由抑制劑同膜運輸?shù)鞍椎慕Y合引起的,然后分離膜蛋白,鑒定同抑制劑結合的膜蛋白。例如細胞松弛素B是葡萄糖運輸?shù)鞍椎囊种苿?因此將放射性標記的細胞松弛素加入到細胞液中,就可同膜中葡萄糖運輸?shù)鞍捉Y合,然后從膜中分離蛋白,通過放射性分析鑒定膜運輸?shù)鞍?。在膜重建法?首先要分離純化膜蛋白,然后將分離純化的蛋白質(zhì)同磷脂混合,構建人工脂質(zhì)體，然后檢測脂質(zhì)體的運輸能力。當前61頁，總共102頁。離子載體在膜運輸?shù)鞍坠δ苎芯恐械膽萌藗儗ψ匀粻顟B(tài)下的膜運輸特性的認識主要來自離子載體(ionophore)的應用。短桿菌肽

A(gramicidinA)是一種形成通道的離子載體，它具有疏水的側鏈，兩個分子在一起形成跨膜的通道。它能夠有選擇地將單價陽離子順電化學梯度通過膜(圖3-49)，可被短桿菌肽A離子通道運輸?shù)年栯x子有∶H+〉NH4+〉K+〉Na+〉Li+。

短桿菌肽A離子載體作用機制

離子載體是一些能夠極大提高膜對某些離子通透性的載體分子。大多數(shù)離子載體是細菌產(chǎn)生的抗生素,它們能夠殺死某些微生物,其作用機制就是提高了靶細胞膜通透性,使得靶細胞無法維持細胞內(nèi)離子的正常濃度梯度而死亡,所以離子載體并非是自然狀態(tài)下存在于膜中的運輸?shù)鞍?而是人工用來研究膜運輸?shù)鞍椎囊粋€概念。根據(jù)改變離子通透性的機制不同,將離子載體分為兩種類型:通道形成離子載體(channel-formingionophore)和離子運載的離子載體(ion-carryingionophore)。

當前62頁，總共102頁。纈氨霉素(valinomycin)是一種由12個氨基酸組成的環(huán)形小肽。將纈氨霉素插入脂質(zhì)體后，通過環(huán)的疏水面與脂雙層相連，極性的內(nèi)部能精確地固定K+。它在一側結合K+，然后向內(nèi)側移動通過脂雙層，在另一側將K+釋放到細胞內(nèi)。

離子運載的離子載體的作用機制從上面介紹的兩個離子載體的例子可以得到兩個基本結論:①膜運輸?shù)鞍拙哂羞x擇性;②膜運輸?shù)鞍淄ㄟ^兩種機制進行物質(zhì)運輸，一是形成水性通道，二是同被運輸?shù)奈镔|(zhì)結合，以可動的形式穿膜，即可動載體(mobilecarrier)的運輸。當前63頁，總共102頁。3.5.2被動運輸(passivetransport)非電解質(zhì)通過擴散跨過細胞質(zhì)膜必須具備兩個條件:第一，該物質(zhì)在細胞外的濃度很高;第二，細胞質(zhì)膜必須對這種物質(zhì)具有通透性。膜對某種溶質(zhì)具有透性，必須滿足兩個條件之一：(1)這種物質(zhì)能夠直接穿過脂雙層，或是(2)膜中有可允許該溶質(zhì)通過的跨膜孔道。

當前64頁，總共102頁。擴散與滲透細胞質(zhì)膜具有兩個基本的特性∶允許小分子物質(zhì)通過擴散穿過細胞質(zhì)膜，也可以讓水通過滲透進出細胞質(zhì)膜。但是擴散和滲透是兩個不同的概念?！駭U散(diffusion)是指物質(zhì)沿著濃度梯度從半透性膜濃度高的一側向低濃度一側移動的過程，通常把這種過程稱為簡單擴散?！駶B透(osmosis)的含義則是指水分子以及溶劑通過半透性膜的擴散。它們都是從自由能高的部位向自由能低的部位置ATP移動。簡單擴散和滲透的比較當前65頁，總共102頁。根據(jù)水與水中溶質(zhì)在膜通透性上的差別，才將膜稱為半透性(semipermeable)。當兩種不同濃度的溶液被半透性的膜脂分隔開后，高溶質(zhì)濃度的一側是高滲的(hypertonic)，而低溶質(zhì)一側則是低滲的(hypoosmotic)。若兩側的溶質(zhì)濃度相等，則稱為等滲(iso-osmotic)。當前66頁，總共102頁。■被動運輸:

