第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸質(zhì)膜的通透特征和膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2.小分子物質(zhì)的胯膜運(yùn)輸3.胞吞作用和胞吐作用：細(xì)胞攝取大分子物質(zhì)及顆粒物1質(zhì)膜的通透特征和膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1.1質(zhì)膜是一種選擇性通透屏障，負(fù)責(zé)物質(zhì)隔離及跨膜物質(zhì)交換。使細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)濃度、種類存在差異。無(wú)蛋白人工膜對(duì)不同分子（離子）的通透性。Glycerol甘油，urea尿素，tryptophan色氨酸。1.2

生物膜對(duì)不同分子（離子）的通透性：小的非極性分子容易透過(guò)。少部分小的極性分子如水、甘油、尿素等可通過(guò)。大部分極性分子只有通過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白才能透過(guò)。離子也只有通過(guò)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白才能透過(guò)。物質(zhì)跨膜運(yùn)輸通過(guò)被動(dòng)運(yùn)輸（不耗能）和主動(dòng)運(yùn)輸（耗能）完成。典型動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)外離子濃度比較1.3膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白大多數(shù)極性分子、離子是不能透過(guò)質(zhì)膜或透過(guò)能力很低，只有通過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白才能完成高效跨膜運(yùn)輸。膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白有兩類：載體蛋白（通透酶）和通道蛋白（孔蛋白，水孔蛋白和離子通道）。載體蛋白通過(guò)構(gòu)象改變完成小分子物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。載體通過(guò)構(gòu)象變化協(xié)助擴(kuò)散三種載體介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。

uniport單向轉(zhuǎn)運(yùn),symport同向共轉(zhuǎn)運(yùn),antiport反向共轉(zhuǎn)運(yùn)（如調(diào)控細(xì)胞pH值的Na+/H+交換載體）。真核生物質(zhì)膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GluT1)通過(guò)構(gòu)象改變介導(dǎo)葡萄糖向胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)。大多數(shù)通道蛋白為離子通道蛋白。有些通道長(zhǎng)期開(kāi)放，如鉀泄漏通道。有些通道平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，僅在特定刺激下才打開(kāi)，稱為門(mén)通道。門(mén)通道根據(jù)開(kāi)閉方式分為電壓門(mén)控離子通道，受體門(mén)控離子通道，應(yīng)力門(mén)控離子通道，光敏感通道蛋白等。配體門(mén)通道(ligandgatedchannel)

特點(diǎn)：膜上受體與細(xì)胞內(nèi)或外的配體結(jié)合，引起通道構(gòu)象改變，“門(mén)”打開(kāi)，又稱離子通道型受體。分為陽(yáng)離子通道，如乙酰膽堿受體；IP3-門(mén)控Ca2+通道和陰離子通道，如γ-氨基丁酸受體。乙酰膽堿受體由4種亞單位（α2βγδ）組成。乙酰膽堿受體門(mén)控離子通道：5個(gè)同源亞基(α2βγδ)跨膜螺旋形成跨膜親水通道.關(guān)閉時(shí)通道被側(cè)鏈的5個(gè)疏水的亮氨酸封閉，通道兩端的含負(fù)電荷的側(cè)鏈確保只有正離子才能通過(guò)。兩個(gè)亞基有結(jié)合乙酰膽堿的部位。乙酰膽堿結(jié)合后亞基構(gòu)象改變，亮氨酸殘疾移出通道，通道既被打開(kāi)。環(huán)核苷酸配體門(mén)控離子通道環(huán)核苷酸配體門(mén)控離子通道結(jié)構(gòu)與鈉電位門(mén)通道相似。細(xì)胞內(nèi)的C末端較長(zhǎng)，有環(huán)核苷酸的結(jié)合位點(diǎn)。分布于化學(xué)和光感受器中。