第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號(hào)傳遞(4學(xué)時(shí))

第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第一節(jié)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸1被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）2主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）3胞吞作用（endocytosis）與

胞吐作用（exocytosis）物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸是細(xì)胞維持正常生命活動(dòng)的基礎(chǔ)之一。一、膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Transportproteins）膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：鑲嵌在質(zhì)膜上的，與物質(zhì)運(yùn)輸有關(guān)的跨膜蛋白質(zhì)?！糨d體蛋白（carrierproteins）◆通道蛋白(Channelproteins）1

載體蛋白(Carrierproteins)◆概念:

細(xì)胞膜上具特異性的跨膜運(yùn)輸?shù)鞍住?/p>

特點(diǎn):多次跨膜；特異性；載體蛋白既參與被動(dòng)運(yùn)輸，也參與主動(dòng)運(yùn)輸載體蛋白目前發(fā)現(xiàn)的通道蛋白已有50多種，主要是離子通道(ionchannels)。絕大多數(shù)通道蛋白組成離子通道，對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)的離子的大小和電荷具有高度選擇性。轉(zhuǎn)運(yùn)速率高沒有飽和值離子通道是門控的，不是持續(xù)開放的。只參與被動(dòng)運(yùn)輸.2通道蛋白(Channelproteins）最典型的特征通道蛋白的類型電壓門控；配體門控；壓力激活二、被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）

特點(diǎn)：

運(yùn)輸方向：順濃度梯度能量消耗：不需要提供能量

類型：

簡(jiǎn)單擴(kuò)散（simplediffusion）協(xié)助擴(kuò)散（facilitateddiffusion）

-------需要特異膜蛋白協(xié)助 簡(jiǎn)單擴(kuò)散中物質(zhì)的通透性：極性越小越容易過膜分子越小越容易過膜離子不能過膜（一）簡(jiǎn)單擴(kuò)散◆水分子不溶于脂,并具有極性,依靠簡(jiǎn)單擴(kuò)散通過質(zhì)膜,速度很小，但實(shí)際卻是很容易通過膜。原因是:Aquaporins（水孔蛋白）通道thekidneytubuleandplantroots各種極性分子和無(wú)機(jī)離子等沿著濃度梯度或電化學(xué)梯度減小的方向的跨膜運(yùn)動(dòng)，該過程不需要能量，但需要特異的膜蛋白協(xié)助物質(zhì)運(yùn)輸。

（二）協(xié)助擴(kuò)散特征：存在膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率；不同物質(zhì)有特異Km值三、主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）●特點(diǎn)：逆濃度梯度運(yùn)輸；需要能量供給；膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與●類型：ATP直接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸

由ATP間接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸—協(xié)同運(yùn)輸

光能驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)運(yùn)輸P-型離子泵：鈉鉀泵、鈣泵、氫泵V-質(zhì)子泵F-質(zhì)子泵ABC超家族三、主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）三種類型（一）直接供能

1.

P-型離子泵2個(gè)α催化亞基-ATP結(jié)合位點(diǎn)；2個(gè)β調(diào)節(jié)亞基；在轉(zhuǎn)運(yùn)離子過程中，利用ATP水解能，形成磷酸化(phosphorylation)中間體，因此為P-型離子泵。Na+-K+pump,Na+-K+ATPase

●又稱Na+泵或Na+/K+交換泵，或Na+-K+ATP酶；●Na+-K+ATPase是由兩個(gè)大亞基(α亞基)和兩個(gè)小亞基(β亞基)組成；

鈉鉀泵的結(jié)構(gòu)鈉鉀泵的機(jī)制生物學(xué)意義：維持細(xì)胞內(nèi)一定的Na+/K+濃度，維持滲透壓；該濃度梯度為葡萄糖協(xié)同運(yùn)輸提供驅(qū)動(dòng)力；結(jié)構(gòu)：與Na+-K+泵的α亞基同源，MW=100,000Da，10個(gè)α螺旋Ca2+泵功能：在細(xì)胞膜和肌質(zhì)網(wǎng)膜上，儲(chǔ)存Ca2+

