细胞5,质跨膜运输-2012课件

1、第五章膜转运蛋白与物质的跨膜运输胞吞作用与胞吐作用物质的跨膜运输物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。 细胞膜是一种选择性通透膜。两种主要调控机制：脂膜本身的脂双层所具有的疏水性特征特殊的膜转运蛋白介导的跨膜运输跨膜运输主要有三种途径：被动运输、主动运输、胞吞与胞吐作用。一、被动运输通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运输。转运的动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供代谢能量。1. 简单扩散疏水小分子或小的不带电荷的极性分子的跨膜方式。不需要细胞提供能量，也没有膜蛋白的协助。分子通过热运动从膜的一侧通过细胞膜进入膜的另一侧，其结果是分子沿着浓度梯度降低的方向转运。

2、简单扩散中，不同分子的通透系数区别很大。小分子比大分子容易穿膜，非极性分子比极性分子容易穿膜。膜转运蛋白可分为两类载体蛋白：既可介导被动运输，又可介导主动运输.通道蛋白：只能介导被动运输.通道蛋白介导的转运明显快于载体蛋白介导的转运. 载体蛋白具有通透酶（permease）性质；每种都有特异性结合位点，能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运。存在最大转运速率，KM反映转运的特异性The structure of a bacterial K+ channel.乙酰胆碱受体是配体门通道 离子跨膜转运与膜电位膜电位：细胞质膜两侧各种带电物质形成的电位差总和。静息电位：指细胞

3、在静息状态下的膜电位，是细胞质膜内外相对稳定的电位差。质膜内为负值，质膜外为正值（-70 -30mV） ，此现象称为极化。电压门控离子通道：开关变化应答于膜电位的变化，即其打开的概率由膜电位控制。在神经元电信号的转导中具有重要作用。Na+和K+离子通道都是膜上的电压门控离子通道，当细胞接受刺激信号超过一定阈值时， 将介导细胞产生动作电位。动作电位：在刺激作用下产生行驶通讯功能的快速变化的膜电位。 离子跨膜转运与膜电位细胞质膜膜电位是化学信号或电信号引起的兴奋传递的重要方式。尽管不同神经元运载的信号的重要性各式各样，但信号的形式都一样，均由神经元跨膜电势的改变组成。信号传播是由于细胞一个部位的电

4、扰可以传播到其他部位。神经元功能的发挥有赖于其延伸的结构。二. 主动运输由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度进行的跨膜转运。需要与某种释放能量的过程相偶联。可分为：由ATP直接提供能量(ATP驱动泵）、ATP间接提供能量（耦联转运蛋白）以及光能驱动（光驱动泵）三种基本类型。由ATP直接提供能量的主动运输依赖于4种ATPasesABC (ATP-binding Cassette，ATP-结合盒 )V-type ATPases (V for “vesicle”) pump protons into such organelles as vesicles, vacuoles, lysosome

5、s, endosomes, and the Golgi complex.F-type ATPases ( F for “factor” ) are found in bacteria, mitochondria, and chloroplast.Na+-K+ ATPase -A coupling active transport to ATP hydrolysis. 一种P型 ATPase，存在于动物细胞。水解ATP提供能量，泵出 Na+，泵入K+, 两者的个数比例3:2。功能：维持细胞内低Na+高K+ 的离子环境，对维持细胞内正常的生命活动，神经冲动传导以及维持细胞的渗透平衡，恒定细胞的体积

6、等起重要作用。胞外高浓度Na+也可储存大量能量。A Model Mechanism for the Na+/K+ ATPase钙泵另一类P-型离子泵，与ATP的水解相偶联，每消耗一个ATP转运出两个Ca2+。主要存在于细胞膜和内质网膜上，它将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔，以维持细胞内低浓度的游离Ca2+ （胞内10-7mol/L, 胞外10-3 mol/L。钙泵在肌质网内储存Ca2+ ，对调节肌细胞的收缩和舒张至关重要。肌质网Ca2+泵的工作模型ABC (ATP-binding Cassette，ATP-结合盒 )更多的成员，更为多样。每种ABC蛋白对于单一底物或相关底物的基团是特异性的。都

7、共享一个由4个“核心”结构域组成的结构模式。很多肿瘤细胞高水平表达多抗药性转运蛋白（multidrug resistance (MDR) protein）。细菌可用该酶进行物质进胞转运。载体蛋白介导的转运有三种形式：单一运输同向共运输反向共运输一类通过Na+-K+泵（或H+泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输。(物质跨膜运动所需直接动力来自膜两侧离子电化学浓度梯度，而维持这种离子电化学梯度则是通过Na+-K+泵(或H+泵)消耗ATP所实现。)An Asymmetric Distribution of Transporters in Epithelial CellsUnder

