第五章物質(zhì)的跨膜運輸(王喜忠鄒方東細胞生物學全套)

Section1TransportAcrossCellMembrane

●簡單擴散(simplediffusion)

●被動運輸（passivetransport）

●主動運輸（activetransport）

●胞吞作用endocytosis與胞吐作用exocytosis物質(zhì)的跨膜運輸是細胞維持正常生命活動的基礎之一。

當前1頁，共70頁，星期日。Section2CellSignaling

●細胞通訊與細胞識別

●細胞的信號分子與受體

●通過細胞內(nèi)受體介導的信號傳遞

●通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞

●由細胞表面整合蛋白介導的信號傳遞

●細胞信號傳遞的基本特征與蛋白激酶的網(wǎng)絡整合信息當前2頁，共70頁，星期日。

Passivetransport

協(xié)助擴散（facilitateddiffusion）

膜轉(zhuǎn)運蛋白：

carrierproteins——介導被動運輸與主動運輸。

channelproteins——具有離子選擇性，轉(zhuǎn)運速率高；離子通道是門控的；只介導被動運輸

類型：voltage-gatedchannel ligand-gatedchannel

壓力激活通道（stress-activatedchannel）

被動運輸方向取決于濃度梯度或電化學梯度

Livercell:Glucosetransporter

當前3頁，共70頁，星期日。Activetransport●特點：運輸方向、跨膜動力、能量消耗、膜轉(zhuǎn)運蛋白

被動與主動運輸?shù)谋容^

●類型：Cellscarryoutactivetransportin三種基本類型

ActiveTransportbyATP-PoweredPumps

鈉鉀泵（結(jié)構(gòu)與機制）

鈣泵（Ca2+-ATP酶）

質(zhì)子泵：P-型質(zhì)子泵、V-型質(zhì)子泵

協(xié)同運輸（cotransport） 由Na+-K+泵（或H+-泵）與載體蛋白協(xié)同作用， 靠間接消耗ATP所完成的主動運輸方式

物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運與膜電位

當前4頁，共70頁，星期日。胞吞作用（endocytosis）

與胞吐作用（exocytosis）

作用：完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運輸，又稱膜泡運輸

或批量運輸（bulktransport）。屬于主動運輸。

●胞吞作用●胞吐作用當前5頁，共70頁，星期日。Endocytosisimportsextracellularmoleculesbyformingvesiclesfromtheplasmamembrane

●胞飲作用（pinocytosis）與吞噬作用（phagocytosis）。 胞飲作用與吞噬作用主要有三點區(qū)別●受體介導的內(nèi)吞作用及包被的組裝●

胞內(nèi)體（endosome）及其分選作用當前6頁，共70頁，星期日。defaultpathway：除某些有特殊標志的駐留蛋白和調(diào)節(jié)的分泌泡外，●組成型的外排途徑（constitutiveexocytosispathway）●離子通道偶聯(lián)的受體介導的信號跨膜傳遞具有共同的分選機制，分選信號存在于蛋白本身，●受體介導的內(nèi)吞作用及包被的組裝Section1TransportAcrossCellMembrane當前42頁，共70頁，星期日?！袷荏w介導的內(nèi)吞作用及包被的組裝當前10頁，共70頁，星期日?！窦毎盘杺鬟f的基本特征：Activetransport細胞信號傳遞的基本特征

與蛋白激酶的網(wǎng)絡整合信息G-proteinlinkedreceptorsNa+-linkedantiporterexportsCa+fromcardiacmusclecellsNervegrowthfactor(NGF)

胞吐作用 ●組成型的外排途徑（constitutiveexocytosispathway） 所有真核細胞連續(xù)分泌過程用于質(zhì)膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基質(zhì)組分、營養(yǎng)或信號分子）

defaultpathway：除某些有特殊標志的駐留蛋白和調(diào)節(jié)的分泌泡外，其余蛋白的轉(zhuǎn)運途徑：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→分泌泡→細胞表面

●調(diào)節(jié)型外排途徑（regulatedexocytosispathway） 特化的分泌細胞 儲存——刺激——釋放 產(chǎn)生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分選機制，分選信號存在于蛋白本身，分選主要由高爾基體TGN上的受體類蛋白來決定

●膜流：動態(tài)過程對質(zhì)膜更新和維持細胞的生存與生長是必要的

●囊泡與靶膜的識別與融合

當前7頁，共70頁，星期日。細胞通訊與細胞識別●細胞通訊（cellcommunication）●細胞識別（cellrecognition）當前8頁，共70頁，星期日。細胞通訊（cellcommunication）一個細胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個細胞產(chǎn)生相應的反應?！裥盘栟D(zhuǎn)導概述概念;Cellsignalingincludes:識別轉(zhuǎn)換傳遞終止●細胞通訊方式：

分泌化學信號進行通訊

接觸性依賴的通訊細胞間直接接觸，信號分子與受體都是細胞的跨膜蛋白

間隙連接實現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)當前9頁，共70頁，星期日。細胞識別（cellrecognition）●概念： 細胞通過其表面的受體與胞外信號物質(zhì)分子（配體）選擇性地相互作用，而導致胞內(nèi)一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為細胞整體的生物學效應的過程。

