高等生物化學(xué)第七章生物膜與跨膜轉(zhuǎn)運

高等生物化學(xué)第七章生物膜與跨膜轉(zhuǎn)運第1頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三大綱7.1總述7.2細(xì)胞膜的分子組成7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運7.5細(xì)胞膜與跨膜轉(zhuǎn)運相關(guān)文獻(xiàn)討論第2頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.1總述圖7.1動物細(xì)胞的亞顯微結(jié)構(gòu)。第3頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.1總述細(xì)胞膜的的功能：確定細(xì)胞及細(xì)胞內(nèi)各個細(xì)胞器的邊界，隔離細(xì)胞過程與成分。調(diào)控細(xì)胞及細(xì)胞器的分子運輸。保存細(xì)胞能量。細(xì)胞通訊（受體等）。第4頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.2細(xì)胞膜的分子組成1.脂類（25%-70%）磷脂磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇等。膽固醇糖脂2.蛋白質(zhì)（30%-75%）整體膜蛋白，外周膜蛋白，脂錨定蛋白3.碳水化合物（糖類）（~10%）糖蛋白和糖脂4.少量的核酸，水分、無機鹽第5頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.2細(xì)胞膜的分子組成第6頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.2細(xì)胞膜的分子組成第7頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-2膜結(jié)構(gòu)的流動鑲嵌模型第8頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜的脂雙分子層：兩性脂分子在水中自動形成的聚集形態(tài)：微團，脂雙層（4-5nm），脂質(zhì)體；穩(wěn)定但是靈活半透性脂雙層同時具有液體（快速分子移動）和固體的特性。脂雙層是二維的液體。第9頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-3雙親脂質(zhì)在水中的聚集體第10頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)生物膜雙層脂分子分布的不對稱性：第11頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)生物膜不對稱性的意義：使細(xì)胞膜的兩側(cè)具有不同的化學(xué)性質(zhì)；使細(xì)胞膜具有邊面性；定義了細(xì)胞膜的內(nèi)外兩側(cè)。第12頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)膜脂的運動：流動性不飽和脂肪酸、固醇。側(cè)向擴散同一分子層，相對于其他脂分子的運動液、晶兩性：在垂直于雙分子層的維度里，有高度的規(guī)律性；在雙分子層平面里，有極大的流動性。翻轉(zhuǎn)運動概率小，需能，翻轉(zhuǎn)酶可促進(jìn)旋轉(zhuǎn)運動交換脂肪鏈的運動第13頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)

生物膜的流體鑲嵌模型[Singer&Nicholson(1972),Science1972Feb.18175:23720-731]

描述了蛋白質(zhì)與脂雙層的關(guān)系；膜蛋白好像液體脂分子海洋中的圓形冰山；整體蛋白跨越脂雙層，通過疏水作用結(jié)合在膜上；外周蛋白與膜表面松散地結(jié)合（如：通過靜電作用）；脂錨定蛋白：在膜內(nèi)或膜外，共價結(jié)合在脂上。第14頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-2膜結(jié)構(gòu)的流動鑲嵌模型第15頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)膜蛋白的側(cè)向擴散：有些蛋白可自由側(cè)向擴散（人細(xì)胞與小鼠細(xì)胞的融合實驗）；有些膜蛋白在細(xì)胞或細(xì)胞器膜上形成聚集物或補丁，這些蛋白分子被一些內(nèi)部結(jié)構(gòu)錨定，之間相對不動，如：血型糖蛋白，氯離子-碳酸氫根交換蛋白。第16頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)膜蛋白的定位：電鏡觀察冰凍撕裂膜；不能跨膜的試劑進(jìn)行研究：異乙基乙酰亞胺蛋白酶第17頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-4冰凍撕裂技術(shù)裂分細(xì)胞膜的雙分子層示意圖第18頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-5確定膜蛋白跨膜排列的實驗第19頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)外周蛋白：通過弱靜電作用結(jié)合到膜蛋白或脂分子上用高濃度的鹽溶液可溶與膜的結(jié)合是動態(tài)的：臨時的，可調(diào)控的例如：膜內(nèi)側(cè)的磷脂酰絲氨酸（帶負(fù)電荷的磷脂）可以與含有賴氨酸和精氨酸的血型糖蛋白結(jié)合例如：紅細(xì)胞的血影蛋白可以支撐細(xì)胞膜并使膜蛋白條理化第20頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-6外周蛋白和膜整體蛋白第21頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三圖7-7膜聯(lián)蛋白V與膜脂分子頭部結(jié)合的結(jié)構(gòu)PC：磷酸酰膽堿膽堿部分磷酸基團脂肪酸尾部7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)第22頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三圖7-8氯離子-碳酸氫根離子交換蛋白的移動受到血影蛋白的限制7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)第23頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-9脂質(zhì)-連接的各種膜蛋白兩種類型：1）GPI錨定蛋白；2）內(nèi)膜碳?xì)滏滄溄拥牡鞍住５?4頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)