簡單擴散(simplediffusion)及限制因素簡單擴散是被動運輸?shù)幕痉绞?，不需要膜蛋白的幫助，也不消耗ATP，而只靠膜兩側保持一定的濃度差，通過擴散發(fā)生的物質(zhì)運輸。簡單擴散的限制因素是物質(zhì)的脂溶性、分子大小和帶電性?！裰苄?脂溶性越強，通過脂雙層膜的速率越快。溶質(zhì)的脂溶性與通過細胞膜能力的關系●相對分子質(zhì)量:相對分子質(zhì)量小，脂溶性高的分子才能快速擴散。根據(jù)實驗結果，推測質(zhì)膜的通透性孔徑不會大于0.5～1.0nm，能夠擴散的最小分子是水分子。物質(zhì)的帶電性:當前67頁，總共102頁。物質(zhì)的帶電性:一般說來，氣體分子（如O2、CO2、N2）、小的不帶電的極性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性的分子等易通過質(zhì)膜，大的不帶電的極性分子（如葡萄糖）和各種帶電的極性分子都難以通過質(zhì)膜。不同分子對人工磷脂雙層的通透性當前68頁，總共102頁?！霰粍舆\輸:促進擴散(facilitateddiffusion)及特點

促進擴散是指非脂溶性物質(zhì)或親水性物質(zhì)，如氨基酸、糖和金屬離子等借助細胞膜上的膜蛋白的幫助順濃度梯度或順電化學濃度梯度，不消耗ATP進入膜內(nèi)的一種運輸方式。促進擴散同樣不需要消耗能量，并且也是從高濃度向低濃度進行。當前69頁，總共102頁。促進擴散同簡單擴散相比，具有以下一些特點∶●

促進擴散的速度要快幾個數(shù)量級?！窬哂酗柡托?當溶質(zhì)的跨膜濃度差達到一定程度時，促進擴散的速度不再提高?！窬哂懈叨鹊倪x擇性:如運輸?shù)鞍啄軌驇椭咸烟强焖龠\輸，但不幫助與葡萄糖結構類似的糖類運輸。●膜運輸?shù)鞍椎倪\輸作用也會受到類似于酶的競爭性抑制，以及蛋白質(zhì)變性劑的抑制作用。當前70頁，總共102頁。圖3-54促進擴散與簡單擴散的動力學比較當前71頁，總共102頁。通道蛋白與促進擴散

通道蛋白(channelprotein)是一類橫跨質(zhì)膜，它們都是通過疏水的氨基酸鏈進行重排，允許適宜的分子通過。通道蛋白具有選擇性，所以在細胞膜中有各種不同的通道蛋白。通道蛋白參與的只是被動運輸，并且是從高濃度向低濃度運輸，所以不消耗能量。極性(帶電性)通道的形成

a)由單亞基膜蛋白形成的通道;(b)由多亞基蛋白形成的通道

當前72頁，總共102頁。有人說膜脂的功能僅作為膜的骨架，并作為非脂溶性物質(zhì)進入細胞的障礙，你認為此說有何不妥?膜脂的主要功能是構成膜的基本骨架。去除膜脂，則使膜解體。另外膜脂也是膜蛋白的溶劑，一些蛋白通過疏水端同膜脂作用，使蛋白鑲嵌在膜上得以執(zhí)行特殊的功能。有研究表明，膜脂為某些膜蛋白(酶)維持構象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境，一般情況下，膜脂本身不參與反應(細菌的膜脂參與反應)。膜上有很多酶的活性依賴于膜脂的存在。如果去掉脂類，酶蛋白即失去活性，加上脂類，又可使活性恢復。有些膜蛋白只有在特異的磷脂頭部基團存在時才有功能。當前73頁，總共102頁。現(xiàn)已鑒定過的離子通道蛋白在膜中都有開和關兩種構型相當于門，所以將通道蛋白形成的通道稱為門控通道(gatedchannel)。