如氣味分子與化學(xué)感受器中的G蛋白偶聯(lián)型受體結(jié)合，激活腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生cAMP，開(kāi)啟cAMP門(mén)控陽(yáng)離子通道，引起鈉離子內(nèi)流，膜去極化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，最終形成嗅覺(jué)或味覺(jué)。嗅覺(jué)信息傳遞(A)及嗅覺(jué)受體(B)：動(dòng)作電位（去極化）產(chǎn)生：cAMP門(mén)控陽(yáng)離子通道，Ca2+配體門(mén)控Cl-通道。靜息電位（極化）：Na+/Ca2+交換器，Na+/K+泵。電位門(mén)通道(voltagegatedchannel)特點(diǎn)：膜電位變化可引起構(gòu)象變化，“門(mén)”打開(kāi)。Na+、K+、Ca2+電壓門(mén)通道結(jié)構(gòu)相似，由同一個(gè)遠(yuǎn)祖基因演化而來(lái)。K+電位門(mén)控離子通道：有四個(gè)亞單位，每個(gè)亞基有6個(gè)跨膜α螺旋(S1-S6)，N和C端均位于胞質(zhì)面。連接S5-S6段的發(fā)夾樣β折疊(P區(qū)或H5區(qū))，構(gòu)成通道內(nèi)襯，大小允許K+通過(guò)。目前認(rèn)為S4段是電壓感受器。4thsubunitnotshown電壓門(mén)控離子通道：鉸鏈細(xì)胞失水應(yīng)力門(mén)控離子通道感受摩擦力、壓力、牽拉力、重力、剪切力等。目前比較明確的有兩類應(yīng)力門(mén)控離子通道，一類對(duì)牽拉敏感，為2價(jià)或1價(jià)的陽(yáng)離子通道，有Na+、K+、Ca2+，以Ca2+為主，幾乎存在于所有的細(xì)胞膜。另一類對(duì)剪切力敏感，僅發(fā)現(xiàn)于內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞。應(yīng)力激活的離子通道：auditoryhaircell聽(tīng)覺(jué)毛細(xì)胞，tectorialmembrane耳蝸蓋膜，stereocillia靜纖毛，basilarmembrane基底膜，bundletilted毛束傾斜。Allchannelrhodopsinsarenonspecificcationchannels,conductingH+,Na+,K+,andCa2+ions.(左圖）

光遺傳操作使采用光調(diào)控神經(jīng)元沖動(dòng)成為可能：通過(guò)遺傳操作在神經(jīng)元中異體表達(dá)光敏感離子通道蛋白（ChR2，來(lái)自海藻，左上圖下方的蛋白為其變異蛋白和相應(yīng)的激發(fā)波長(zhǎng)）和光驅(qū)動(dòng)離子泵（NpHR和Arch分別是光驅(qū)動(dòng)的Cl-和H+泵，來(lái)自古細(xì)菌，下方分別為其變異蛋白和激活波長(zhǎng)）可用光調(diào)控神經(jīng)沖動(dòng)產(chǎn)生。ChR2,光敏陽(yáng)感離子通道，在藍(lán)光照射下瞬時(shí)打開(kāi)，Na+、Ca2+等進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞引起去極化，產(chǎn)生動(dòng)作電位。NpHR嗜鹽菌視紫紅質(zhì)，Arch其實(shí)就是一種菌視紫紅質(zhì)，兩者在光驅(qū)動(dòng)下分別可以向胞內(nèi)泵Cl-和H+，都可引起細(xì)胞超極化，使細(xì)胞難以產(chǎn)生動(dòng)作電位，即抑制神經(jīng)沖動(dòng)產(chǎn)生。在兩者都表達(dá)于神經(jīng)細(xì)胞時(shí)，用脈沖藍(lán)光可引起神經(jīng)沖動(dòng)產(chǎn)生，但如同時(shí)照射黃光（NpHR的激活光）神經(jīng)沖動(dòng)被抑制。以上所有光敏感蛋白均為視紫紅質(zhì)蛋白家族成員。光敏感通道蛋白Channelrhodopsin是單細(xì)胞綠藻（如衣藻Chlamydomonasreinhardtii）的光感受器，為光門(mén)控非特異性陽(yáng)離子通道，引起單細(xì)胞綠藻的驅(qū)光反應(yīng)。水通道水通道由水孔蛋白(aquaporin)形成的一種水的分子通道。在動(dòng)物細(xì)胞中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有幾種不同的水通道蛋白。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(kāi)始將這種蛋白稱為通道形成整合蛋白(CHIP),是人的紅細(xì)胞膜的一種主要蛋白。它可以使紅細(xì)胞快速膨脹和收縮以適應(yīng)細(xì)胞間滲透性的變化。AQP1蛋白也存在于其他組織的細(xì)胞中。AQP1及它的同系物能夠讓水自由通過(guò)(不必結(jié)合),但是不允許離子或是其他的小分子通過(guò)。