通過磷脂酰肌醇的糖衍生物（GPI）共價連接：GPI是細(xì)胞膜外層的脂；最初是通過研究一種磷脂酶發(fā)現(xiàn)的。通過內(nèi)膜上的碳?xì)滏湥–H2）共價連接，如：Scr蛋白和Ras蛋白。第25頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)膜整體蛋白：融入脂雙層的兩親性蛋白；特定片段的初級結(jié)構(gòu)高度親脂：通常是

-螺旋，與質(zhì)膜的脂肪酸尾部結(jié)合；一般有20-30個連續(xù)的親脂性氨基酸有單個或多個跨膜片段；多種跨膜通道蛋白，如：細(xì)菌視紫紅質(zhì)。圖7-10各種類型的膜整體蛋白。第26頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-11細(xì)菌視紫紅質(zhì)的結(jié)構(gòu)。第27頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-12紫色細(xì)菌的光和反應(yīng)中心。第一個通過X-射線晶體衍射確定結(jié)構(gòu)的膜蛋白第28頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-13跨膜蛋白的疏水作圖。(a)血型糖蛋白；(b)細(xì)菌視紫紅質(zhì)。20~25個殘基的α-螺旋序列剛剛足夠跨越脂雙層；過疏水指數(shù)作圖可預(yù)測α-螺旋結(jié)構(gòu)的跨膜區(qū)域；對于β-片層結(jié)構(gòu)的預(yù)測無用。第29頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-14孔蛋白，一種具有

-桶結(jié)構(gòu)的膜整合蛋白。第30頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-15在細(xì)胞與細(xì)胞相互作用中起作用的四種類型的膜整體蛋白。第31頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)整聯(lián)蛋白（Integrins）：異二聚體；不同的α和β亞基結(jié)合會產(chǎn)生多樣的特異性；與整合蛋白結(jié)合的蛋白存在RGD序列；功能：粘合分子，受體，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白。鈣粘著蛋白（Cadherins):嗜同種相互作用。第32頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)免疫球蛋白類似蛋白（Immunoglobulin-likeproteins):嗜同種相互作用;嗜異種相互作用。選擇蛋白（Selectins）：在Ca2+存在下，結(jié)合臨近細(xì)胞表面特異多糖。血細(xì)胞，血管內(nèi)皮細(xì)胞。第33頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)諸多細(xì)胞過程涉及膜融合：外排作用、內(nèi)吞作用、細(xì)胞分裂、精卵細(xì)胞融合、膜包被病毒進(jìn)入宿主細(xì)胞。圖7-16膜的融合。第34頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)特異膜融合的要求：

