5物質(zhì)跨膜運(yùn)輸-課件

5物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)谝还?jié)細(xì)胞膜是選擇性半透膜人工脂雙層對(duì)各種分子的相對(duì)通透性人工膜對(duì)各類物質(zhì)的通透率：脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非極性分子比極性容易透過，極性不帶電荷小分子，如H2O、O2等可以透過人工脂雙層，但速度較慢；小分子比大分子容易透過；分子量略大一點(diǎn)的葡萄糖、蔗糖則很難透過；人工膜對(duì)帶電荷的物質(zhì)，如各類離子是高度不通透的。第二節(jié)小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸小分子：疏水分子如O2、CO2、N2、磺胺、苯等脂溶性物質(zhì)。小的不帶電荷的極性分子如尿素、甘油、H2O、乙醇等。大的不帶電荷的極性分子如葡萄糖、氨基酸等。離子：鈉離子、鉀離子、鈣離子、氫離子、碳酸根離子、磷酸根離子、鎂離子、氯離子等

根據(jù)是否需要ATP的參入，分為：被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）：不消耗細(xì)胞的代謝能（ATP），順濃度梯度的運(yùn)輸。

主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）：消耗細(xì)胞的代謝能（ATP），逆濃度梯度的運(yùn)輸。

被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸一、被動(dòng)運(yùn)輸

概念：是通過簡(jiǎn)單擴(kuò)散或易化（協(xié)助）擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)物質(zhì)由高濃度向低濃度方向的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。

特點(diǎn)：運(yùn)輸方向由高濃度向低濃度能量消耗無膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白無

類型：簡(jiǎn)單擴(kuò)散（simplediffusion）協(xié)助擴(kuò)散（facilitateddiffusion）簡(jiǎn)單擴(kuò)散擴(kuò)散現(xiàn)象：H2O中滴一滴墨水后的擴(kuò)散現(xiàn)象；CO、CH4等氣體的擴(kuò)散知識(shí)；半透膜內(nèi)外加入不同物質(zhì)后的滲透現(xiàn)象。細(xì)胞膜有半透膜的特性，膜脂分子間有很小的間隙，部分小分子可直接通過此間隙由濃度高側(cè)向濃度低側(cè)擴(kuò)散。注：擴(kuò)散-----高濃度到低濃度1、簡(jiǎn)單擴(kuò)散概念：又稱為自由擴(kuò)散（freediffusion）是疏水小分子或小的不帶電荷的極性分子，不需要能量也不需要膜蛋白參與的跨膜運(yùn)輸方式。特點(diǎn)：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沒有膜蛋白的協(xié)助。速度決定于：分子的大小，濃度差的大小，脂溶性大小。進(jìn)行簡(jiǎn)單擴(kuò)散的分子有：非極性小分子：如O2、N2、苯。脂溶性物質(zhì)：如乙醇、甾類激素、磺胺類等。帶電荷的極性小分子：如CO2、H2O、甘油、尿素等。概念：也稱促進(jìn)擴(kuò)散，是極性分子和無機(jī)離子在膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助

下順濃度梯度（或電化學(xué)梯度）的跨膜運(yùn)輸。特點(diǎn)：①轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；②存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率；③有膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與，有特異性。膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是指鑲嵌在膜上和物質(zhì)運(yùn)輸有關(guān)的跨膜蛋白。載體蛋白（carrierprotein）：通過構(gòu)象變化運(yùn)輸物質(zhì)通道蛋白（channelprotein）：形成通道、運(yùn)輸物質(zhì)2、協(xié)助擴(kuò)散膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的特點(diǎn)載體蛋白有與轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)特異性結(jié)合的位點(diǎn)，相當(dāng)于結(jié)合在細(xì)胞膜上的酶，所以有通透酶的稱號(hào)。通道蛋白橫跨膜形成親水通道，允許適宜大小的分子和帶電荷的離子通過。通道蛋白：概念：通道蛋白（channelprotein）是橫跨質(zhì)膜的親水性通道，允許適當(dāng)大小的分子和帶電荷的離子順梯度通過，又稱為離子通道。特征：一是離子通道具有選擇性；二是離子通道是門控的。

配體閘門通道：配體與受體結(jié)合，通道開放。電壓閘門通道：膜電位變化，啟動(dòng)通道開放。離子閘門通道：特定離子濃度變化，啟動(dòng)通道。類型：通道蛋白形成通道：持續(xù)開放（如水通道）間斷開放（閘門通道）進(jìn)行通道擴(kuò)散的分子有：離子、神經(jīng)遞質(zhì)配體門通道

表面受體與細(xì)胞外的特定物質(zhì)（配體ligand）結(jié)合，引起門通道蛋白發(fā)生構(gòu)象變化，結(jié)果使“門”打開乙酰膽堿受體

電位門通道

電位門通道（voltagegatedchannel）是對(duì)細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外特異離子濃度發(fā)生變化時(shí)，或?qū)ζ渌碳ひ鹉る娢蛔兓瘯r(shí)，致使其構(gòu)象變化，“門”打開。鉀電位門通道