1991年Agre發(fā)現(xiàn)水通道蛋白CHIP28（28KD），CHIP28的mRNA能引起非洲爪蟾卵母細(xì)胞吸水破裂，已知這種吸水膨脹現(xiàn)象會(huì)被Hg2+抑制。目前在人類細(xì)胞中已發(fā)現(xiàn)至少11種此類蛋白，被命名為水孔蛋白（Aquaporin，AQP）。AQP1是由四個(gè)相同的亞基構(gòu)成，每個(gè)亞基有六個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，在跨膜結(jié)構(gòu)域2與3、5與6之間有一個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)，是水通過(guò)的通道。該蛋白的氨基端與羧基端是完全對(duì)稱，即1、4；2、5；3、6；完全對(duì)稱。Aquaporin-0是哺乳動(dòng)物晶狀體中的纖維細(xì)胞膜中最豐富的蛋白2小分子物質(zhì)胯膜運(yùn)輸類型2.1簡(jiǎn)單擴(kuò)散、被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸2.2簡(jiǎn)單擴(kuò)散也叫自由擴(kuò)散（freediffusion）：①沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度）擴(kuò)散；②不需要提供能量；③沒(méi)有膜蛋白協(xié)助。通透性P=KD/t，K為分配系數(shù)，D為擴(kuò)散系數(shù)，t為膜的厚度。2.3被動(dòng)運(yùn)輸（協(xié)助擴(kuò)散）特點(diǎn)：①轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；②運(yùn)輸速率同物質(zhì)濃度成非線性關(guān)系；③特異性；④飽和性。載體：載體蛋白（符合酶促動(dòng)力學(xué)特征）、通道蛋白（沒(méi)有飽和值）。簡(jiǎn)單擴(kuò)散和載體協(xié)助擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)特征比較

2.4主動(dòng)運(yùn)輸:載體介導(dǎo)的逆梯度轉(zhuǎn)運(yùn)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)娜N主要方式和能量來(lái)源直接消耗ATP的離子和小分子逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)。利用離子電化學(xué)勢(shì)的離子和小分子物質(zhì)逆濃度梯度的協(xié)同運(yùn)輸。利用光能或電子傳遞的H+、Cl-等離子逆濃度梯度的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)中一種物質(zhì)逆梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)伴隨著一種物質(zhì)（常為離子）順電化學(xué)梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，分為同向和反向。一種物質(zhì)逆梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)伴隨著ATP水解。光能驅(qū)動(dòng)的物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。2.4.1直接主動(dòng)運(yùn)輸依賴四種類型的轉(zhuǎn)運(yùn)ATP酶（ATP驅(qū)動(dòng)泵）四種類型的ATP驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白:P型泵，“P”型代表磷酸化，通過(guò)磷酸化去磷酸化改變構(gòu)想完成跨膜轉(zhuǎn)運(yùn);F型、V型質(zhì)子泵結(jié)構(gòu)相似，在轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子過(guò)程中不形成磷酸化中間體；ABC(ATP-bindingCassette)超家族成員眾多廣泛分布于從細(xì)菌到人的細(xì)胞質(zhì)膜上.有兩個(gè)跨膜區(qū)(T)和兩個(gè)ATP結(jié)合區(qū)(A)。P型離子泵P型泵均有兩個(gè)獨(dú)立的α亞基（催化亞基），絕大多數(shù)還有兩個(gè)β亞基（幫助組裝），在轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)形成磷酸化中間體。Na+-K+ATP酶（Na+-K+泵）Na+-K+ATP酶存在于動(dòng)物質(zhì)膜上。Na+-K+ATP酶需要K+在細(xì)胞外，Na+和ATP在細(xì)胞內(nèi)，可被烏本苷（箭毒苷）抑制。每個(gè)ATP水解Na+:K+運(yùn)輸比例為3:2。Na+-K+ATP酶是P型離子泵。