1）互相識別；

2）并列靠近；

3）雙分子層結(jié)構(gòu)局部打破；

4）兩個雙分子層融合形成連續(xù)雙分子層；

5）對特異信號響應(yīng)。第35頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)圖7-17病毒侵入宿主細(xì)胞的膜融合。（a）流感病毒；（b）人類免疫缺陷病毒。第36頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.3膜的超分子結(jié)構(gòu)細(xì)胞雜交：誘導(dǎo)細(xì)胞融合的方法：生物方法（病毒）；化學(xué)方法（聚乙二醇PEG）；物理方法（電擊和激光）。應(yīng)用：植物育種，單克隆抗體制備等。第37頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運簡單擴散；易化擴散；主動運輸；胞吞胞吐；第38頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運細(xì)胞膜的半透性：親脂性的小分子，不帶電荷的水分子可以通過；帶電荷的，極性的分子不能通過。膜蛋白可以輔助特定分子的跨膜轉(zhuǎn)運，轉(zhuǎn)運方式包括：被動運輸；如：離子通道。主動運輸；如：離子泵。胞吞胞吐作用。第39頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運濃度梯度是指膜兩側(cè)的濃度差(C2-C1)。溶質(zhì)分子從濃度為C1一側(cè)擴散到濃度為C2一側(cè)的化學(xué)勢為：

G=RTlnC2/C1圖7-18溶質(zhì)的濃度梯度第40頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運除濃度梯度外，電勢梯度也可驅(qū)動擴散

Z=分子所帶的電荷

F=法拉第常數(shù)(96,485JV-1mole-1)

=電勢差電化學(xué)勢：

G=RTlnC2/C1+ZF

圖7-19溶質(zhì)的電勢梯度第41頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運

被動擴散是一種一級動力學(xué)過程，直接取決于濃度。

協(xié)助擴散由蛋白輔助并且表現(xiàn)出Michaelis-Menten反應(yīng)動力學(xué)。被動擴散協(xié)助擴散A(outside)A(inside)V0=k[A]0kA(outside)+MP(membraneprotein)A(MP)A(inside)+MPkV0=Vmax[A]0/(Kt+[A]0)第42頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運蛋白降低了溶質(zhì)跨膜的自由能：與水合溶質(zhì)的非共價作用提供親水的跨膜通道圖7-20親水溶質(zhì)通過生物膜的脂類雙分子層的能量變化。第43頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-21水孔蛋白AQP-1跨膜的可能拓?fù)鋵W(xué)。(a)每個單體由6個跨膜螺旋組成；(b)水孔蛋白的建議結(jié)構(gòu)，4個AQP-1分子并肩結(jié)合，其24個跨膜螺旋圍成一個中央通道。水分子可以通過此布滿親水側(cè)鏈的通道。第44頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運滲透壓-被動擴散的一個特例。當(dāng)膜對水通透但是不對融解的離子或極性小分子有機溶質(zhì)通透時產(chǎn)生。溶劑從低溶質(zhì)濃度向高溶質(zhì)濃度運動。表現(xiàn)為：體積變化(直到溶質(zhì)濃度平衡)壓力變化H2Osemi-permeablemembranesolute第45頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運如果培養(yǎng)基中細(xì)胞周圍的水濃度高于胞質(zhì)，培養(yǎng)基被認(rèn)為是低滲，水分子將在滲透壓作用下進(jìn)入細(xì)胞。將一個紅細(xì)胞放在低滲的溶液中（如：純水），紅細(xì)胞便會因水的內(nèi)流而破裂（溶血）。植物細(xì)胞與細(xì)菌細(xì)胞由于有堅固的細(xì)胞壁，可避免在低滲溶液中破裂。這會使細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生膨壓。當(dāng)膨壓與滲透壓相等時，反滲透便會停止。第46頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-22葡萄糖轉(zhuǎn)運體1(GluT1)的建議結(jié)構(gòu)。(a)12個跨膜螺旋中有9個含有3個以上的極性或帶電的氨基酸殘基，通常被幾個疏水殘疾隔離；第47頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-21葡萄糖轉(zhuǎn)運體1(GluT1)的建議結(jié)構(gòu)。(b)螺旋圖表明一個螺旋節(jié)段表面上極性和非極性殘基的分布；(c)5~6個雙親螺旋的每個螺旋的極性和帶電的殘基面向中央通道并排，從而形成一個內(nèi)表面排列有極性和帶電的殘基跨膜通道。此通道提供了很多機會與通過此通道的葡萄糖形成氫鍵。GluT1的三維結(jié)構(gòu)還沒有通過X-射線晶體學(xué)闡明。第48頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運T1:細(xì)胞膜外表面的葡萄糖結(jié)合位點T2:細(xì)胞膜內(nèi)表面的葡萄糖結(jié)合位點k1k2k3Sout+TSout?TSin?