8、lies the Transcellular Transport of Solutes.动物细胞利用膜两侧的Na+电化学梯度驱动，植物细胞和细菌利用H+电化学梯度驱动。某些动物细胞器、细菌等通过H+泵协同完成。主动运输小结：都需要消耗能量，所需能量可直接来自ATP、离子电化学梯度或光能；需要膜上的特异性载体蛋白，它们不仅具有结构上的特异性，而且具有结构上的可变性（构象变化影响亲和力的改变。）三、 包吞作用和胞吐作用真核细胞进行大分子与颗粒性物质跨膜运输的途径。转运时，物质包裹在脂双层膜围绕的囊泡中，需消耗能量，属于主动运输。常可同时转运不同种类、不同数量的物质，也可称批量运输。胞吞作用是通过细

9、胞膜内陷形成胞吞泡，将外界物质裹进并输入细胞的过程。根据形成胞吞泡的大小和包吞物的不同，可分为：胞饮作用和吞噬作用，根据胞吞的物质是否有专一性，可分为受体介导的胞吞作用和非特异性胞吞作用。胞饮作用和吞噬作用，二者主要区别在：胞饮作用中胞吞物为溶液，吞噬作用的胞吞物为大颗粒性物质。吞噬泡的大小不同(前者about 100 nm in diameter，后者 generally 250 nm in diameter)。胞饮连续发生，吞噬是一个信号触发的过程。胞吞泡形成机制不同。胞饮泡的形成需要网格蛋白（clathrin）或类似蛋白的帮助，吞噬泡的形成需要微丝及其结合蛋白的帮助。吞噬作用:由专门的吞

10、噬细胞完成吞噬作用（phagocytosis）是一种特殊的内吞作用，细胞通过形成大的吞噬泡（吞噬小体）来摄取大颗粒物质，如微生物、死细胞等。对原生生物而言，吞噬是获取食物和养分的重要方式。动物体中的吞噬作用主要由巨噬细胞和嗜中性粒细胞完成，起防护和清除作用。吞噬体的大小由被摄取颗粒的大小决定，可大至噬菌细胞本身。吞噬体通过与溶酶体融合将被摄取物降解，不可降解的残留物通过形成残余小体释放到胞外。 吞噬细胞表面有大量不同种类的受体，被摄取颗粒通过与受体结合，并经过引发而发生吞噬过程。伪足延伸和吞噬体形成通过肌动蛋白的解聚和重组而驱动。吞噬体形成处特定磷酸肌醇的积累导致肌动蛋白的解聚和重组。三联体骨

11、架/三腿蛋白网格蛋白小泡网格蛋白胞饮作用:通过网格蛋白有被小泡介导的选择性运输结合素蛋白（adaptin）具有特异性选择作用，既能结合网格蛋白，又能识别跨膜受体胞质面的尾部肽信号，进而通过网格蛋白有被小泡介导跨膜受体及其结合配体的选择性运输。结合素蛋白有不同种类，不同途径的转运小泡可结合不同的包被蛋白。 发动蛋白（dynamin）:是网格蛋白小泡形成的装配反应因子（assembly reaction factor, ARF），其作用是在被膜小窝的颈部聚合，通过水解GTP调节自己收缩，最后将小泡与质膜割开。受体介导的胞吞作用细胞通过受体介导的内吞作用选择性输入胞外大分子细胞有各种各样的受体参与受

12、体介导的内吞作用。受体介导的网格蛋白小泡转运是高度调节的。内陷小窝起到分子过滤器的作用。不同的受体可进入到同一个内陷小窝，同一个网格蛋白小泡中的内吞蛋白在胞内的命运各不同。依赖于小凹的胞饮作用除了网格蛋白小泡，还有其他形式的胞饮作用。小凹(Caveolae)是细胞膜上独立的区域（细胞膜穴样内陷） ，主要是在绝大多数细胞表面的脂筏区。小凹蛋白(Caveolin)是小凹的结构蛋白。小凹利用小凹膜的特殊脂组成来摄取和聚集蛋白。小凹蛋白起着稳定这些脂筏区域的作用。内吞过程可分为初级胞内体和次级胞内体两个阶段初级胞内体是内吞途径的分选站，形成初级胞内体后，大部分受体可返回到原来的质膜，然后含有被吞噬物的

13、胞内体通过形成多泡体次级胞内体的途径成熟。进入次级胞内体的物质进而被运送到溶酶体被降解。low-density lipoproteins (LDLs)胆固醇的转运胆固醇的转运上皮细胞的内吞作用通过转胞吞作用转移大分子穿过上皮细胞层上皮细胞有两种不同的早期内涵体，但只有一种晚期内涵体。胞吐作用是将细胞内的分泌泡或其他膜泡中的物质通过细胞质膜运输的过程。组成型胞吐（default pathway） ：从高尔基体反面管网区分泌的囊泡向质膜流动并与之融合的稳定过程。新合成的囊泡膜的蛋白和脂类不断供应给质膜更新，并确保细胞分裂前质膜的生长。囊泡内蛋白被分泌到胞外等部位。调节型胞吐：存在于特殊机能的分泌细胞中。细胞产生的分泌物储存在分泌泡(Secretory Vesicles)内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含