需要依次磷酸化和去磷酸化自身完成泵的循環(huán)，因此形成磷酸化的中間體。維持細(xì)胞膜電位：Na+-K+ATP酶的主動(dòng)運(yùn)輸使細(xì)胞外Na+濃度高，細(xì)胞內(nèi)K+濃度高。維持膜兩側(cè)的電化學(xué)梯度，沒(méi)兩側(cè)離子濃度不同形成細(xì)胞外正內(nèi)負(fù)（靜息態(tài)）的膜電位。這對(duì)維持細(xì)胞的活性，特別是可興奮細(xì)胞神經(jīng)沖動(dòng)傳播也起重要作用。Na+-K+泵的生物學(xué)功能Na+-K+ATP酶轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制模型實(shí)驗(yàn)室條件下Na+-K+ATP酶可催化產(chǎn)生ATP動(dòng)物細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)吸收：Na+-K+形成的Na+電化學(xué)梯度是一種可用于物質(zhì)運(yùn)輸?shù)碾娀瘜W(xué)勢(shì)能。Na+-K+泵在維持動(dòng)物細(xì)胞滲透平衡、穩(wěn)定細(xì)胞體積方面起重要作用。其他P型離子泵：H+-ATP酶（H+泵）、Ca2+-ATP酶（Ca+泵）和H+/K+-ATP酶（H+-K+泵）植物細(xì)胞、真菌、細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜存在H+泵。類似動(dòng)物細(xì)胞中的Na+-K+泵，H+泵建立起來(lái)的膜兩側(cè)H+電化學(xué)梯度差是這些細(xì)胞協(xié)同運(yùn)輸中的能量來(lái)源。H+泵在控制細(xì)胞質(zhì)pH值并可能在酸化植物細(xì)胞壁、控制植物細(xì)胞生長(zhǎng)中扮演重要角色。Ca2+泵:Ca2+-ATP酶存在于質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜、葉綠體膜、液泡膜上。與Na+-K+泵亞基同源。Ca2+泵功能為主動(dòng)運(yùn)輸Ca2+至細(xì)胞外或至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中，維持細(xì)胞內(nèi)較低的鈣離子濃度（細(xì)胞內(nèi)Ca2+是一種信號(hào)分子，在信號(hào)傳遞和肌細(xì)胞收縮中起重要作用）。每分解一個(gè)ATP分子，泵出2個(gè)Ca2+。位于肌質(zhì)網(wǎng)（肌細(xì)胞中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)）上的鈣離子泵占肌質(zhì)網(wǎng)膜蛋白質(zhì)的90%。H+-K+

ATPases(存在于哺乳動(dòng)物胃表面上皮泌酸細(xì)胞膜上):向細(xì)胞外泵H+（分泌胃酸）及向細(xì)胞內(nèi)泵K+。Ca2+泵V和F型質(zhì)子泵:是一類分子馬達(dá)，ATP水解或合成伴隨H+跨膜運(yùn)輸，不產(chǎn)生磷酸化中間體。V型質(zhì)子泵（Vacuolar液泡pump）主動(dòng)運(yùn)輸H+跨膜至液泡、胞內(nèi)體、溶酶體等中，V型質(zhì)子泵還存在于多種細(xì)胞如破骨細(xì)胞和某些腎小管細(xì)胞的質(zhì)膜上。V型質(zhì)子泵維持細(xì)胞質(zhì)的中性及部分細(xì)胞器的酸性。F型質(zhì)子泵存在于線粒體內(nèi)膜、葉綠體類囊體、細(xì)菌質(zhì)膜上，結(jié)構(gòu)類似于V型質(zhì)子泵，與P型質(zhì)子泵差別很大。F型質(zhì)子泵利用H+電化學(xué)梯度合成ATP。V型質(zhì)子泵F型質(zhì)子泵ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器（ABCtransporter）最早發(fā)現(xiàn)于細(xì)菌，是一龐大的蛋白家族，由單個(gè)或多個(gè)肽鏈組成4個(gè)結(jié)構(gòu)域的蛋白。都有兩個(gè)高度保守的ATP結(jié)合區(qū)（ATPbindingcassette），故名。另兩個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)。一種ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器只轉(zhuǎn)運(yùn)一種或一類底物，不同成員可轉(zhuǎn)運(yùn)離子、氨基酸、核苷酸、磷脂、多糖、核酸、多肽、蛋白質(zhì)等；可催化脂雙層的脂類在兩層之間翻轉(zhuǎn)。哺乳動(dòng)物MDR1蛋白：ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器與細(xì)胞對(duì)藥物的抗性有關(guān)。多藥抗性蛋白MDR（multidrugresistanceprotein）是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的真核細(xì)胞ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器，約40%患者的癌細(xì)胞內(nèi)該基因過(guò)度表達(dá)。可以把進(jìn)入細(xì)胞的親脂性藥物運(yùn)出細(xì)胞，是細(xì)胞得以存活，減弱癌癥化療藥物的療效。2.4.2協(xié)同運(yùn)輸——離子電化學(xué)梯度驅(qū)動(dòng)的間接主動(dòng)運(yùn)輸動(dòng)物細(xì)胞——Na+(Na+-K+