TSin+Tk-1k-2k-3V0=Vmax[S]out/(Kt+[S]out)圖7-23葡萄糖通過GluT1轉(zhuǎn)運到紅細(xì)胞的模型。第49頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-24葡萄糖轉(zhuǎn)運到紅細(xì)胞的動力學(xué)。(a)葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞的初速度V0依賴于胞外初始葡萄糖濃度，[S]out;(b)為(a)中數(shù)據(jù)的雙倒數(shù)作圖。此協(xié)助擴散的動力學(xué)與酶催化的動力學(xué)類似。此處的Kt相當(dāng)于米氏常數(shù)Km。第50頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運

氯離子-碳酸氫根離子交換器，也稱陰離子交換器，增加了紅細(xì)胞對HCO3-

的通透性達(dá)一百多萬倍；Cl-和HCO3-的偶聯(lián)是專性的，氯離子-碳酸氫根離子交換器是一種共轉(zhuǎn)運系統(tǒng)；對向轉(zhuǎn)運。圖7-25紅細(xì)胞膜上的氯離子-碳酸氫根離子交換蛋白。此共轉(zhuǎn)運系統(tǒng)使HCO3-進(jìn)出細(xì)胞而不改變跨膜電位。其作用是增加血液的CO2攜帶能力。第51頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運離子選擇通道對特定離子具有高選擇性；離子通道有開放和關(guān)閉兩種狀態(tài)，在兩種狀態(tài)中相互轉(zhuǎn)變；并且可調(diào)控。離子通道的分類：配體門控離子通道；電壓門控離子通道。離子通道與離子轉(zhuǎn)運體的差別：離子通道的流速比轉(zhuǎn)運體高若干個數(shù)量級，且無限接近擴散的理論最大值；沒有飽和性；應(yīng)某些“事件”而打開或關(guān)閉。第52頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運K+通道的結(jié)構(gòu)表明了其特異性的基礎(chǔ)圖7-26K+通道的結(jié)構(gòu)圖。第53頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-27變鉛青霉素菌的K+通道的結(jié)構(gòu)。離子半徑K+:1.4?Na+:0.95?