S4段上的正電荷可能是門控電荷，當(dāng)膜去極化時(shí)（膜外為負(fù)，膜內(nèi)為正），引起帶正電荷的氨基酸殘基轉(zhuǎn)向細(xì)胞外側(cè)面，通道蛋白構(gòu)象改變，“門”打開，大量K+外流，此時(shí)相當(dāng)于K+的自由擴(kuò)散。通道蛋白介導(dǎo)的被動(dòng)運(yùn)輸例如：神經(jīng)---肌肉興奮，不到１秒鐘的時(shí)間內(nèi)完成，這一過程包括四種通道順次開放：A、刺激－神經(jīng)沖動(dòng)－神經(jīng)末梢，膜去極化，電壓閘門通道鈣離子通道開放，鈣離子進(jìn)入神經(jīng)末梢，刺激乙酰膽堿（ACH）分泌到突觸間隙中；B、ACH與突觸后肌細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，配體閘門鈉離子通道開放，鈉離子進(jìn)入肌細(xì)胞，肌細(xì)胞膜去極化；C、肌細(xì)胞膜上電壓閘門鈉離子通道開放，更多的鈉離子進(jìn)入肌細(xì)胞，肌細(xì)胞膜進(jìn)一步去極化，產(chǎn)生動(dòng)作電位，擴(kuò)散到肌細(xì)胞膜；D、肌漿網(wǎng)上的離子閘門通道鈣離子通道開放，鈣離子進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，引起肌肉收縮。載體蛋白（carrierprotein）協(xié)助（易化）擴(kuò)散：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等分子量較大，屬不帶電荷的極性分子，不能擴(kuò)散通過脂雙分子層，沒有相應(yīng)通道，必須通過膜上載體蛋白的協(xié)助才能通過膜，故名協(xié)助擴(kuò)散。協(xié)助擴(kuò)散特點(diǎn)：高濃度

低濃度；不消耗細(xì)胞代謝能；有載體幫助，當(dāng)載體蛋白處于飽和狀態(tài)時(shí)，速度最大。載體蛋白（carrierprotein）是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶質(zhì)分子結(jié)合，通過構(gòu)象改變介導(dǎo)溶質(zhì)的主動(dòng)和被動(dòng)跨膜運(yùn)輸。載體蛋白的構(gòu)象變化介導(dǎo)溶質(zhì)A易化擴(kuò)散(被動(dòng)運(yùn)輸)二、主動(dòng)運(yùn)輸概念：主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）是指由載體蛋白介導(dǎo)的物質(zhì)逆濃度梯度（或化學(xué)梯度）的由濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)的跨膜運(yùn)輸方式。特點(diǎn)：①運(yùn)輸方向；②膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；③消耗能量。主動(dòng)運(yùn)輸所需能量的來源主要有：

1.ATP直接提供能量（Na+－K+泵、Ca2+泵）

2.ATP間接提供能量

3.光能驅(qū)動(dòng)主動(dòng)運(yùn)輸所需能量的來源進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)：各種離子（如鈉離子、鉀離子、氯離子、碳酸根離子、鈣離子等）。葡萄糖、氨基酸等帶電荷極性分子。載體蛋白介導(dǎo)的主動(dòng)運(yùn)輸(ATP直接供能)離子梯度驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)運(yùn)輸（ATP間接供能）根據(jù)能量來源不同分為兩種形式：1、載體蛋白介導(dǎo)的主動(dòng)運(yùn)輸

*膜上運(yùn)輸鈉和鉀離子的載體稱“鈉鉀泵”或“鈉鉀ATP酶”。*下面以“鈉鉀泵”為例介紹載體蛋白介導(dǎo)的主動(dòng)運(yùn)輸過程和特點(diǎn)：鈉---鉀泵的組成：大亞基（100000DN）：外側(cè)：1、鉀結(jié)合位點(diǎn)2、鳥苯苷結(jié)合位點(diǎn)內(nèi)側(cè)：1、鈉結(jié)合點(diǎn)2、ATP結(jié)合點(diǎn)小亞基（45000DN）：與大亞基結(jié)合，作用不明。進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體又稱“離子泵”Na+-K+ATPPUMP1.3Na+結(jié)合到結(jié)合位點(diǎn)上2.酶磷酸化3.酶構(gòu)象變化4.3Na+釋放到細(xì)胞外5.2K+結(jié)合到位點(diǎn)上，酶去磷酸化6.2K+釋放到細(xì)胞內(nèi)，酶構(gòu)象恢復(fù)原始狀態(tài)。1.3Na+結(jié)合到結(jié)合位點(diǎn)上

2.酶磷酸化

3.酶構(gòu)象變化，3Na+釋放到細(xì)胞外

4.2K+結(jié)合到位點(diǎn)上

5.酶去磷酸化

6.2K+釋放到細(xì)胞內(nèi)，酶構(gòu)象恢復(fù)原始狀態(tài)。Na+-K+泵的作用：產(chǎn)生和維持膜電位；為葡萄糖、氨基酸的主動(dòng)運(yùn)輸創(chuàng)造條件；維持細(xì)胞的滲透壓，例如：當(dāng)腎小管細(xì)胞間隙鈉過高時(shí)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)水分外滲，細(xì)胞內(nèi)缺水，人會(huì)感到口渴而飲水多。鈣泵（Ca2+pump）又稱Ca2+－ATP酶。鈣泵主要存在于細(xì)胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，它將Ca2+輸出細(xì)胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中儲(chǔ)存起來，以維持細(xì)胞內(nèi)低濃度的游離Ca2+。鈣泵在肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)儲(chǔ)存Ca2+，對(duì)調(diào)節(jié)肌細(xì)胞的收縮與舒張是至關(guān)重要的。