ATPase)植物真菌細(xì)菌中——H+(H+

ATPase)以離子泵形成的電化學(xué)梯度中儲(chǔ)存的能量運(yùn)輸其他小分子物質(zhì)。糖、氨基酸及其他有機(jī)分子進(jìn)入細(xì)胞:這些分子逆濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞常被共轉(zhuǎn)運(yùn)離子驅(qū)動(dòng)并伴隨著共轉(zhuǎn)運(yùn)離子順電化學(xué)梯度進(jìn)出細(xì)胞。動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)直接主動(dòng)運(yùn)輸和間接主動(dòng)運(yùn)輸（協(xié)同運(yùn)輸）的關(guān)系Na+-驅(qū)動(dòng)的同向轉(zhuǎn)運(yùn)器向動(dòng)物細(xì)胞（小腸、腎）輸入氨基酸、葡萄糖等。Lumenofgut腸腔，microvillus微絨毛，apical頂端，intestinalepithelium腸上皮，lateral側(cè)面。Na+-驅(qū)動(dòng)的反向轉(zhuǎn)運(yùn)器從心肌細(xì)胞向外輸出Ca+。藥物抑制烏本苷及地高辛（異羥洋地黃毒苷）通過(guò)抑制Na+－K+ATP酶，減少Ca+輸出來(lái)增加心肌收縮強(qiáng)度。協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)（協(xié)同運(yùn)輸）的兩種方式:同向轉(zhuǎn)運(yùn)和反向轉(zhuǎn)運(yùn)。某些細(xì)菌對(duì)乳糖的吸收伴隨著H+的進(jìn)入。小腸上皮細(xì)胞對(duì)葡萄糖等的吸收伴隨Na+進(jìn)入細(xì)胞。Na+/H+

交換器調(diào)節(jié)細(xì)胞pH值。離子載體（ionophore）疏水性小分子，可溶于雙脂層。分為：可動(dòng)離子載體和通道離子載體。纈氨霉素能轉(zhuǎn)運(yùn)K+；二硝基苯酚（DNP）和羰基-氰-對(duì)-三氟甲氧基苯肼(FCCP)可轉(zhuǎn)運(yùn)H+；離子霉素、A23187可轉(zhuǎn)運(yùn)鈣離子。短桿菌肽A，15個(gè)疏水氨基酸構(gòu)成，2分子形成一跨膜通道，有選擇的使單價(jià)陽(yáng)離子如H+、Na+、K+按化學(xué)梯度通過(guò)。離子通道型抗生素短桿菌肽A：formyl甲酰，ethanolamine乙醇胺纈氨霉素菌視紫紅質(zhì)和嗜鹽菌紫紅質(zhì)分別利用光能轉(zhuǎn)運(yùn)H+和Cl-（左）/主要存在于嗜鹽古細(xì)菌Halobacterium等中，光驅(qū)動(dòng)的質(zhì)子泵（菌紫紅質(zhì)，Bacteriorhodopsin，BR）利用光能向細(xì)胞外泵H+形成跨膜質(zhì)子動(dòng)勢(shì)，用于合成ATP、鞭毛運(yùn)動(dòng)，排Na+等。光驅(qū)動(dòng)的Cl-驅(qū)動(dòng)泵（嗜鹽菌視紫紅質(zhì)，Halorhodopsin，HR）向細(xì)胞內(nèi)泵Cl-，使細(xì)胞內(nèi)富集KCl，以抵御外部高鹽環(huán)境，同時(shí)產(chǎn)生與質(zhì)子泵作用相似的膜電位差。2.4.3光驅(qū)動(dòng)的離子轉(zhuǎn)運(yùn)嗜鹽光合古細(xì)菌的能量轉(zhuǎn)換

（中）。PMF，質(zhì)子動(dòng)勢(shì)。/利用菌視紫紅質(zhì)和脂質(zhì)體檢驗(yàn)線粒體ATP合成的化學(xué)滲透理論

（右）/Certainhaloarchaealspecieshavetheretinalpigmentsbacteriorhodopsin(BR)andhalorhodopsin(HR)intheirctyoplasmicmembrane,whichenablethemicroorganismtocapturelightenergyandgenerate,respectively,protonandchloridegradients.Althoughbothpigmentsarelocatedinthecytoplasmicmembrane,halorhodopsinisdispersedthroughoutthemembrane,whilstbacteriorhodopsinisconcentratedinregionsorpatches.Wehave,thus,twokindsofmembrane.Thepurplemembraneisamembranethattransduceslightenergy.Itispartofthectyoplasmicmembrane(takingtheformofpatches)incertainextremehalophilicmicroorganismsbelongingtoDomainArchaea.Thismembranecontainsjustonekindofprotein,bacteriorhodopsin,whichisachromoproteinthatuseslightenergytopumpH+totheexteriorofthecell,thusgeneratingaH+electrochemicalgradient,orproton-motiveforce.Thecellsusethisproton-motiveforcetosynthesiseATPandtoperformothervitalfunctionsrequiringenergyexpenditure.2.4.4離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)與膜電位離子通道在動(dòng)物細(xì)胞膜電位形成中起重要作用，在動(dòng)物感覺(jué)、神經(jīng)信息傳遞和肌肉收縮中起重要作用。Na+-K+ATP酶和K+滲漏通道形成膜靜息電位。動(dòng)作電位：門(mén)控離子通道開(kāi)關(guān)造成膜電位的快速改變。動(dòng)作電位延神經(jīng)細(xì)胞傳遞即為神經(jīng)沖動(dòng)。靜息狀態(tài)：所有Na+及K+通道關(guān)閉。去極化階段：Na+通道打開(kāi)啟動(dòng)動(dòng)作電位。再極化階段：Na+通道失活，K+通道打開(kāi)。超極化階段：K+通道保持開(kāi)放，Na+通道失活。脊索神經(jīng)細(xì)胞信號(hào)傳遞過(guò)程與離子跨膜運(yùn)輸密切相關(guān)：(A)脊索神經(jīng)細(xì)胞與成千上萬(wàn)的其他神經(jīng)細(xì)胞突觸相連。(B)免疫熒光顯示神經(jīng)元及突觸。熒光抗體分別結(jié)合神經(jīng)元一種細(xì)胞骨架蛋白（綠色）和一種突觸小泡蛋白（紅色）。Axonhillock軸突，myelinsheath髓鞘，dendrite樹(shù)突。神經(jīng)細(xì)胞動(dòng)作電位的啟動(dòng)和傳遞神經(jīng)沖動(dòng)在突觸傳遞的過(guò)程：膜興奮顯示為有或無(wú)，不存在中間狀態(tài)。動(dòng)作電位以電脈沖的方式傳遞。synapticcleft突觸間隙。神經(jīng)沖動(dòng)傳遞與肌細(xì)胞收縮過(guò)程中的各種離子通道：神經(jīng)肌肉接點(diǎn)由乙酰膽堿門(mén)控通道開(kāi)放而出現(xiàn)閾電位時(shí)，可使肌細(xì)胞膜中的電位門(mén)控Na+通道和K+通道相繼激活，出現(xiàn)動(dòng)作電位；引起肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+通道打開(kāi)，Ca2+進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，引發(fā)肌肉收縮。Sarcoplasmicreticulum肌質(zhì)網(wǎng)3.1胞吞作用的類型3胞吞和胞吐作用：大分子和顆粒物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式胞吞和胞吐涉及膜泡運(yùn)輸和膜泡融合，又稱膜泡運(yùn)輸。胞吞和胞吐可同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)多種小分子、大分子甚至顆粒物質(zhì)，又稱批量運(yùn)輸。胞吞和胞吐作用是耗能運(yùn)輸。胞飲：發(fā)生在所有細(xì)胞中，胞吞泡直徑小于150nm，胞吞泡多樣，由網(wǎng)格蛋白、窖蛋白、微絲等多種蛋白形成，吞入可溶性大小分子、膠體微粒等。吞噬：僅發(fā)生于巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞以及原生動(dòng)物等細(xì)胞中，胞吞泡大于250nm，由微絲及其結(jié)合蛋白形成偽足包裹被吞噬物（通常為病原體，衰老細(xì)胞，食物顆粒等顆粒物質(zhì)）。吞噬作用:攝取大顆粒物質(zhì)。吞噬對(duì)象包括：大分子,細(xì)胞碎屑,微生物甚至其他細(xì)胞。通常只有一些特殊的細(xì)胞（如巨噬細(xì)胞，中性粒細(xì)胞）才具有吞噬功能。吞噬作用通過(guò)被吞噬物與吞噬細(xì)胞接觸誘發(fā)?？赡鼙徽{(diào)理素（血漿中的可溶性分子，如抗體和補(bǔ)體等，與某些顆粒結(jié)合可促進(jìn)吞噬細(xì)胞對(duì)該顆粒的吞噬作用。）所激發(fā)。