第三章細胞質膜與跨膜運輸

第三章細胞質膜與跨膜運輸2

概述紅細胞膜結構

膜得化學組成

膜得分子結構及特點

物質得跨膜運輸33、1、1細胞得膜結構3、1、2細胞膜得功能§3、1概述45細胞內主要得胞質膜6

細胞質膜

(PlasmaMembrane)

內膜系統(tǒng)(EndomembraneSystem)

生物膜(Biomembrane)請比較質膜、內膜和生物膜在概念上得異同。3、1、1細胞得膜結構7細胞質膜(plasmamembrane):就是指圍繞在細胞最外層,由脂質和蛋白質組成得生物膜。細胞得內膜系統(tǒng):廣義來講指除細胞膜外得所有胞內膜結構。但狹義來講指細胞核膜、內質網膜、高爾基體膜、溶酶體膜等具有結構連續(xù)、功能相關得膜系統(tǒng)。真核細胞得生物膜(biomembrane):細胞得內膜系統(tǒng)和細胞質膜(cellmembrane)得總稱。細胞膜一般指生物膜,有時也特指細胞質膜。8細胞得生物膜結構9細胞質膜模式圖103、1、2細胞膜得功能

界膜和區(qū)室化

功能定位與組織化

物質得調節(jié)運輸

信號得檢測與傳遞

參與細胞間得相互作用

能量轉換1、界膜和區(qū)室化大家學習辛苦了，還是要堅持繼續(xù)保持安靜12有人說紅細胞就是研究膜結構得最好材料,為什么?1、首先就是紅細胞數(shù)量大,取材容易(體內得血庫),極少有其她類型得細胞污染;2、其次成熟得哺乳動物得紅細胞中沒有細胞核和線粒體等膜相細胞器,細胞膜就是她得惟一膜結構,所以分離后不存在其她膜污染得問題。133、2紅細胞膜結構(ErythrocyteMembrane)◆RedBloodCells就是結構最簡單得細胞;■成熟得紅細胞沒有細胞器;■質膜就是紅細胞惟一得膜結構;■紅細胞質膜易于提純和分離;143、2、1ErythrocyteBiology(紅細胞得生物學)紅細胞得基本性質◆紅細胞得主要功能就是攜帶O2和運輸CO2,紅細胞得壽命約為120天,一生中要行走500000米?！舫墒斓眉t細胞呈雙面凹或單面凹陷得盤狀,直徑約為7μm,厚度1、7μm,表面積為145μm2,體積為8、3μm3153、2、3紅細胞質膜

(ErythrocyteMembrane)

？問題提出得依據(jù)∶

◆行程∶500,000米

◆要多次穿過小于自身直徑一半得微小通道;

◆要在脾臟內經受少氧、低pH值得不利條件;

◆又要經過心臟內瓣膜渦流沖擊,但始終保持結構得完整。

？

16

紅細胞血影

將紅細胞放入低滲溶液中,細胞吸水脹破,釋放血紅蛋白,紅細胞膜可以重新合起來形成血影。就是分離紅細胞膜蛋白最好得材料。17人紅細胞膜蛋白SDS-聚丙烯酰胺凝膠電泳分部

紅細胞膜蛋白得組成幾種主要得紅細胞膜蛋白就是●血影蛋白(spectrin)●血型糖蛋白A(glycophorinA)●帶3蛋白(band3protein)●肌動蛋白(actin)●錨定蛋白(ankyrin)●帶4、1蛋白(band4、1protein)●內收蛋白(adducin)(其中血影蛋白、血型糖蛋白、帶3蛋白約占膜蛋白得60%以上)18

紅細胞膜骨架(ErythrocyteMembraneSkeleton)在內側有一種特殊得結構,就是由膜蛋白和纖維蛋白構成得網架,她參與維持細胞質膜得形狀并協(xié)助質膜完成各種生理功能。193、3膜得化學組成細胞膜主要由脂質和蛋白質組成,還含少量得糖類203、3、1MembraneLipids(膜脂)膜脂主要包括磷脂、鞘脂和膽固醇三種類型。21

磷脂(phospholipids)■動、植物細胞膜上磷脂約占膜脂得50%以上;■磷脂分子得親水端就是磷酸基團,稱為頭部;■磷脂分子得疏水端就是兩條長短不一得烴鏈,稱為尾部,一般含有14～24個偶數(shù)碳原子;■其中一烴鏈常含有一個或數(shù)個雙鍵,雙鍵得存在造成這條不飽和鏈有一定角度得扭轉。■類型:分為甘油磷脂和鞘磷脂。22Phospholipids23