第54頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運怎樣實現(xiàn)K+通道的高選擇性？在膜路徑的大約三分之二處，通道在選擇性過濾器區(qū)域變狹窄，迫使離子丟棄水合分子。過濾器骨架中的羰基氧原子代替了K+水合層中的水分子，形成一系列完美的配位層。此濾器對Na+不利，因為Na+太小，不能與所有可能的氧配體接觸。K+的優(yōu)先穩(wěn)定性是過濾器的離子選擇性的基礎(chǔ)，改變蛋白質(zhì)這個部分的突變會消除通道的離子選擇性。第55頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運配體門控離子通道:乙酰膽堿受體離子通道對運動神經(jīng)元到肌細(xì)胞的電信號傳導(dǎo)非常重要；乙酰膽堿與其受體結(jié)合，引起受體的構(gòu)象變化，導(dǎo)致Na+，Ca2+和K+的內(nèi)流；乙酰膽堿受體的結(jié)構(gòu)包括五個亞基（2）,每個亞基都有四個跨膜螺旋片段。第56頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-28乙酰膽堿受體離子通道的結(jié)構(gòu)。其5個亞基（2）的每個亞基都有4個跨膜螺旋，M1到M4。其中M2螺旋是雙親性的，其他主要為疏水殘基。這5個亞基圍繞一個跨膜中心通道排列，使其內(nèi)腔布滿了M2螺旋的極性側(cè)鏈。通道的頂部和底部是帶負(fù)電的氨基酸殘基構(gòu)成的環(huán)結(jié)構(gòu)。在近雙分子層的中部，有5個分別來自5個M2螺旋的Leu側(cè)鏈伸出到通道中，此時通道直徑太小，不能通過Ca2+，Na+和K+。第57頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-29乙酰膽堿受體離子通道的中央橫切面的頂面觀，表明被大Leu側(cè)鏈封阻的通道。當(dāng)兩個乙酰膽堿分子結(jié)合后（兩個α亞基各結(jié)合一個），發(fā)生了構(gòu)象變化，M2螺旋稍微扭曲，此5個Leu殘基轉(zhuǎn)動離開通道，而被小的極性殘基所取代。此門控機制使通道打開，使Ca2+，Na+和K+能夠通過。第58頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運電壓門控離子通道：主要存在于神經(jīng)元、心肌和骨骼肌的肌細(xì)胞質(zhì)膜上；通過感應(yīng)跨膜電勢梯度來開放和關(guān)閉；對Na+有非常高的選擇性和通透性；結(jié)構(gòu)：由單個巨大的多肽鏈組成4個結(jié)構(gòu)域，每個結(jié)構(gòu)域包含6個跨膜螺旋。不同螺旋的作用：螺旋4：電壓傳感器；螺旋5：選擇性過濾器；螺旋6：激活門和失活門。鏈球機制：通道的鈍化。第59頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-30（a）電壓門控離子通道的結(jié)構(gòu)圖。（b）電壓門控離子通道的鏈球模型。第60頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-31電壓感應(yīng)的機制模型。螺旋4對跨膜電位響應(yīng);膜極化：螺旋4被向內(nèi)推進(jìn)；膜去極化：螺旋4松弛，向外移動；與螺旋6相互作用。第61頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-32離子通道功能的電學(xué)測定。第62頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運離子通道缺陷：肌細(xì)胞質(zhì)膜的電壓門控Na+通道的遺傳缺陷可導(dǎo)致：肌肉周期性麻痹（高鉀型周期性麻痹）或僵直（先天肌強直）；CFTR（一種氯離子通道）的突變可導(dǎo)致囊性纖維化；天然毒素通常作用于離子通道，如：河豚毒素和蛤蚌毒素，作用于神經(jīng)元的電壓門控Na+通道。第63頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運孔蛋白是小分子跨膜運輸?shù)耐ǖ?。如：大腸桿菌外膜的孔蛋白：FhuA將鐵從胞外跨膜轉(zhuǎn)運到其周質(zhì)空間；由22個鏈的-桶結(jié)構(gòu)域和一個氨基末端“塞”的結(jié)構(gòu)域組成。圖7-33孔蛋白的結(jié)構(gòu)圖。第64頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運導(dǎo)致溶質(zhì)逆濃度或或電化學(xué)梯度移動；逆濃度梯度轉(zhuǎn)運，自由能的變化：Gt=RTln(C2/C1)R:氣體常數(shù),8.315J/molKT:絕對溫度逆電化學(xué)梯度：Gt=RTln(C2/C1)+ZFZ:離子電荷:跨膜電勢