如抗體尾部的Fc區(qū)即可被免疫吞噬細(xì)胞表面受體識(shí)別，誘發(fā)吞噬。吞噬作用由微絲及其結(jié)合蛋白驅(qū)動(dòng)?；罨男蛋白R(shí)ho家族成員可促進(jìn)肌動(dòng)蛋白單體組裝成微絲，促進(jìn)形成偽足。吞噬作用：Onset攻擊，polymerization聚合，pseudopod偽足，engulf吞沒(méi)。網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞：由網(wǎng)格蛋白、銜接蛋白（結(jié)合素蛋白）、發(fā)動(dòng)蛋白和受體等介導(dǎo)的選擇性運(yùn)輸。膜泡窖依賴的胞吞：窖蛋白、受體、發(fā)動(dòng)蛋白介導(dǎo)的內(nèi)吞，可能是一種選擇性運(yùn)輸。大型胞飲作用：類似吞噬，由微絲形成偽足，大多細(xì)胞中通過(guò)大型胞飲非特異性轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)，但有些細(xì)胞中大型胞飲由生長(zhǎng)因子激發(fā)。非網(wǎng)格蛋白/膜泡窖依賴的胞吞：在淋巴細(xì)胞中，IL-2在網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞受抑制的情況下誘導(dǎo)其受體內(nèi)吞。特異性內(nèi)吞，依賴發(fā)動(dòng)蛋白和Rho。受體介導(dǎo)的胞飲是一種選擇濃縮機(jī)制，膜表面的受體識(shí)別結(jié)合胞吞物質(zhì)。胞吞作用。Invaginate反折凹入，pinch收縮。胞飲作用：

發(fā)生于各種真核細(xì)胞中。細(xì)胞攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、信號(hào)傳遞等。網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用是受體介導(dǎo)的胞飲網(wǎng)格蛋白依賴的胞飲作用：通過(guò)結(jié)合素蛋白(adaptin)，網(wǎng)格蛋白(clathrin)及GTP結(jié)合蛋白dynamin作用形成胞吞泡。Ligand配體，invagination內(nèi)陷，exocytosis胞吐作用，transcytosis轉(zhuǎn)胞吞作用。網(wǎng)格蛋白－有被小泡結(jié)構(gòu)。Triskelion三角蛋白復(fù)合體網(wǎng)格蛋白的胞吞作用：Yolkprotain卵黃蛋白有被小泡形成及膜整合蛋白的選擇性結(jié)合模型：膜整合蛋白受體胞質(zhì)端識(shí)別結(jié)合素蛋白。受體介導(dǎo)的胞吞受體及配體在胞吞后的三種去向胞吞后的胞吞泡與早胞內(nèi)體融合，早胞內(nèi)體負(fù)責(zé)物質(zhì)分選運(yùn)輸，而運(yùn)輸方向信號(hào)可能存在于受體上。胞內(nèi)體膜上存在質(zhì)子泵（V型），胞內(nèi)體內(nèi)部酸化后受體與運(yùn)輸物質(zhì)分離，大部分受體與胞內(nèi)體分離后被運(yùn)送回質(zhì)膜。穿胞運(yùn)輸（轉(zhuǎn)胞吞作用）：有些受體連同胞吞物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞另一側(cè)通過(guò)胞吐輸出。如：母鼠血液中的抗體經(jīng)穿胞運(yùn)輸進(jìn)入乳汁。另一些受體隨胞吞物質(zhì)進(jìn)入晚期胞內(nèi)體，最終進(jìn)入溶酶體分解。胞內(nèi)體形成：胞飲泡脫去外被同性或異性融合既成為早胞內(nèi)體，通過(guò)早胞內(nèi)體完成分選運(yùn)輸。早胞內(nèi)體酸化可能使受體與運(yùn)輸物分離并通過(guò)出芽回到質(zhì)膜表面。早胞內(nèi)體pH繼續(xù)下降并與高爾基體運(yùn)輸小泡融合形成晚胞內(nèi)體，晚胞內(nèi)體最終與溶酶體融合。。細(xì)胞對(duì)低密度脂蛋白的吸收。膜泡窖依賴的胞吞Caveoalevesiculartrafficking:Caveolaeappeartomediatetheselectiveuptakeandtransportofseveralmoleculesviadifferentprocesses(transcytosis,endocytosis,andpotocytosis).Intranscytosis,caveolaetransportproteinsfromtheluminal腔sideoftheendothelial內(nèi)皮celltotheinterstitialcompartmentforsubsequentuptakebyunderlyingtissues.Incaveolae-mediatedendocytosis,caveolaebudofffromtheplasmamembraneandfusewithvariousintracellularcompartments.Possibletransportroutesincludetherecentlycharacterizedcaveolae-caveosome-ERpathway.Inpotocytosis,caveolaemediatetheuptakeofsmallsolutes(<1kDa)bypinchingoffbutremainingassociatedwiththeplasmamembrane.Themolecularmachineryinvolvedinthiscaveolarfission/fusionisthesameasthatusedfornumerousothervesiculartransportprocesseswithrequirementsfordynamin,VAMP,SNAP-25,theSNAREcomplex,andGTPhydrolysis./Thesequenceofthecaveolin-scaffoldingdomainandthecaveolinbindingsequencemotifswithinseveralcaveolae-localizedsignalingmoleculesareshown.TheseincludeG-proteinαsubunits(Gi2α),eNOS,Srcfamilytyrosinekinases,receptortyrosinekinases(EGF-R),andPKCisoforms(PKCα).Inmostcases,thiscaveolininteractionisinhibitory,leadingtoinactivationofthesignalingmoleculesandmodulationofdownstreamsignaltransduction./左上圖，.au/大型胞飲作用Roleofparticle.Althoughmacropinocytosiscanpromoteparticleuptake,theparticleisnotessential.Incontrast,phagocytosisisstrictlyparticle-driven,anditdependsonreceptorinteractionsovertheentiresurfaceoftheingestedparticle.Fluiduptake.Macropinocytosisinvolvestheuptakeoflargeamountsoffluidandsolutes.Phagocytosisdoesnot,becausetheappositionofthephagosomalmembranewiththeparticlesurfaceissotightitlimitstheunoccupiedvolumeintheformingphagosome.Cargospecificity.Fluiduptakethroughmacropinocytosisisnon-specific,whereasparticleuptakebyphagocytosisisspecific.Cell-typespecificity.Almostallcelltypesarecapableofmacropinocytosis.Phagocytosisisapropertyofafewspecializedcelltypes.Cellularmachinery.

Thereceptorsthattriggerphagocytosisareusuallyspecializedforinteractionwiththesurfacecomponentsofrelevantcargoparticles.Thereceptorsthattriggermacropinocytosishaveotherphysiologicalrolesandarepresentonmanycelltypes.Theseincludegrowthfactorreceptorsthatactivatecommonsignallingpathways.Globalversuslocalmembraneactivation.Duringphagocytosis,actinmodificationsarelocalizedtothephagocyticcupthatformsaroundtheparticle.Macropinocytosisinvolvesglobalactivationoftheactincytoskeletonresultinginplasmamembranerufflingandtheformationoflamellipodiaorblebsovertheentiresurfaceofthecell./Theprocessbywhichavirusisinternalizedintothehostcellviamacropinocytosis.Formationofthistypeofendocyticvesiclesisgrowthfactor-induced,butdynamin-independentandoccursasaresponsetocellstimulation,resultingintheclosureoflamellip