Ca++ATPaseCa++ATPaseMaintainslowcytosolic[Ca++]PresentInPlasmaandERmembranesModelformodeofactionforCa++ATPase Conformationchange

膜上有許多進(jìn)行主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體：Na+-K+ATP酶Ca2+ATP酶H+ATP酶Na+-H+交換載體Cl---HCO3-交換載體等2、離子梯度驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸?shù)哪芰坎皇怯葾TP直接提供，而是由儲(chǔ)存在膜上離子梯度中的能量來驅(qū)動(dòng)的。這類運(yùn)輸進(jìn)行時(shí)，一種物質(zhì)的運(yùn)輸必須依賴另一種物質(zhì)的同時(shí)運(yùn)輸，故稱為協(xié)同運(yùn)輸。

協(xié)同運(yùn)輸（cotransport）是一類靠間接提供能量完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式。物質(zhì)跨膜運(yùn)動(dòng)所需要的能量來自膜兩側(cè)離子的電化學(xué)濃度梯度，而維持這種電化學(xué)勢(shì)的是鈉鉀泵或質(zhì)子泵。動(dòng)物細(xì)胞中常常利用膜兩側(cè)Na+濃度梯度來驅(qū)動(dòng)。植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H+濃度梯度來驅(qū)動(dòng)。根據(jù)物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子沿濃度梯度的轉(zhuǎn)移方向，協(xié)同運(yùn)輸又可分為：同向運(yùn)輸（symport）與對(duì)向運(yùn)輸（antiport）。協(xié)同運(yùn)輸包括－同向運(yùn)輸和對(duì)向運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)輸兩種物質(zhì)同時(shí)相向轉(zhuǎn)運(yùn)，稱對(duì)向運(yùn)輸（逆向協(xié)同運(yùn)輸）如：Na+--K+Na+—H+Cl-—HCl3-如小腸細(xì)胞對(duì)葡萄糖的吸收伴隨著Na+的進(jìn)入。在某些細(xì)菌中，乳糖的吸收伴隨著H+的進(jìn)入。兩種物質(zhì)同時(shí)同向轉(zhuǎn)運(yùn)，稱同向運(yùn)輸（同向協(xié)同運(yùn)輸）如：Na+--GNa+--aa動(dòng)物細(xì)胞常通過Na+/H+反向協(xié)同運(yùn)輸?shù)姆绞絹磙D(zhuǎn)運(yùn)H+，以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的PH值。還有一種機(jī)制是Na+驅(qū)動(dòng)的Cl--HCO3-交換，即Na+與HCO3-的進(jìn)入伴隨著Cl-和H+的外流，如存在于紅細(xì)胞膜上的帶3蛋白。濃度差+電位差→電化學(xué)梯度動(dòng)物細(xì)胞中，Na+的電化學(xué)梯度通常是驅(qū)動(dòng)另一種分子主動(dòng)運(yùn)輸?shù)哪芰?，如Na+梯度驅(qū)動(dòng)G、aa的主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)入血液，運(yùn)輸?shù)饺砑?xì)胞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的方向性，決定其物質(zhì)運(yùn)輸功能的方向性。單運(yùn)輸（被動(dòng)或主動(dòng)運(yùn)輸）協(xié)同運(yùn)輸(主動(dòng)運(yùn)輸）：同向運(yùn)輸對(duì)向運(yùn)輸物質(zhì)通過細(xì)胞膜的運(yùn)輸圖示通道蛋白載體蛋白同向運(yùn)輸對(duì)向運(yùn)輸單運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)輸膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（被動(dòng)運(yùn)輸＋主動(dòng)運(yùn)輸）（被動(dòng)運(yùn)輸）3.主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)逆濃度梯度（逆電化學(xué)梯度）運(yùn)輸需要能量（由ATP直接供能）或與釋放能量的過程偶聯(lián)（協(xié)同運(yùn)輸）都有載體蛋白4.主動(dòng)運(yùn)輸所需的能量的直接來源ATP驅(qū)動(dòng)的泵通過水解ATP獲得能量協(xié)同運(yùn)輸中的離子梯度動(dòng)力；光驅(qū)動(dòng)的泵利用光能運(yùn)輸物質(zhì)，見于細(xì)菌。三、物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)與膜電位膜電位：對(duì)帶電物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸在造成其濃度差的同時(shí)也造成其電位差，這些電位差的總和稱為膜電位靜息膜電位：陰陽離子通過跨膜運(yùn)輸達(dá)到一個(gè)精確的平衡狀態(tài)，此時(shí)的膜電位稱為靜息膜電位動(dòng)作電位：細(xì)胞受到刺激時(shí)，電壓閘門鈉離子通道通過運(yùn)輸離子使靜息膜電位發(fā)生改變，此時(shí)的膜電位稱為動(dòng)作電位極化現(xiàn)象：細(xì)胞的靜息膜電位膜內(nèi)為負(fù)值膜外為正值，這個(gè)狀態(tài)稱為極化去極化：離子的轉(zhuǎn)運(yùn)使靜息電位降低乃至消失的過程稱為去極化第三節(jié)細(xì)胞表面受體與信號(hào)傳導(dǎo)細(xì)胞通訊(cellcommunication)是指一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息可通過介質(zhì)傳遞到另一個(gè)細(xì)胞，通過受體的識(shí)別和信號(hào)傳遞作用引起細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的生物效應(yīng)。一、受體與配體的識(shí)別是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基礎(chǔ)細(xì)胞通訊有三種方式：