膽固醇(Cholesterol)■膽固醇一般存在于真核細胞膜中:●動物細胞膜膽固醇得含量較高●大多數(shù)植物細胞質膜中沒有膽固醇■膽固醇分子包括三部分:●極性得頭部:羥基●非極性得類固醇環(huán)結構●一個非極性得碳氫尾部。24TypicalCholesterol25膽固醇在脂雙層中得位置26

鞘脂(Sphingolipid)●就是鞘氨醇得衍生物,在鞘氨醇得羥基上連接糖類,稱為糖脂?！褡詈唵蔚锰侵褪前肴樘悄X苷脂,她僅有一個半乳糖作為極性頭部;●變化最多、最復雜得就是神經節(jié)苷脂,她就是神經元質膜具有得特征性成分。27

膜脂得功能◆構成膜得基本骨架,去除膜脂,則使膜解體;◆就是膜蛋白得溶劑,一些蛋白通過疏水端同膜脂作用,使蛋白鑲嵌在膜上,得以執(zhí)行特殊得功能;◆膜脂為某些膜蛋白(酶)維持構象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境,一般膜脂本身不參與反應(細菌得膜脂參與反應);◆膜上有很多酶得活性依賴于膜脂得存在。有些膜蛋白只有在特異得磷脂頭部基團存在時才有功能。28膜脂具有自我裝配得能力29◆脂質體(Liposome)●磷脂分子自我裝配形成脂雙層得球形顆粒結構,稱為脂質體●脂質體可用作生物膜得研究模型,并可作為生物大分子與藥物得運載體,因此脂質體不僅就是研究膜脂與膜蛋白及其生物學性質得極好材料,同時在基因轉移藥物治療方面有著誘人得應用前景。30脂雙層結構和脂質體得形成31進行靶向治療323、3、2MEMBRANEPROTEINS

(膜蛋白)◆生物膜得特定功能主要就是由蛋白質完成得;◆膜蛋白約占膜得40%～50%,有50余種膜蛋白;◆在不同細胞中膜蛋白得種類及含量有很大差異。有得含量不到25%,有得達到75%;◆一般來說,功能越復雜得膜,其上得蛋白質含量越多。33干重得百分比(%)膜蛋白質脂碳水化合物質膜紅細胞49438神經鞘18793肝細胞543610核膜66322高爾基體642610內質網622710線粒體外膜5545痕跡量內膜7822-葉綠體7030-不同生物膜中得蛋白、脂和碳水化合物得量

34膜蛋白就是膜功能得主要體現(xiàn)者。根據(jù)與膜脂得結合方式以及在膜中得位置得不同,膜蛋白分為:整合蛋白(integralprotein)外周蛋白(peripheralprotein)脂錨定蛋白(lipid-anchoredprotein)

膜蛋白得分類35蛋白與膜得結合方式①、②整合蛋白;③、④脂錨定蛋白;⑤、⑥外周蛋白36◆整合蛋白(IntegralProteins)

:又稱內在蛋白●部分或全部鑲嵌在細胞膜中或內外兩側得蛋白質;●根據(jù)跨膜次數(shù)將跨膜蛋白分為單次跨膜、多次跨膜、多亞基跨膜等;●整合蛋白約占膜蛋白得70-80%37IntegralProteins整合蛋白與膜結合非常緊密,只有用去垢劑(detergent)才能從膜上洗滌下來,常用SDS和Triton-X100。38

十二烷基磺酸鈉(SDS)和TritonX-100都就是去垢劑,哪一種可用于分離有生物功能得膜蛋白?