當前74頁，總共102頁。電位-門控通道(voltage-gatedchannels)這類通道的構型變化依據(jù)細胞內(nèi)外帶電離子的狀態(tài)，主要是通過膜電位的變化使其構型發(fā)生改變，從而將"門"打開。含羞草的葉片在觸摸時發(fā)生的葉卷曲就是通過電位-門控通道傳遞信號的。含羞草展開與收縮受電位-門控通道的控制這類通道的構型變化依據(jù)細胞內(nèi)外帶電離子的狀態(tài)，主要是通過膜電位的變化使其構型發(fā)生改變,從而將“門”打開。在很多情況下,門通道有其自己的關閉機制,它能快速地自發(fā)關閉。開放往往只有幾毫秒時間。在這短暫瞬息時間里,一些離子、代謝物或其它溶質(zhì)順著濃度梯度自由擴散通過細胞膜。電位-門控通道在神經(jīng)細胞的信號傳導中起主要作用,電位�門控通道也存在于其他的一些細胞,包括肌細胞、卵細胞、原生動物和植物細胞。當前75頁，總共102頁。配體-門控通道(ligandgatedchannel)這類通道在其細胞內(nèi)或外的特定配體（ligand）與膜受體結合時發(fā)生反應,引起門通道蛋白的一種成分發(fā)生構型變化,結果使“門”打開。因此這類通道被稱為配體-門控通道，它分為細胞內(nèi)配體和細胞外配體兩種類型。

當前76頁，總共102頁?！衩{迫門控通道(stretch-gatedchannel)這種通道的打開受一種力的作用，聽覺毛狀細胞的離子通道就是一個極好的例子。聽覺毛狀細胞的機械敏感門通道作用原理當前77頁，總共102頁。載體蛋白(carrierprotein)與促進擴散載體蛋白需要同被運輸?shù)碾x子和分子結合，然后通過自身的構型變化或移動完成物質(zhì)運輸。葡萄糖可通過載體蛋白進行促進擴散。運輸葡萄糖的載體蛋白主要是通過構型的變化進行葡萄糖的運輸。紅細胞質(zhì)膜載體蛋白促進葡萄糖擴散示意圖當前78頁，總共102頁。載體蛋白需要同被運輸?shù)碾x子和分子結合，然后通過自身的構型變化或移動完成物質(zhì)運輸?shù)哪さ鞍住］d體蛋白促進擴散時同樣具有高度的特異性，其上有結合點，只能與某一種物質(zhì)進行暫時性、可逆的結合和分離。而且，一個特定的載體只運輸一種類型的化學物質(zhì)，甚至一種分子或離子。載體蛋白既參與被動的物質(zhì)運輸，也參與主動的物質(zhì)運輸。由載體蛋白進行的被動物質(zhì)運輸，不需要ATP提供能量。載體蛋白對物質(zhì)的轉運過程具有類似于酶與底物作用的動力學曲線、可被類似物競爭性抑制、具有競爭性抑制等酶的特性。但與酶不同的是:載體蛋白不對轉運分子作任何共價修飾。當前79頁，總共102頁。水的被動運輸水是一種特別的物質(zhì)，之所以特別是因為水分子雖然不溶于脂，并且具有極性，但也很容易通過膜。水通道蛋白(aquaporin)

大多數(shù)水是直接通過脂雙層進入細胞的，也有些水是通過水通道蛋白進行擴散的。動物和植物細胞中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)幾種不同的水通道蛋白。水通道蛋白AQP1是人的紅細胞膜的一種主要蛋白。它能夠讓水自由通過(不必結合)，但是不允許離子或是其他的小分子(包括蛋白質(zhì))通過。AQP1水通道蛋白當前80頁，總共102頁。水通道蛋白(aquaporin)一種水的分子通道。在動物和植物細胞中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有幾種不同的水通道蛋白。在動物細胞中已經(jīng)鑒定了水通道蛋白家族中的六個成員，在植物中發(fā)現(xiàn)了具有類似功能的蛋白質(zhì)。膜的水通道蛋白AQP1是1988年發(fā)現(xiàn)的，開始將這種蛋白稱為通道形成整合蛋白(CHIP)，是人的紅細胞膜的一種主要蛋白。它可以使紅細胞快速膨脹和收縮以適應細胞間滲透性的變化。AQP1蛋白也存在于其他組織的細胞中。AQP1是由四個相同的亞基構成，每個亞基的相對分子質(zhì)量為28kDa，每個亞基有六個跨膜結構域，在跨膜結構域2與3、5與6之間有一個環(huán)狀結構，是水通過的通道。另外，AQP1的氨基端和羧基端的氨基酸序列是嚴格對稱的，因此，同源跨膜區(qū)(1，4、2，5、3，6)在質(zhì)膜的脂雙層中的方向相反。AQP1對水的通透性受氯化汞的可逆性抑制，對汞的敏感位點是結構域5與6之間的189位的半胱氨酸。其他幾種AQP1與腎功能有關。當前81頁，總共102頁。AQP1是由四個相同的亞基構成，每個亞基的相對分子質(zhì)量為28kDa，每個亞基有六個跨膜結構域，在跨膜結構域2與3、5與6之間有一個環(huán)狀結構，是水通過的通道。水孔蛋白的跨膜結構域該蛋白的氨基端與羧基端是完全對稱，即1，4、2，5、3，6完全對稱。當前82頁，總共102頁。3.5.3主動運輸(activetransport)能夠逆濃度梯度或電化學梯度將物質(zhì)輸入、輸出細胞和細胞器。