（1）細(xì)胞通過信號(hào)分子進(jìn)行相互通訊；

（2）細(xì)胞間直接接觸相互通訊；

（3）細(xì)胞間通過間隙連接相互通訊。路徑：細(xì)胞識(shí)別

信號(hào)跨膜傳遞生物效應(yīng)。（一）配體為細(xì)胞外的信號(hào)分子配體是細(xì)胞外的信號(hào)分子，如：激素、藥物、神經(jīng)遞質(zhì)、毒素等。*脂溶性配體：為疏水小分子，可通過細(xì)胞膜與核膜，進(jìn)而與胞質(zhì)內(nèi)及核內(nèi)受體結(jié)合形成配體－受體復(fù)合物，直接調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄活性。*水溶性配體：不能穿過靶細(xì)胞的細(xì)胞膜或核膜，必須與細(xì)胞膜上的特異受體結(jié)合，由受體將信號(hào)轉(zhuǎn)換為細(xì)胞可識(shí)別的胞內(nèi)信號(hào)。

受體是細(xì)胞膜或細(xì)胞內(nèi)的功能性糖蛋白，可特異地識(shí)別配體并與之結(jié)合，引起相應(yīng)的生物效應(yīng)。至少包括兩個(gè)功能區(qū)域：配體結(jié)合區(qū)域和產(chǎn)生效應(yīng)的區(qū)域。

膜受體：細(xì)胞膜上特異性的蛋白質(zhì)或脂類分子。受體:膜受體胞內(nèi)受體（二）配體與受體的結(jié)合胞漿受體核受體受體與配體的空間結(jié)構(gòu)必須互補(bǔ)，空間互補(bǔ)結(jié)構(gòu)是產(chǎn)生受體－配體效應(yīng)的必要條件之一。1.膜受體的特性特異性高親和性可飽和性可逆性

調(diào)節(jié)部位催化單位轉(zhuǎn)換單位2.膜受體的分子結(jié)構(gòu)3.膜受體類型3.1離子通道受體的信息傳導(dǎo)機(jī)制：受體自身為離子通道，信號(hào)（神經(jīng)遞質(zhì)）與受體識(shí)別結(jié)合，開閉通道，離子流動(dòng)，改變細(xì)胞膜的興奮性。如N-AchR為Na+通道，r-氨基丁酸受體的Cl-通道3.2催化受體的信息傳導(dǎo)機(jī)制：自身是酶，具有TPK活性，主要是一些生長(zhǎng)因子的受體，與配體結(jié)合即活化，使靶蛋白的酪氨酸殘基磷酸化，引起細(xì)胞反應(yīng)。有TPK活性，如EGFR、PDGFR等。（三）偶聯(lián)G蛋白受體的信息傳導(dǎo)機(jī)制：由G蛋白介導(dǎo),將信息傳遞給第二信使,引起一系列胞內(nèi)生物效應(yīng)。有G蛋白介導(dǎo)，如多巴胺受體等。單體型受體：一個(gè)蛋白分子復(fù)合型受體：兩個(gè)或多個(gè)蛋白分子膜受體類型:離子通道受體