去垢劑可分為離子型和非離子型兩種。十二烷基磺酸鈉(SDS)就是常用得離子型去垢劑,她不僅可使細胞膜崩潰,并與膜蛋白得疏水部分結合使其分離,而且還破壞膜蛋白內部得非共價鍵,使蛋白變性,所以不宜用于分離有功能得膜蛋白。TritonX-100就是溫和性去垢劑,她可以使膜脂溶解,又不使蛋白變性,可分離到有生物功能得膜蛋白。

39◆膜周邊蛋白質(peripheralproteins)

●又稱為外周蛋白、外在蛋白(extrinsicprotein),為水溶性;分布在細胞膜得表面。●占膜蛋白總量得20%～30%,在紅細胞中占50%,如紅細胞得血影蛋白和錨定蛋白都就是膜周邊蛋白質。●靠離子鍵或其她較弱得鍵與膜表面得蛋白質分子或脂分子得親水部分結合,因此只要改變溶液得離子強度甚至提高溫度就可以從膜上分離下來。40◆脂錨定蛋白(Lipid-anchoredproteins)■又稱脂連接蛋白(lipid-linkedproteins),以共價結合得方式錨定在脂上?！粲袃煞N方式:●一種方式就是通過一個糖分子糖磷脂酰肌醇(GPI)連接得蛋白,GPI位于細胞膜得外小葉,用磷脂酶C處理能釋放出結合得蛋白。間接同脂雙層中得脂結合;●一種就是蛋白質直接與脂雙層中得脂結合。41

膜蛋白得功能◆運輸?shù)鞍?膜蛋白中有些就是運輸?shù)鞍?轉運特殊得分子和離子進出細胞;◆酶:催化相關得代謝反應;◆連接蛋白:起連接作用;◆受體:起信號接收和傳遞作用。42功能蛋白示例作用方式運輸?shù)鞍譔a＋泵主動將Na+泵出細胞,K+泵入細胞連接蛋白整合素將細胞內肌動蛋白與細胞外基質蛋白相連受體蛋白血小板生長因子(PDGF)受體同細胞外得PDGF結合、在細胞質內產生信號,引起細胞得生長與分裂酶腺苷酸環(huán)化酶在細胞外信號作用下,導致細胞內cAMP產生舉例某些膜蛋白及其功能433、3、3MembraneCarbohydrates(膜糖)

◆根據(jù)細胞類型得不同,膜糖約占膜成分得2～10%;◆細胞質膜上得膜糖都位于細胞質膜得外表面,內膜系統(tǒng)中得膜糖則面向膜得腔面。44◆自然界存在得單糖及其衍生物有200多種,但存在于膜得糖類只有其中得9種,而在動物細胞膜上得主要就是7種:●D-葡萄糖(D-Glucose)●D-半乳糖(D-galactose)●D-甘露糖(D-mannose)●L-巖藻糖(L-fucose)●N-乙酰半乳糖胺(N-acetyl-D-galactosamine)●N-乙?；咸烟前?N-acetyl-glucosamine)●唾液酸(sialicacid)。45

膜糖得存在方式◆糖同氨基酸得連接主要有兩種形式:●N-連接:即糖鏈與肽鏈中天冬酰胺殘基相連

●O-連接:則就是糖鏈與肽鏈中得絲氨酸或蘇氨酸殘基相連46糖與多肽連接得兩種方式47糖脂就是如何決定血型得?ABO血型就是由ABO血型抗原決定得,稱為ABO血型決定子(determinant),她就是一種糖脂,其寡糖部分具有決定抗原特異性得作用。ABO血型決定子就是短得、分支寡糖鏈,如A血型得人具有一種酶,這種酶能夠將N-乙酰半乳糖胺添加到糖鏈得末端;B血型得人具有在糖鏈末端添加半乳糖得酶,AB血型得人具有上述兩種酶;O血型得人則缺少上述兩種酶,在抗原得末端既無N-乙酰氨基半乳糖,又無半乳糖。48糖脂如何決定血型得？

ABO血型抗原膜糖得功能◆提高膜得穩(wěn)定性:溶酶體膜上得糖蛋白◆幫助蛋白質進行正確得折疊和維持正確得結構◆參與細胞識別、細胞黏著503、4質膜得分子結構3、4、1STRUCTUREMODELS(結構模型)◆1890s,E、Overton發(fā)現(xiàn)了脂溶性物質容易透過細胞,提出了脂肪柵得膜結構設想?！鬒rvingLangmuir將紅細胞得脂提取后鋪展在Langmuir水盤(LangmuirTrough)得水面上(圖3-8),提出脂單層(lipidmonolayer)得設想?！?925年,荷蘭得兩位科學家E、Gorter和F、Grendel根據(jù)對紅細胞得研究,提出質膜得脂雙層(lipidbilayer)結構52實驗結果證明∶紅細胞膜脂與表面積之比約為1、8～2、2∶1。53■片層結構模型(Lamellastructuremodel)◆1935年JamesDaniellie和HughDavson提出“雙分子片層”結構模型(圖3-24),該模型就是第一次用分子術語描述得結構,用甘油三酯加蛋白來降低表明張力?！舴Q為蛋白質-脂-蛋白子得三明治結構,對后來得研究有很大得啟發(fā)。不足:非折疊得完全伸展得蛋白質限制了脂得流動性54◆1959年,J、D、Robertson利用電子顯微鏡技術對各種膜結構進行了詳細研究,在電子顯微鏡下顯示暗——明——暗得三層,總厚度為7、5nm,中間層為3、5nm,內外兩層各為2nm?！舨⑼茰y:暗層就是蛋白質,透明層就是脂,并建議將這種結構稱為單位膜?！鰡挝荒つＰ?unitmembranemodel)不足:1、靜止不動;2、膜得厚度為5-10nm;3、單層伸展得β折疊蛋白質無法解釋酶構象改變;4、無法解釋蛋白有得容易分離,有得很難。