調(diào)節(jié)肌細(xì)胞的收縮與舒張質(zhì)子泵功能：建立H+電化學(xué)梯度，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞

2.V-型質(zhì)子泵V-type：位于小泡（vacuole）的膜上，由許多亞基構(gòu)成，利用ATP水解供能從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中逆濃度梯度泵出H+進(jìn)入細(xì)胞器，位于溶酶體膜、動(dòng)物細(xì)胞的內(nèi)吞體、高爾基體的囊泡膜、植物液泡膜等上。又稱膜泡質(zhì)子泵存在于線粒體內(nèi)膜、葉綠體類囊體膜和細(xì)菌質(zhì)膜上,運(yùn)輸方式是H+順著濃度梯度運(yùn)動(dòng),將釋放的能量同ATP合成偶聯(lián)起來(lái)。F是氧化磷酸化或光合磷酸化偶聯(lián)因子（factor）的縮寫。

3F-typeATPases:4ABC超家族具有4個(gè)“核心”結(jié)構(gòu)域組成的結(jié)構(gòu)模型：2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域（T）：特異性；2個(gè)胞質(zhì)側(cè)的ATP結(jié)合域（A）：同源性；由鈉鉀泵或氫泵與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式。（二）協(xié)同運(yùn)輸：共運(yùn)輸對(duì)向運(yùn)輸共運(yùn)輸和對(duì)向運(yùn)輸共運(yùn)輸（symport）Fig.小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖(Glc)示意圖：葡萄糖分子通過Na+驅(qū)動(dòng)的供運(yùn)輸方式進(jìn)入上皮細(xì)胞；再經(jīng)載體介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散方式進(jìn)入血液；Na+-K+泵消耗ATP維持Na+的電化學(xué)梯度。在動(dòng)物、植物細(xì)胞由載體蛋白介導(dǎo)的協(xié)同運(yùn)輸異同點(diǎn)的比較四、胞吞作用與胞吐作用

作用：完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜

運(yùn)輸，又稱膜泡運(yùn)輸或批量運(yùn)輸

（bulktransport）。屬于主動(dòng)運(yùn)輸。

（一）胞吞作用（endocytosis）作用：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的內(nèi)化，信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，質(zhì)膜更新類型：胞飲作用與吞噬作用

胞飲作用與吞噬作用的區(qū)別：

1.胞吞泡的大小不同：胞飲泡<150nm,吞噬泡>250nm2.轉(zhuǎn)運(yùn)方式不同：連續(xù)發(fā)生過程；信號(hào)觸發(fā)過程

3.胞吞泡形成的機(jī)制不同：

需要網(wǎng)格蛋白和接合素的參與；需要微絲及其結(jié)合蛋白的參與胞飲作用通過網(wǎng)格蛋白有被小泡介導(dǎo)的胞飲作用示意圖吞噬作用

胞吞過程某些大分子與受體特異性結(jié)合，啟動(dòng)內(nèi)化作用，質(zhì)膜在網(wǎng)格蛋白等的參與下內(nèi)陷形成有被小窩→內(nèi)吞泡的形成→溶酶體。（二）受體介導(dǎo)的胞吞作用LDL的受體介導(dǎo)的胞吞作用（選擇濃縮機(jī)制）（三）胞吐作用：將細(xì)胞內(nèi)的分泌泡或其他某些膜泡中的物質(zhì)通過細(xì)胞質(zhì)膜運(yùn)出細(xì)胞的過程。（二）胞吐作用（exocytosis）●組成型的外排途徑（constitutiveexocytosispathway） 分布：所有真核細(xì)胞分泌特點(diǎn)：連續(xù)分泌過程分泌物質(zhì)：用于質(zhì)膜更新

defaultpathway：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→分泌泡→細(xì)胞表面

胞吐作用（exocytosis）●調(diào)節(jié)型外排途徑（regulatedexocytosispathway） 分布：特化的分泌細(xì)胞分泌特點(diǎn)：儲(chǔ)存—刺激—釋放產(chǎn)生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分選機(jī)制，分選信號(hào)存在于蛋白本身，分選主要由高爾基體TGN上的受體類蛋白來(lái)決定組成型與調(diào)節(jié)型的外排途徑