摧化受體偶聯(lián)G蛋白受體圖示細(xì)胞表面信號(hào)三類受體模式圖4.膜受體的功能膜受體的分布：

同一個(gè)細(xì)胞上有不同的受體

不同的細(xì)胞上有相同和不同的受體膜受體的功能：

信號(hào)跨膜傳遞

細(xì)胞識(shí)別細(xì)胞與細(xì)胞之間以及細(xì)胞內(nèi)外之間存在著相互溝通、相互作用、相互依賴的關(guān)系，稱為細(xì)胞的社會(huì)性。細(xì)胞與細(xì)胞之間信息傳遞的一系列過程統(tǒng)稱為信號(hào)傳導(dǎo)。信號(hào)傳導(dǎo)的環(huán)節(jié)：1、信號(hào)分子和受體蛋白特異性結(jié)合2、信號(hào)由細(xì)胞膜外傳遞到細(xì)胞膜內(nèi)3、啟動(dòng)細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)4、信號(hào)分子的失活或胞外刺激強(qiáng)度的消退（三）細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)第二信使GenetranscriptionCellproliferationCellsurvivalCelldeathCelldifferentiationCellfunctionCellmotilityImmuneresponsesFUNCTIONSOFCELLCOMMUNICATION幾個(gè)容易混淆的概念細(xì)胞信號(hào)發(fā)放（cellsignaling）：細(xì)胞釋放信號(hào)分子，將信息傳遞給其它細(xì)胞。細(xì)胞通訊（cellcommunication）：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)反應(yīng)的過程。細(xì)胞識(shí)別（cellrecognition）：細(xì)胞之間通過細(xì)胞表面的信息分子相互作用，引起細(xì)胞反應(yīng)的現(xiàn)象。信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）：指外界信號(hào)（如光、電、化學(xué)分子）作用于細(xì)胞表面受體，引起胞內(nèi)信使的濃度變化，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)的一系列過程。1.信號(hào)分子種類：激素、神經(jīng)遞質(zhì)、局部介質(zhì)。激素：為內(nèi)分泌細(xì)胞分泌的一種化學(xué)物質(zhì)，分為甾族和非甾族兩大類，后者又可分為蛋白質(zhì)（肽）類激素和氨基酸衍生類兩種。神經(jīng)遞質(zhì)：是一類信號(hào)分子，由突觸釋放，能夠瞬間傳遞到鄰近的神經(jīng)細(xì)胞。局部介質(zhì)：由多種細(xì)胞于局部釋放的一類信號(hào)分子，只在局部發(fā)揮作用。細(xì)胞外來的信號(hào)分子不論是與細(xì)胞表面受體結(jié)合還是與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)或核內(nèi)受體結(jié)合，這類信號(hào)分子稱為第一信使。將在第一信使與受體介導(dǎo)下最早產(chǎn)生的可將信號(hào)向下游傳遞的信號(hào)分子稱為第二信使。第二信使主要有：cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+。第二信使的作用：信號(hào)轉(zhuǎn)換、信號(hào)放大。2.信使分為三大類：第一信使：配體，如激素、藥物、神經(jīng)遞質(zhì)等第二信使：胞質(zhì)中的信號(hào)物質(zhì)CAMP、CGMP、Ca2+、IP3、DG第三信使：細(xì)胞核中的信號(hào)物質(zhì)第一信使通過膜受體的轉(zhuǎn)導(dǎo)作用將信息指令傳給第二信使，由第二信使啟動(dòng)并指導(dǎo)完成胞內(nèi)一系列生物效應(yīng)。第二信使的作用：直接作用于效應(yīng)蛋白如離子通道，產(chǎn)生相應(yīng)的生物效應(yīng)或激活細(xì)胞內(nèi)的蛋白激酶系統(tǒng)，引起級(jí)聯(lián)反應(yīng)，產(chǎn)生生物效應(yīng)。第三信使直接調(diào)節(jié)基因的活動(dòng)。細(xì)胞對(duì)信號(hào)的反應(yīng)不僅取決于其受體的特異性，而且與細(xì)胞的固有特征有關(guān)。有時(shí)相同的信號(hào)可產(chǎn)生不同的效應(yīng)，如乙酰膽堿可引起骨骼肌收縮、降低心肌收縮頻率，引起唾腺細(xì)胞分泌。有時(shí)不同信號(hào)產(chǎn)生相同的效應(yīng)，如腎上腺素、胰高血糖素，都能促進(jìn)肝糖原降解而升高血糖。二、由G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)G蛋白偶聯(lián)受體屬于一類經(jīng)過7次跨膜形成的超家族蛋白，有兩個(gè)特性：其一受體中含有7段疏水性跨膜序列，N端在細(xì)胞外用以結(jié)合配體，C端位于細(xì)胞內(nèi)用以激活G蛋白，其二受體必須與G蛋白結(jié)合才能產(chǎn)生信號(hào)傳導(dǎo)效應(yīng)。G蛋白偶聯(lián)的受體多為一些激素類受體。G-proteinlinkedreceptorG蛋白：鳥苷酸結(jié)合蛋白的總稱，其共同特征是：

由三個(gè)亞單位組成，和亞基屬于脂錨定蛋白；

位于細(xì)胞膜受體與效應(yīng)器之間的轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白；

具有結(jié)合GDP或GTP的能力，有GTP酶活性；

可激活效應(yīng)蛋白，實(shí)現(xiàn)信息轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。作用：分子開關(guān)，激活第二信使。α亞基結(jié)合GDP處于關(guān)閉狀態(tài)，結(jié)合GTP處于開啟狀態(tài)。α亞基具有GTP酶活性，能催化所結(jié)合的ATP水解，恢復(fù)無活性的三聚體狀態(tài)，其GTP酶的活性能被GAP增強(qiáng)。G蛋白的類型受體：①激活型受體（Rs）或抑制型受體（Ri）G蛋白：②活化型調(diào)節(jié)蛋白（Gαs）或抑制型調(diào)節(jié)蛋白（Gαi）同一個(gè)信號(hào)分子作用到不同的G蛋白偶聯(lián)受體，可能產(chǎn)生截然相反的效果。GTP-bindingregulatoryproteinG蛋白偶聯(lián)受體的信息傳導(dǎo)途徑：CAMP信號(hào)途徑CGMP信號(hào)途徑IP3信號(hào)途徑DG信號(hào)途徑Ca2+信號(hào)途徑（一）cAMP信號(hào)途徑通過調(diào)節(jié)cAMP的濃度，將細(xì)胞外信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)胞內(nèi)信號(hào)。腺苷酸環(huán)化酶：跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，催化ATP生成cAMP。Gα活化后可催化細(xì)胞內(nèi)側(cè)的腺苷酸環(huán)化酶，使其活化Adenylatecyclase蛋白激酶A（ProteinKinaseA，PKA）：由兩個(gè)催化亞基和兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基組成。cAMP與調(diào)節(jié)亞基結(jié)合，使調(diào)節(jié)亞基和催化亞基解離，釋放出催化亞基，激活蛋白激酶A的活性。環(huán)腺苷酸磷酸二酯酶cAMPphosphodiesterase,PDE）：降解cAMP生成5’-AMP，起終止信號(hào)的作用。DegredationofcAMPCAMP信號(hào)途徑：