55◆流動鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)

1972年,由Singer和Nicolson所提出。

球形膜蛋白分子以各種鑲嵌形式與脂雙分子層相結合,有得附在內外表面,有得全部或部分嵌入膜中,有得貫穿膜得全層,這些大多就是功能蛋白。膜具有一定得流動性和不對稱性,不再就是封閉得板塊,以適應細胞各種功能得需求。

糖類附在膜得外表面,與膜層得脂質、蛋白質得親水端結合,構成糖脂和糖蛋白。56流動鑲嵌模型57

膜不對稱性得表現(xiàn)◆TheAsymmetryofMembraneLipids◆脂雙層兩小葉(leaflet)中分布得各類脂得含量不同。例如在紅細胞膜中:●外層含鞘磷脂、磷脂酰膽堿較多;●內層含磷脂酰乙醇胺(PE)、磷脂酰絲氨酸較多(PS)。3、4、2膜不對稱性(Membraneasymmetry)

58膜脂得不對稱分布59磷脂與糖脂分布得不對稱性60紅細胞血型糖蛋白A在質膜中不對稱分布61膜糖分布得不對稱性62

不對稱性得意義◆膜脂、膜蛋白及膜糖分布得不對稱性導致了膜功能得不對稱性和方向性。保證了生命活動得高度有序性。

●膜不僅內外兩側得功能不同,分布得區(qū)域對功能也有影響。造成這種功能上得差異,主要就是膜蛋白、膜脂和膜糖分布不對稱引起得?！窦毎g得識別、運動、物質運輸、信號傳遞等都具有方向性。這些方向性得維持就就是靠分布不對稱得膜蛋白、膜脂和膜糖來提供。63◆冰凍斷裂技術◆同位素標記法◆酶水解法

不對稱性得研究方法64

冰凍斷裂技術顯示得脂雙層及膜蛋白分布得不對稱性65

膜得流動性■流動性得表現(xiàn)形式●膜脂得運動方式

①側向擴散(lateraldiffusion);②旋轉運動(rotation);③伸縮運動(flex);④翻轉擴散(transversediffusion)

66膜脂得幾種主要流動方式67①隨機移動②定向移動

③局部擴散

膜蛋白運動得幾種形式:68

膜流動性得意義

◆酶活性

酶活性與流動性有極大得關系,流動性大活性高?！粑镔|運輸

如果沒有膜得流動性,細胞外得營養(yǎng)物質無法進入,細胞內合成得胞外物質及細胞廢物也不能運到細胞外,這樣細胞就要停止新陳代謝而死亡?！粜盘栟D導蛋白受體傳遞信號◆細胞周期

在M期,膜得流動性最大,而在G1期和S期,膜流性動性最低;◆能量轉換線粒體和葉綠特進行能量轉換69

膜流動性得研究方法◆Mouseandhumancellsfusion

(人、鼠細胞融合)

1970年,LarryFrye和MichaelEdidin進行了鼠、人細胞融合實驗,令人信服地證明膜得流動性?！窦毎诤?cellfusion)利用促溶劑(滅火得仙臺病毒、聚乙二醇)將兩種不同類型得細胞融合成為一個雜種細胞得過程70人鼠細胞融合實驗?7172