F:法拉第常數(shù)(96,48oJ/Vmol)第65頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運四大類轉(zhuǎn)運ATPase第66頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-34三種類型的離子轉(zhuǎn)運ATPase的亞基結(jié)構(gòu)。(a)P-類ATPase通常有兩種類型的整體蛋白亞基。其必需的α亞基有一個Asp殘基，此殘基在轉(zhuǎn)運中被磷酸化。(b)V-類ATPase有一個外周結(jié)構(gòu)域V1，它由7個不同類型的亞基包括3個A和3個B組成，還有一個跨膜結(jié)構(gòu)域V0，后者有三類亞基，并有多拷貝的c亞基；(c)F-類ATPase的跨膜部分F0也有三類亞基，并由多個拷貝的c亞基。P-類泵如Na+，K+-ATPase使兩個離子相反方向移動。V-類和F-類ATPase使質(zhì)子單向移動（V-類ATPase移動質(zhì)子到液泡，F(xiàn)-類ATPase使質(zhì)子移出線粒體）。第67頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運P-typeATPase的特點：ATP可逆磷酸化；類似的氨基酸序列，尤其在發(fā)生磷酸化的Asp殘基附近；對磷酸類似物釩酸的抑制敏感；大都是單一肽鏈，有多個跨膜區(qū)域的整體蛋白，少數(shù)有兩個亞基。第68頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運V-typeATPase:真菌，高等植物液泡，動物溶酶體，內(nèi)體，高爾基體及分泌囊泡的酸化；與P-typeATPase無關(guān)，不發(fā)生循環(huán)性的磷酸化和去磷酸化，且不被釩酸抑制；包括一個整體跨膜結(jié)構(gòu)域V0，一個APT結(jié)合位點和活性外周結(jié)構(gòu)域V1。與F-typeATPase有關(guān)。第69頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-35F類ATPase的可逆性。一種ATP驅(qū)動的質(zhì)子轉(zhuǎn)運體也能在質(zhì)子順電化學(xué)勢梯度流動時促進(jìn)ATP的合成。在細(xì)菌、線粒體和葉綠體的能量保存中起著重要作用。第70頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運F-typeATPase：既可通過ATP水解，催化質(zhì)子上坡跨膜轉(zhuǎn)運，也可催化質(zhì)子下坡流動，驅(qū)動ATP合成；多亞基復(fù)合物，包括一個跨膜孔道（整體蛋白F0），外周蛋白F1（ATP水解或合成）。實例：多藥轉(zhuǎn)運蛋白。在遺傳疾病囊性纖維化中，其編碼Cl-轉(zhuǎn)運蛋白及囊性纖維跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控因子的基因發(fā)生缺陷，可能與腫瘤細(xì)胞的多藥轉(zhuǎn)運蛋白有關(guān)。第71頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-36在遺傳疾病囊性纖維化中，其編碼Cl-轉(zhuǎn)運蛋白及囊性纖維跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控因子（CFTR）的基因發(fā)生缺陷，可能與腫瘤細(xì)胞的多藥轉(zhuǎn)運蛋白有關(guān)。第72頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-37在囊性纖維化病人中，肺粘膜表面液中NaCl的高濃度導(dǎo)致殺菌效率降低。第73頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運圖7-38Na+/K+ATPase.在動物細(xì)胞中，此主動轉(zhuǎn)運系統(tǒng)主要用于建立和維持細(xì)胞內(nèi)的Na+和K+濃度，產(chǎn)生跨膜電位。每移動2個K+進(jìn)入細(xì)胞，就移動3個Na+出細(xì)胞。此電位對于神經(jīng)元的電信號傳遞非常重要。產(chǎn)生的Na+梯度在許多細(xì)胞中可以用于驅(qū)動溶質(zhì)的逆濃度梯度共轉(zhuǎn)運。第74頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運Na+/K+ATPase：整體蛋白，包括兩個跨膜亞基；每水解一分子ATP，轉(zhuǎn)運兩個K+進(jìn)入細(xì)胞，三個Na+出細(xì)胞；細(xì)胞中許多生物過程的活化需要K+，但是被Na+抑制；此初級轉(zhuǎn)運系統(tǒng)建立的Na+，K+梯度是許多二級主動轉(zhuǎn)運過程的驅(qū)動力。如：氨基酸，糖，核算的轉(zhuǎn)運；該反應(yīng)所投入的能量占一個靜息人所消耗總能量的25%。第75頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運ATP水解與轉(zhuǎn)運偶聯(lián)的機制模型：（1）形成磷酸化的酶：ATP+EnzI

ADP+P-EnzII（2）磷酸化酶水解：P-EnzII+H2OEnzI+Pi這兩步的總反應(yīng)為：ATP+H2OADP+Pi圖7-39Na+/K+ATP酶模型。第76頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三TheNobelPrizeinchemistryin1997"forhisdiscoveryofNa+/K+ATPase"JensSkouDenmark1918-第77頁，共83頁，2023年，2月20日，星期三7.4溶質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運P-typeCa2+pump:維持胞漿中的Ca2+濃度在100μM。質(zhì)膜上的P-類Ca2+泵將Ca2+從胞漿中泵出；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的另一種P-類Ca2+泵將Ca2+從胞漿中移近其內(nèi)腔。肌質(zhì)網(wǎng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+泵都被腫瘤促進(jìn)劑毒胡蘿卜素（Thapsigargin）抑制，但質(zhì)膜上的Ca2+泵不受影響。10次跨膜的-螺旋

SRCa2+ATPaseS