信號(hào)與受體結(jié)合，受體活化，構(gòu)象改變，暴露與G蛋白的結(jié)合部位。

配體－受體復(fù)合物與G蛋白結(jié)合，G活化，Gsα構(gòu)象改變，結(jié)合GTP

Gsα-GTP復(fù)合物與βγ分離，暴露與AC的結(jié)合部位。

Gsα-GTP與AC結(jié)合，AC活化，分解ATP為CAMP

Gsα分解GTP為GDP，構(gòu)型改變，與AC分離，AC失活，Gsα與βγ結(jié)合，恢復(fù)靜息狀態(tài)。

信號(hào)（配體）cAMP途徑cAMP信號(hào)通路對(duì)基因轉(zhuǎn)錄的激活cAMP信號(hào)途徑可表示為：激素→G蛋白耦聯(lián)受體→G蛋白→腺苷酸環(huán)化酶→cAMP→依賴cAMP的蛋白激酶A→基因調(diào)控蛋白磷酸化→基因轉(zhuǎn)錄。

不同細(xì)胞對(duì)cAMP信號(hào)途徑的反應(yīng)速度不同：在肌肉細(xì)胞，1秒鐘內(nèi)可啟動(dòng)糖原降解為葡糖1-磷酸，而抑制糖原合成。在某些分泌細(xì)胞，需要幾個(gè)小時(shí)，激活的PKA進(jìn)入細(xì)胞核，將CRE結(jié)合蛋白磷酸化，調(diào)節(jié)相關(guān)基因的表達(dá)。CRE（cAMPresponseelement）是DNA上的調(diào)節(jié)區(qū)域。Gi調(diào)節(jié)模型①通過α亞基與腺苷酸環(huán)化酶結(jié)合，直接抑制酶的活性；②通過βγ亞基復(fù)合物與游離Gs的α亞基結(jié)合，阻斷Gs的α亞基對(duì)腺苷酸環(huán)化酶的活化。百日咳毒素抑制Gi的活性。CAMP信號(hào)途徑刺激型信號(hào)途徑抑制型信號(hào)途徑

刺激型信號(hào)抑制型信號(hào)

RsRi

GsGi

AC

ATP→CAMP抑制

被磷酸二酯酶降解胞外信號(hào)分子與細(xì)胞表面G蛋白耦聯(lián)受體結(jié)合，激活質(zhì)膜上的磷脂酶C（PLC-β），使質(zhì)膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（diacylglycerol,DAG）。DAG激活蛋白激酶C（PKC）：IP3開啟胞內(nèi)IP3門控鈣通道，Ca2+濃度升高，激活鈣調(diào)蛋白。（二）磷脂酰肌醇途徑細(xì)胞膜中約5%的肌醇磷脂（PI），分布于膜內(nèi)層，在ATP作用下，PI磷酸化形成PIP2（4，5二磷酸肌醇）。受體+配體

活化GpGp+磷脂酶C

磷脂酶C活化

P1P2

IP3+DAG（第二信使）PIP2HydrolysisInositolphospholipidsignalingMimickedbyionomycin鈣調(diào)蛋白（calmodulin，CaM）可結(jié)合鈣離子將靶蛋白（如：CaM-Kinase）活化。蛋白激酶C位于細(xì)胞質(zhì)，Ca2+濃度升高時(shí)，PKC轉(zhuǎn)位到質(zhì)膜內(nèi)表面，被DG活化，PKC屬蛋白絲氨酸/蘇氨酸激酶。IP3信號(hào)的終止是通過去磷酸化形成IP2、或磷酸化為IP4。Ca2+被質(zhì)膜上的鈣泵和Na+-Ca2+交換器抽出細(xì)胞，或被內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣泵抽回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。DAG通過兩種途徑終止其信使作用：一是被DAG激酶磷酸化成為磷脂酸，進(jìn)入磷脂酰肌醇循環(huán)；二是被DAG酯酶水解成單酯酰甘油。ControlsonCytosolicCalcium磷脂酰肌醇途徑與CAMP途徑比較：

CAMP途徑磷脂酰肌醇途徑

G蛋白GsGiGp效應(yīng)器AC磷脂酶C底物ATPP1P2第二信使CAMPIP3DAG（三）其它G蛋白偶聯(lián)型受體1．化學(xué)感受器中的G蛋白存在于嗅覺和味覺化學(xué)感受器中，類型繁多，不同細(xì)胞具有不同的受體，感受不同的氣味。氣味分子與G蛋白偶聯(lián)型受體結(jié)合，可激活腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生cAMP，開啟cAMP門控陽離子通道（cAMP-gatedcationchannel），引起鈉離子內(nèi)流，膜去極化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，最終形成嗅覺或味覺。2．視覺感受器中的G蛋白黑暗條件下視桿細(xì)胞中cGMP濃度較高，cGMP門控鈉離子通道開放，鈉離子內(nèi)流，膜去極化，突觸持續(xù)向次級(jí)神經(jīng)元釋放遞質(zhì)。有光時(shí)cGMP濃度下降的負(fù)效應(yīng)起傳遞光刺激的作用。光信號(hào)→Rh激活→Gt活化→cGMP磷酸二酯酶激活→胞內(nèi)cGMP減少→Na+離子通道關(guān)閉→離子濃度下降→膜超極化→神經(jīng)遞質(zhì)釋放減少→視覺反應(yīng)。視紫紅質(zhì)（rhodopsin,Rh）為7次跨膜蛋白，由視蛋白和視黃醛組成。RoleofcGMPinPhotoreception三、第二信使的作用