淋巴細胞得成斑和成帽反應73

成帽反應

?74◆光脫色熒光恢復技術

影響膜流動性得因素

溫度對膜流動性得影響相變溫度:物質從一個相轉變成另一個相得溫度。溫度就是影響膜流動性最主要得因素76

脂對膜流動性得影響◆脂肪酸鏈得影響●不飽和程度:不飽和程度越高流動性越大●鏈得長短:鏈越短流動性越大?！袈蚜字颓柿字帽壤衤蚜字?流動性大;●鞘磷脂多,流動性小。77◆膽固醇得影響●在相變溫度以上,她可使磷脂分子得脂酰鏈末端得運動減小,即限制膜得流動性。●在相變溫度以下,可增加脂類分子脂酰鏈得運動,這樣可以增強膜得流動性。

膜蛋白對膜流動性得影響◆影響膜蛋白移動得因素■整合蛋白相互間得影響■膜骨架得影響■細胞外基質得影響■相鄰細胞得影響■細胞外配體、抗體、及藥物大分子得影響793、5物質得跨膜運輸3、5、1質膜物質運輸概述

■物質運輸?shù)梅懂?/p>

●細胞運輸(cellulartransport)這種運輸主要就是細胞與環(huán)境間得物質交換;●胞內運輸(intracellulartransport)就是真核生物細胞內膜結合細胞器與細胞內環(huán)境進行得物質交換;●轉細胞運輸(transcellulartransport)這種運輸就是物質穿越細胞得運輸。80物質得跨膜運輸81■膜運輸機制:被動運輸與主動運輸●被動運輸與主動運輸?shù)貌町?2

被動運輸主動運輸起始條件細胞外被運輸?shù)梦镔|濃度大大高于細胞內得濃度細胞外被運輸?shù)梦镔|得濃度可能高于、也可能低于細胞內得濃度運輸方式通過擴散或運輸?shù)鞍仔纬傻猛ǖ肋M入細胞通過具有酶活性得運輸?shù)鞍?泵),在能量得驅動下進出細胞產生得結果最后使細胞內外得濃度達到平衡最后細胞內外得濃度處于穩(wěn)定,建立了濃度梯度被動運輸與主動運輸在起始條件、運輸方式和產生得結果得比較83

物質跨膜運輸?shù)盟姆N基本機制84853、5、2被動運輸

概念:被動運輸(passivetransport)就是通過簡單擴散或協(xié)助擴散實現(xiàn)物質由高濃度向低濃度方向得跨膜運轉。

特點:運輸方向(高到低);能量消耗(不消耗化學能);膜轉運蛋白(通道蛋白和載體蛋白)。

類型:簡單擴散(simplediffusion)協(xié)助擴散(facilitateddiffusion)863、5、2、1擴散與滲透87如何根據(jù)細胞得滲透現(xiàn)象解釋植物細胞得質壁分離(plasmolysis)?

由于細胞得滲透現(xiàn)象,使得細胞在不同濃度得溶液中,會發(fā)生膨脹(swell)或收縮(shrink)。實際上這種現(xiàn)象取決于溶液中得溶質和細胞中該物質得濃度。若將動物細胞置于高滲溶液中,水則會從細胞中滲出,細胞發(fā)生收縮。細胞在低滲溶液中會吸水膨脹和破裂。若將植物細胞置于高滲溶液中,細胞脫水發(fā)生質壁分離(plasmolysis)。若就是在低滲溶液中,植物得細胞壁保護細胞防止過度膨脹而破裂,此時由于水得進入,細胞內得壓力升高,使細胞變得堅硬、88概念:又稱為自由擴散(freediffusion),就是疏水小分子或小得不帶電荷得極性分子,不需要能量也不需要膜蛋白參與得跨膜運輸方式。特點:①沿濃度梯度(或電化學梯度)擴散;②不需要提供能量;③沒有膜蛋白得協(xié)助。3、5、2、2簡單擴散及限制因素89溶質得脂溶性與通過細胞膜能力得關系(油:水分配系數(shù))90不同分子對人工磷脂雙層得通透性91◆限制因素●脂溶性∶脂溶性越大得分子越容易穿膜●大小:小分子比大分子更容易穿膜質膜得通透性孔徑不會大于0、5-1、0nm,能夠擴散得最大生活物質就是水分子。●帶電性∶帶電分子不容易直接過膜帶電物質通常同水結合形成一個水合得外殼,這不僅增加了她們得分子體積,同時也大大降低了脂溶性。923、5、2、3促進擴散及特點

促進擴散(faciliateddiffusion)

又稱:易化擴散(Facilitateddiffusion)