■主動運輸?shù)奶攸c

主動運輸?shù)奶攸c:①逆梯度運輸;②依賴于膜運輸?shù)鞍?③需要代謝能，并對代謝毒性敏感;④具有選擇性和特異性?！窠舛忍荻然螂娀瘜W梯度細胞靠主動運輸建立和維持各種離子在細胞內(nèi)的不同濃度(下表)，這些離子的濃度差異對于細胞的生存和行使功能至關重要。當前83頁，總共102頁。典型動物細胞內(nèi)外離子濃度的比較成份細胞內(nèi)濃度(mM)細胞外濃度(mM)陽離子

Na+5-15145K+1405Mg2+*0.51-2Ca2+*10-71-2陰離子

Cl-5-15110固定的陰離子**高0*表中給出的Ca2+和Mg2+的濃度是游離存在于胞質(zhì)溶膠中的濃度;Mg2+在細胞中的總濃度為2mM，Ca2+則是1-2mM。但它們大多是與蛋白質(zhì)結合在一起的，Ca2+則存在于細胞器中。**指細胞內(nèi)存在的帶負電的有機分子，它們不能通過細胞質(zhì)膜。當前84頁，總共102頁。消耗能量主動運輸是消耗代謝能的運輸方式，有三種不同的直接能量來源載體蛋白功能能量來源直接能源

Na+-K+泵Na+的輸出和K+的輸入ATP細菌視紫紅質(zhì)H+從細胞中主動輸出光能磷酸化運輸?shù)鞍准毦鷮ζ咸烟堑倪\輸磷酸烯醇式丙酮酸間接能源

Na+、葡萄糖泵協(xié)同運輸?shù)鞍譔a+、葡萄糖同時進入細胞Na+離子梯度F1-F0ATPaseH+質(zhì)子運輸，H+質(zhì)子梯度驅動主動運輸中能量來源當前85頁，總共102頁。參與主動運輸?shù)倪\輸ATPase(transportATPase)參與主動運輸?shù)妮d體蛋白常被稱為泵(pump)，這是因為它們能利用能量做功。由于它們消耗的代謝能多數(shù)來自ATP，所以又稱它們?yōu)槟衬矨TPase。共有四種類型的運輸ATPase，或稱運輸泵:P型離子泵(P-typeionpump)，或稱P型ATPase。此類運輸泵運輸時需要磷酸化(P是phosphorylation的縮寫)，包括Na+-K+泵、Ca2+離子泵。V型泵(V-typepump)，或稱V型ATPase，主要位于小泡的膜上(V代表vacuole或vesicle)，如溶酶體膜中的H+泵，運輸時需要ATP供能，但不需要磷酸化。F型泵(F-typepump)，或稱F型ATPase。這種泵主要存在于細菌質(zhì)膜、線粒體膜和葉綠體的膜中，它們在能量轉換中起重要作用，是氧化磷酸化或光合磷酸化偶聯(lián)因子(F即fector的縮寫)。選擇性和特異性:

不同的運輸泵轉運不同的離子當前86頁，總共102頁。P型、V型和F型運輸泵的結構當前87頁，總共102頁。ABC運輸?shù)鞍?ATP-bindingcassettletransportor)，這是一大類以ATP供能的運輸?shù)鞍?，已發(fā)現(xiàn)了100多種，存在范圍很廣，包括細菌和人。當前88頁，總共102頁。■主動運輸?shù)姆较蚋鶕?jù)載體對物質(zhì)轉運的能力和方向分為單向運輸(uniports)和偶聯(lián)運輸(couplingtransport)兩種類型。

當前89頁，總共102頁?！鯬-型離子運輸泵的作用機理P型泵的主要特點:都是跨膜蛋白，并且是由一條多肽完成所有與運輸有關的功能，包括ATP的水解、磷酸化和離子的跨膜運輸?！?/p>

Na+/K+泵(Na+/K+pump，Na+/K+ATPase)的結構、作用原理Na+/K+泵是動物細胞中由ATP驅動的將Na+

輸出到細胞外同時將K+輸入細胞內(nèi)的運輸泵，又稱Na+泵或Na+/K+交換泵。實際上是一種Na+/K+ATPase。▲結構:

Na+/K+ATPase由兩個大亞基(α亞基)和兩個小亞基(β亞基)組成。α亞基是跨膜蛋白，在膜的內(nèi)側有ATP結合位點;在α亞基上有Na+和K+結合位點(下圖)。

當前90頁，總共102頁。Na+/K+ATPase的結構當前91頁，總共102頁。運輸機制

Na+/K+ATPase運輸分為六個過程。每水解一個ATP，運出3個Na+

，輸入2個K+

。Na+/K+泵工作的結果，使細胞內(nèi)的Na+濃度比細胞外低10-30倍，而細胞內(nèi)的K+濃度比細胞外高10-30倍。

Na+/K+-ATPase工作原理示意圖

當前92頁，總共102頁?！?/p>

Ca2+

泵(Ca2+pump，Ca2+ATPase)的結構和作用原理▲結構：有10個跨膜區(qū)▲激活:兩種激活機制，Ca2+/鈣調(diào)蛋白(CaM)復合物的激活;蛋白激酶C激活?！\輸機制:類似于Na+/K+ATPase。每水解一個ATP將兩個Ca2+離子從胞質(zhì)溶膠輸出到細胞外。Ca2+-ATPase的結構和功能位點當前93頁，總共102頁?！鰠f(xié)同運輸(cotransport)協(xié)同運輸又稱偶聯(lián)運輸，它不直接消耗ATP，但要依賴離子泵建立的電化學梯度，所以又將離子泵稱為初級主動運輸(primaryactive)，將協(xié)同運輸稱為次級主動運輸(secondaryactive)。動物細胞中，質(zhì)膜上的鈉泵和載體協(xié)作完成葡萄糖、氨基酸等的逆濃度梯度的協(xié)同運輸。葡萄糖與Na+離子的協(xié)同運輸

當前94頁，總共102頁?！黾毦械闹鲃舆\輸在細菌中發(fā)現(xiàn)一些特殊的主動運輸方式，如磷酸化運輸、運輸ATP酶、細菌的視紫紅質(zhì)等，這些運輸方式的能量來源各不相同?！窳姿峄\輸(phosphorylatingtransport)又稱為基團轉運。其機理是通過對被轉運到細胞內(nèi)的分子進行共價修飾（主要是進行磷酸化）使其在細胞中始終維持"較低"的濃度，從而保證這種物質(zhì)不斷地沿濃度梯度從細胞外向細胞內(nèi)轉運細菌細胞中糖的磷酸化運輸當前95頁，總共102頁?！窦毦曌霞t質(zhì)質(zhì)子泵(bacteriorhodopsinprotonpump)嗜鹽的厭氧菌halobacteriumhalobium的細胞質(zhì)膜上能被光線激活的蛋白質(zhì)，稱為細菌視紫紅質(zhì)(bacteriorhodopsin)。該蛋白含有七個α螺旋，每個螺旋長3-4nm，在蛋白的中部有幾個能夠吸收光的視黃醛基團，又稱發(fā)色基團；當該基團被一個光量子激活時，就能引起整個分子的構型發(fā)生變化，導致兩個H+從細胞內(nèi)運送到細胞外.當前96頁，總共102頁。●ABC運輸?shù)鞍着c主動運輸ABC運輸?shù)鞍资且淮箢愡\輸?shù)鞍?，最早在細菌中發(fā)現(xiàn)。E.coli具有兩層膜，ABC運輸?shù)鞍孜挥诩毦膬?nèi)膜。ABC運輸?shù)鞍字饕獏⑴c運輸糖、氨基酸和小肽，運輸時需要水解ATP提供能量。ABC運輸?shù)鞍字饕獏⑴c運輸糖、氨基酸和小肽，運輸時需要水解ATP提供能量。E.coli周質(zhì)空間主動運輸系統(tǒng)的

當前97頁，總共102頁。簡述Na+/K+泵(Na+/K+pump,Na+/K+ATPase)的結構和作用機制Na+/K+泵是動物細胞中由ATP驅動的將Na+輸出到細胞外同時將K+輸入細胞內(nèi)的運輸泵，又稱Na+泵或Na+/K+交換泵。實際上是一種Na+/K+ATPase。Na+/K+ATPase是由兩個大亞基(α亞基)和兩個小亞基(β亞基)組成。α亞基是跨膜蛋白，在膜的內(nèi)側有ATP結合位點，細胞外側有烏本苷(ouabain)結合位點;在α亞基上有Na+和K+結合位點。Na+/K+ATPase運輸分為六個過程:①在靜息狀態(tài)，Na+/K+泵的構型使得Na+結合位點暴露在膜內(nèi)側。當細胞內(nèi)Na+