cAMP的作用cAMP

PKA（絕大多數(shù)細(xì)胞），調(diào)節(jié)代謝，促進(jìn)細(xì)胞分化。

離子通道（嗅上皮細(xì)胞），調(diào)節(jié)離子通道的通透性。

cGMP的作用cGMP

PKG（絕大多數(shù)細(xì)胞），調(diào)節(jié)代謝，促進(jìn)細(xì)胞分裂。

離子能道（視網(wǎng)膜光感受器），調(diào)節(jié)離子通透性。IP3

ER上IP3受體

鈣庫釋放Ca2+

胞內(nèi)Ca2+上升

級(jí)聯(lián)反應(yīng)

生物效應(yīng)；DAG

蛋白激酶C

蛋白酶的磷酸化

生物效應(yīng)；Ca2+

CaM，Ca2+的作用廣泛，如肌肉收縮、Ach釋放等。IP3、DAG、Ca2+的作用：例如：腎上腺素引起肝細(xì)胞糖元分解在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中，信號(hào)逐級(jí)放大

信號(hào)與細(xì)胞效應(yīng)總結(jié)圖示第一信號(hào)、第二信號(hào)與細(xì)胞效應(yīng)第四節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)及膜受體與疾病膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)及膜受體與疾病，根據(jù)相關(guān)的理論了解教材介紹疾病的發(fā)病機(jī)理完一、大分子物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)

囊泡運(yùn)輸（vesiculartransport）

胞吐作用（exocytosis）

胞吞作用（endocytosis）

（一）囊泡運(yùn)輸（vesiculartransport）細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)之間的物質(zhì)傳遞常常通過囊泡運(yùn)輸方式進(jìn)行。各類運(yùn)輸囊泡之所能夠被準(zhǔn)確地運(yùn)到靶細(xì)胞器，主要取決于膜的表面識(shí)別特征。大多數(shù)運(yùn)輸小泡是在膜的特定區(qū)域以出芽的方式產(chǎn)生的。其表面具有一個(gè)籠子狀的由蛋白質(zhì)構(gòu)成的衣被（coat）。這種衣被在運(yùn)輸小泡與靶細(xì)胞器的膜融合之前解體。囊泡運(yùn)輸一、衣被類型已知三類：網(wǎng)格蛋白（clathrin）COPICOPII

主要作用：選擇性的將特定蛋白聚集在一起，形成運(yùn)輸小泡；如同模具一樣決定運(yùn)輸小泡的外部特征。網(wǎng)格蛋白(clathrin)

因其覆蓋在囊泡表面呈一層纖維狀，因此得名。它由3個(gè)外展得臂組成，每一臂含有1條重鏈和1條輕鏈，重鏈的分子量180kD，輕鏈為35～40kD。結(jié)合素(adaptin)網(wǎng)格蛋白和囊泡之間是通過轉(zhuǎn)接蛋白來連接，這類轉(zhuǎn)接蛋白統(tǒng)稱為結(jié)合素。它一端與網(wǎng)格蛋白重鏈末端結(jié)合，另一端與被轉(zhuǎn)運(yùn)的“貨物”分子銜接，具有催化網(wǎng)格蛋白聚合的作用。結(jié)合素目前發(fā)現(xiàn)有四種：AP1、AP2、AP3和還在研究中的一種。1、網(wǎng)格蛋白衣被小泡動(dòng)力素（dynamin)動(dòng)力素：是一種小分子GTP結(jié)合蛋白，由900個(gè)氨基酸組成，在質(zhì)膜內(nèi)凹有被小窩的頸部形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，可與GTP結(jié)合并水解，將囊泡“縊”割下來。Clathrincoatedvesicles2、COPI衣被小泡

COPI包被蛋白為多亞基組成的多聚體，包括α、β、β’、γ、δ、ε和ζ。功能：負(fù)責(zé)回收、轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白（escapedproteins）返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)?；厥招盘?hào)：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）和Lys-Lys-X-X（KKXX）。COPI還可以介導(dǎo)高爾基體不同區(qū)域間的蛋白質(zhì)運(yùn)輸。Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）CopIVesicles3、COPⅡ衣被小泡