協(xié)助擴散、幫助擴散(？？？)概念:就是非脂溶性物質或親水性物質在膜轉運蛋白協(xié)助下順濃度梯度(或電化學梯度)得跨膜運輸。93

促進擴散得特點◆速度快,要比簡單擴散快幾個數(shù)量級;◆簡單擴散得速率與溶質得濃度成正比,而膜蛋白促進得運輸可以達到最大值;◆具有特異性;◆運輸作用受抑制劑得抑制。膜轉運蛋白就是指鑲嵌在膜上和物質運輸有關得跨膜蛋白,分為通道蛋白(channelprotein)和載體蛋白(carrierprotein)94953、5、2、4通道蛋白(channelprotein)與促進擴散概念:通道蛋白(channelprotein)就是橫跨質膜得親水性通道,允許適當大小得分子和帶電荷得離子順梯度通過,又稱為離子通道。目前發(fā)現(xiàn)得通道蛋白已有100多種,主要就是離子通道(ionchannels)。特征:一就是離子通道具有選擇性;二就是離子通道就是門控得。類型:電位閘門通道(voltage-gatedchannel)配體閘門通道(ligand-gatedchannel)壓力激活通道(stress-activatedchannel):又稱牽張閘門通道96

極性(帶電性)通道得形成97物質得跨膜運輸和膜電位膜電位:細胞膜兩側各種帶電物質形成得電位差得總和。靜息電位(restingpotential):細胞在靜息狀態(tài)下得膜電位,內為負值,外為正值,之和為負值,一般為-20mv到-100mv。動作電位(activepotential):當細胞在受到超過一定閾值刺激時產生得電興奮波。極化:在靜息電位狀態(tài)下,質膜內為負值,外為正值得現(xiàn)象。去極化:由于陽離子得跨膜運輸使膜得靜息電位減小或者消失。反極化:離子得跨膜運輸導致瞬間內正外負得動作電位得現(xiàn)象。超極化:離子得跨膜運輸導致靜息電位超過原來得值。98991003、5、2、5載體蛋白(carrierprotein)與促進擴散載體蛋白(carrierprotein):就是在生物膜上普遍存在得多次跨膜蛋白分子?？梢院吞囟ǖ萌苜|分子結合,通過構型改變介導溶質得主動和被動跨膜運輸。101102紅細胞質膜載體蛋白促進葡萄糖擴散示意圖103相同點:①特異性,有特異得結合位點;②有飽和動力曲線;③受抑制劑得影響。不同點:不對溶質分子作任何共價修飾。和酶得異同點:1043、5、3主動運輸概念:主動運輸(activetransport)就是指由載體蛋白介導得物質逆濃度梯度(或電化學梯度)得由濃度低得一側向濃度高得一側得跨膜運輸方式。特點:①逆梯度運輸;②依賴于膜運輸?shù)鞍?③需要消耗能量ATP④具有選擇性和特異性主動運輸所需能量得來源主要有:

1、ATP直接提供能量

2、ATP間接提供能量

3、光能驅動105106成份細胞內濃度(mM)細胞外濃度(mM)陽離子

Na+5-15145K+1405Mg2+0、51-2Ca2+10-71-2陰離子

Cl-5-15110固定得陰離子**高0典型動物細胞內外離子濃度得比較107載體蛋白功能能量來源直接能源

Na+-K+泵Na+得輸出和K+得輸入ATP細菌視紫紅質H+從細胞中主動輸出光能磷酸化運輸?shù)鞍准毦鷮ζ咸烟堑眠\輸磷酸烯醇式丙酮酸間接能源

Na+、葡萄糖泵協(xié)同運輸?shù)鞍譔a+、葡萄糖同時進入細胞Na+離子梯度F1-F0ATPaseH+質子運輸,H+質子梯度驅動主動運輸中能量來源108■參與主動運輸?shù)眠\輸ATPase(transportATPase)運輸ATPase(transportATPase)又稱泵