第二節(jié)細(xì)胞通訊與信號(hào)傳遞1細(xì)胞通訊與細(xì)胞識(shí)別2細(xì)胞的信號(hào)分子與受體3通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號(hào)傳遞4通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號(hào)跨膜傳遞5細(xì)胞信號(hào)傳遞的基本特征與蛋白激酶的網(wǎng)

絡(luò)整合信息1.細(xì)胞通訊與細(xì)胞識(shí)別●細(xì)胞通訊（cellcommunication）●細(xì)胞識(shí)別（cellrecognition）細(xì)胞通訊（cellcommunication）

一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。細(xì)胞間的通訊對(duì)于多細(xì)胞生物體的發(fā)生和組織的構(gòu)建，協(xié)調(diào)細(xì)胞的功能，控制細(xì)胞的生長(zhǎng)、分裂、分化和凋亡是必須的。

●細(xì)胞通訊方式：

分泌化學(xué)信號(hào)進(jìn)行通訊

接觸性依賴的通訊

間隙連接實(shí)現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)細(xì)胞的通訊方式細(xì)胞間通過化學(xué)信號(hào)進(jìn)行通訊細(xì)胞識(shí)別（cellrecognition）

●概念：細(xì)胞通過其表面的受體與胞外信號(hào)物質(zhì)分子（配體）選擇性地相互作用，從而導(dǎo)致一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為整體的生物學(xué)效應(yīng)的過程●信號(hào)通路（signalingpathway） 細(xì)胞接受外界信號(hào)，通過一整套特定的機(jī)制，將胞外信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)為胞內(nèi)信號(hào)，最終調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)，引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)，這種反應(yīng)系列稱之為細(xì)胞信號(hào)通路。

細(xì)胞識(shí)別是通過各種不同的信號(hào)通路實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞信號(hào)通路2.細(xì)胞的信號(hào)分子與受體

●信號(hào)分子（signalmolecule） 信號(hào)：物理信號(hào)（光信號(hào)、電信號(hào)、磁場(chǎng)等）化學(xué)信號(hào)：

親脂性信號(hào)分子

親水性信號(hào)分子

氣體性信號(hào)分子(NO)

●受體（receptor）多為糖蛋白；兩個(gè)功能區(qū)

●第二信使（secondmessenger）

●

分子開關(guān)（molecularswitches）受體

受體的概念受體是一種能識(shí)別和選擇性結(jié)合某種配基（信號(hào)分子）的大分子，當(dāng)與配體結(jié)合后，通過信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，將細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)化學(xué)或物理的信號(hào)，以啟動(dòng)一系列過程，最終表現(xiàn)為生物學(xué)效應(yīng)。受體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)糖蛋白；至少兩個(gè)功能區(qū)受體類型

細(xì)胞內(nèi)受體:受胞外親脂性信號(hào)分子的激活

細(xì)胞表面受體:受胞外親水性信號(hào)分子的激活

細(xì)胞表面受體分屬三大家族：

離子通道偶聯(lián)的受體（ion-channel-linkedreceptor）

G-蛋白偶聯(lián)的受體（G-protein-linkedreceptor）

酶偶連的受體（enzyme-linkedreceptor）受體的功能

受體的功能

介導(dǎo)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸(受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體的特點(diǎn)

（不是簡(jiǎn)單的一對(duì)一的關(guān)系）

不同細(xì)胞對(duì)同一信號(hào)分子可能具有不同受體，從而誘導(dǎo)不同的反應(yīng)一種細(xì)胞對(duì)同一信號(hào)分子具備了兩個(gè)或更多受體，啟動(dòng)不同的反應(yīng)同一受體出現(xiàn)在不同細(xì)胞上，與同一信號(hào)分子結(jié)合時(shí)，產(chǎn)生不同反應(yīng)一種細(xì)胞中不同的受體誘發(fā)相同的反應(yīng)主要的胞內(nèi)第二信使20世紀(jì)70年代

Southerland

提出第二信使學(xué)說

第一信使：

胞外信號(hào)分子

第二信使：

第一信使與受