介導(dǎo)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸。由多種蛋白質(zhì)構(gòu)成，Sar1GTP酶與Sec22/Sec24復(fù)合體結(jié)合在一起，Sec13/Sec31復(fù)合體覆蓋在外層。衣被小泡形成的部位，稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出口（exitsites），該處沒有核糖體。大多數(shù)跨膜蛋白是直接結(jié)合在COPII衣被上，少數(shù)跨膜蛋白和多數(shù)可溶性蛋白通過受體與COPII衣被結(jié)合。分選信號(hào)位于跨膜蛋白胞質(zhì)面的結(jié)構(gòu)域，形式多樣，有些包含雙酸性基序[DE]X[DE]，如Asp-X-Glu序列。CopIandIIVesicles衣被類型GTP酶組成與銜接蛋白運(yùn)輸方向clathrin三種衣被小泡的功能ARFClathrin重鏈與輕鏈，AP2質(zhì)膜→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP1高爾基體→內(nèi)體Clathrin重鏈與輕鏈，AP3高爾基體→溶酶體，植物液泡COPIARFCOPαββ’γδεζ高爾基體→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)COPIISar1Sec23/Sec24復(fù)合體，Sec13/31復(fù)合體，Sec16內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體三種衣被小泡的功能二、衣被形成衣被是在一類叫作衣被召集GTP酶（coat-recruitmentGTPase）作用下形成的，為單體GTP酶（monomericGTPase），即G蛋白。調(diào)節(jié)因子有：鳥苷酸交換因子（guanine-nucleotideexchangefactor,GEF）GTP酶激活蛋白（GTPaseactivatingprotein,GAP）。衣被召集GTP酶包括ARF蛋白和SAR1蛋白。ARF參與高爾基體上籠形蛋白衣被與COPI衣被的形成。SAR1參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上COPII衣被的形成。衣被召集GTP酶存在于細(xì)胞質(zhì)中，但處于結(jié)合GDP的失活狀態(tài)。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上形成COPII衣被小泡時(shí)，SAR1釋放GDP，結(jié)合GTP而激活。激活的SAR1暴露出一條脂肪酸的尾巴，插入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜，促進(jìn)衣被蛋白的核化和組裝，形成運(yùn)輸小泡?；罨腟AR1還可以激活磷脂酶D（phospholipaseD），將一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白牢固地結(jié)合在膜上。當(dāng)衣被小泡從膜上釋放后，衣被很快就解體。Coatassembly三、囊泡運(yùn)輸?shù)亩ㄏ驒C(jī)制（一）SNAREssolubleNSFattachmentproteinreceptor的作用是介導(dǎo)運(yùn)輸小泡與靶膜的融合。動(dòng)物細(xì)胞中已發(fā)現(xiàn)20多種SNAREs，位于運(yùn)輸小泡上的叫作v-SNAREs，位于靶膜上的叫作t-SNAREs。v-和t-SNAREs都具有一個(gè)螺旋結(jié)構(gòu)域，能相互纏繞形成跨SNAREs復(fù)合體（trans-SNAREscomplexes），將運(yùn)輸小泡的膜與靶膜拉在一起，實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸小泡特異性停泊和融合。SNAREsinvesicletransport在神經(jīng)細(xì)胞中SNAREs負(fù)責(zé)突觸小泡的停泊和融合。破傷風(fēng)毒素和肉毒素等細(xì)菌分泌的神經(jīng)性毒素實(shí)際上是一類特殊的蛋白酶，能夠選擇性地降解SNAREs，從而阻斷神經(jīng)傳導(dǎo)。病毒融合蛋白的工作原理與SNAREs相似，介導(dǎo)病毒與宿主質(zhì)膜的融合。SNAP25由兩條α-螺旋肽鏈組成，常與t-SNAREs相伴，為v-SNAREs的受體。SNAP25通過兩條α鏈分別與t-SNAREs和v-SNAREs結(jié)合，將雙方牢牢系住。四、囊泡的融合機(jī)制Rabs也叫targetingGTPase，屬于單體GTP酶，已知30余種，不同膜上具有不同的Rabs。Rabs對(duì)運(yùn)輸小泡的融合起重要作用。（二）胞吐作用（exocytosis）胞吐作用exocytosis包含大分子物質(zhì)的小囊泡從細(xì)胞內(nèi)部移至細(xì)胞表面，與質(zhì)膜融，將物質(zhì)排出細(xì)胞之外。蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的過程：信號(hào)肽與SRP結(jié)合→肽鏈延伸終止→SRP與受體結(jié)合→SRP脫離信號(hào)肽→肽鏈在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上繼續(xù)合成，同時(shí)信號(hào)肽引導(dǎo)新生肽鏈進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔→信號(hào)肽切除→肽鏈延伸至終止。這種肽鏈邊合成邊向內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔轉(zhuǎn)移的方式，稱為co-translation。InsertionofaMultipassTransmembraneproteinintotheERmembrane（二）、蛋白質(zhì)的修飾與加工包括糖基化和二硫鍵形成等，其中最主要的是糖基化，幾乎所有內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的蛋白質(zhì)最終被糖基化。糖基化的作用：①使蛋白質(zhì)能夠抵抗消化酶的作用；②賦予蛋白質(zhì)傳導(dǎo)信號(hào)的功能；③某些蛋白只有在糖基化之后才能正確折疊。糖基一般連接在天冬酰胺殘基的NH2連接，糖為N-乙酰葡糖胺。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上進(jìn)行N-連接的糖基化。糖的供體為核苷糖，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。糖分子首先被糖基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移到膜上的多萜醇（dolicholphosphate）分子上，裝配成寡糖鏈。再被寡糖轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)到新合成肽鏈特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺殘基上。ProteinglycosylationinRER（三）、新生肽鏈的折疊、組裝和運(yùn)輸COPII介導(dǎo)由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)輸出的膜泡運(yùn)輸，這種膜泡由內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的排出位點(diǎn)（exitsites）以出芽的方式排出，進(jìn)入高爾基體。