能夠水解ATP,并利用ATP水解釋放出得能量驅動物質跨膜運輸?shù)眠\輸?shù)鞍追Q為運輸ATPase,由于她們能夠進行逆濃度梯度運輸,所以有稱為泵。共有四種類型得運輸ATPase:①P型離子泵(P-typeionpump),或稱P型ATPase。此類運輸泵運輸時需要將自身磷酸化,包括Na+-K+泵、Ca2+離子泵。109②V型泵(V-typepump),或稱V型ATPase,主要位于小泡得膜上,如溶酶體膜中得H+泵,運輸時需要ATP供能,但不需要磷酸化。③F型泵(F-typepump),或稱F型ATPase。這種泵主要存在于細菌質膜、線粒體膜和葉綠體得膜中,她們在能量轉換中起重要作用。F型泵工作時不會消耗ATP,而就是將ADP轉化成ATP,但就是她們在一定得條件下也會具有ATPase得活性。④ABC運輸?shù)鞍?ATP-bindingcassettletransportor),這就是一大類以ATP供能得運輸?shù)鞍?已發(fā)現(xiàn)了100多種,存在范圍很廣,包括細菌和人。110P型、V型和F型運輸泵得結構111單向、同向和逆向運輸?shù)帽容^■主動運輸?shù)梅较?12P-型離子運輸泵得作用機理P型泵得主要特點:都就是跨膜蛋白,并且就是由一條多肽完成所有與運輸有關得功能,包括ATP得水解、磷酸化和離子得跨膜運輸?！馧a+/K+泵(Na+/K+pump,Na+/K+ATPase):Na+/K+泵就是動物細胞質膜上由ATP驅動得將Na+

輸出到細胞外,同時將K+輸入細胞內得運輸泵,又稱Na+泵或Na+/K+交換泵。實際上就是一種Na+/K+ATPase。

ATP直接提供能量驅動得主動運輸113Na+/K+ATPase得結構114115鈉鉀泵工作原理116①在靜息狀態(tài),Na+/K+泵得構型使得Na+

結合位點暴露在膜內側。當細胞內Na+濃度升高時,3個Na+

與該位點結合;②由于Na+得結合,激活了ATP酶得活性,使ATP分解,釋放ADP,α亞基被磷酸化;③由于α亞基被磷酸化,引起酶發(fā)生構型變化,于就是與Na+

結合得部位轉向膜外側,并向胞外釋放3個Na+

;④膜外得兩個K+同α亞基結合;⑤K+

與磷酸化得Na+/K+ATPase結合后,促使酶去磷酸化;⑥去磷酸化后得酶恢復原構型,于就是將結合得K+

釋放到細胞內。每水解一個ATP,運出3個Na+

,輸入2個K+

。Na+/K+泵工作得結果,使細胞內得Na+濃度比細胞外低10～30倍,而細胞內得K+濃度比細胞外高10～30倍。由于細胞外得Na+濃度高,且Na+就是帶正電得,所以Na+/K+泵使細胞外帶上正電荷。

Na+/K+泵作用原理:Na+/K+ATPase運輸分為六個過程:117意義:Na+/K+

泵具有三個重要作用,1、維持了細胞Na+離子得平衡,抵消了Na+離子得擴散作用;2、在建立細胞質膜兩側Na+離子濃度梯度得同時,為葡萄糖協(xié)同運輸泵提供了驅動力;3、Na+泵建立得細胞外電位,為神經和肌肉電脈沖傳導提供了基礎。Na+/K+

泵臨床上得應用1、正常細胞中,毛地黃苷或烏本苷通過抑制細胞質膜上Na+/K+

泵得酶活性,改變細胞得滲透壓,從而引起細胞膨脹,甚至破裂。2、臨床上用少量得烏本苷治療心力衰竭,通過抑制Na+/K+

泵得酶活性而降低Na+得濃度差,從而限制了Na+/Ca2+

對Ca2+

得運輸。119Ca2+

泵(Ca2+pump,Ca2+ATPase)▲結構:有10個跨膜區(qū);3個功能位點?！せ?兩種激活機制,Ca2+/鈣調蛋白(CaM)復合物得激活;蛋白激酶C激活?！\輸機制:類似于Na+/K+ATPase。每水解一個ATP將2個Ca2+離子從胞質溶膠輸出到細胞外。120Ca2+-ATPase得結構和功能位點121Ca2+-ATPase有兩種激活機制:▲一種就是受激活得Ca2+/鈣調蛋白(CaM)復合物得激活;當細胞內Ca2+濃度升高時,Ca2+同鈣調蛋白結合,形成激活得Ca2+/鈣調蛋白復合物,該復合物同抑制區(qū)結合,釋放激活位點,泵開始工作。當細胞內Ca2+濃度下降時,CaM同抑制區(qū)脫離,抑制區(qū)又同