●信號通路（signalingpathway） 細胞識別是通過各種不同的信號通路實現(xiàn)的。 細胞接受外界信號，通過一整套特定的機制，將胞外信號轉(zhuǎn)導為胞內(nèi)信號，最終調(diào)節(jié)特定基因的表達，引起細胞的應答反應，這種反應系列稱之為細胞信號通路。當前10頁，共70頁，星期日。SignalMoleculesandReceptors●信號分子（signalmolecule）

親脂性信號分子(Lipid-solublehormones)

親水性信號分子(Water-solublehormones)

氣體性信號分子(NO)

●受體（receptors）多為糖蛋白

●第二信使（secondmessenger）

●分子開關（molecularswitches）當前11頁，共70頁，星期日。

細胞內(nèi)受體:胞外親脂性信號分子所激活

激素激活的基因調(diào)控蛋白（胞內(nèi)受體超家族）

細胞表面受體:胞外親水性信號分子所激活

細胞表面受體分屬三大家族：

Ion-channellinkedreceptors

G-proteinlinkedreceptors

Enzymelinkedreceptors當前12頁，共70頁，星期日。通過細胞內(nèi)受體介導的信號傳遞

●

甾類激素介導的信號通路

兩步反應階段：

初級反應階段：直接活化少數(shù)特殊基因轉(zhuǎn)錄的，發(fā)生迅速；

次級反應：初級反應產(chǎn)物再活化其它基因產(chǎn)生延遲的放大作用?！褚谎趸閷У男盘柾樊斍?3頁，共70頁，星期日。通過細胞表面受體介導的信號跨膜傳遞

●離子通道偶聯(lián)的受體介導的信號跨膜傳遞

●

G-蛋白偶聯(lián)的受體介導的信號跨膜傳遞

●酶偶聯(lián)的受體當前14頁，共70頁，星期日。離子通道偶聯(lián)受體介導的信號跨膜通路

信號途徑

特點：

受體/離子通道復合體，四次/六次跨膜蛋白

跨膜信號轉(zhuǎn)導無需中間步驟

主要存在于神經(jīng)細胞或其他可興奮細胞間的突觸信號傳遞

有選擇性：配體的特異性選擇和運輸離子的選擇性當前15頁，共70頁，星期日。G-蛋白偶聯(lián)受體介導的信號跨膜傳遞●

cAMP信號通路●磷脂酰肌醇信號通路當前16頁，共70頁，星期日。

受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路

細胞表面其它與酶偶聯(lián)的受體當前17頁，共70頁，星期日。cAMP信號通路

組分及其分析

G-蛋白偶聯(lián)受體

G-蛋白活化與調(diào)節(jié)效應酶——腺苷酸環(huán)化酶

反應鏈：激素→G-蛋白偶聯(lián)受體→G-蛋白→腺苷酸環(huán)化酶→cAMP→cAMP依賴的蛋白激酶A→基因調(diào)控蛋白→基因轉(zhuǎn)錄

細菌毒素對G蛋白的修飾作用當前18頁，共70頁，星期日。IP3-Ca2+pathwayNa+-linkedantiporterexportsCa+fromcardiacmusclecells氣體性信號分子(NO)物質(zhì)的跨膜運輸是細胞維持正常生命活動的基礎之一。當前7頁，共70頁，星期日。當前56頁，共70頁，星期日?！癜套饔胑ndocytosis與胞吐作用exocytosis●調(diào)節(jié)型外排途徑（regulatedexocytosispathway）通過細胞內(nèi)受體介導的信號傳遞●細胞的信號分子與受體當前44頁，共70頁，星期日。當前38頁，共70頁，星期日。G-proteinlinkedreceptors當前21頁，共70頁，星期日。一個細胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個細胞產(chǎn)生相應的反應。磷脂酰肌醇信號通路

“雙信使系統(tǒng)”反應鏈：胞外信號分子→G-蛋白偶聯(lián)受體→G-蛋白→

IP3-Ca2+pathway →IP3→胞內(nèi)Ca2+濃度升高→Ca2+結(jié)合蛋白(CaM)→細胞反應磷脂酶C(PLC)→→DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交換使胞內(nèi)pH

DG-PKCpathway

當前19頁，共70頁，星期日。Receptortyrosinekinase(RTK)andRTK-Rassignalingpathway

RTKarethesecondmajortypeofcell-surfacereceptors

6個亞族

LigandbindingleadstoautophosphorylationofRTK

信號轉(zhuǎn)導：

MAPKinasePathway信號通路： 當前20頁，共70頁，星期日。由細胞表面整合蛋白介導的信號傳遞●整合蛋白與粘著斑●導致粘著斑裝配的信號通路有兩條●粘著斑的功能：

一是機械結(jié)構(gòu)功能；

二是信號傳遞功能●通過粘著斑由整合蛋白介導的信號傳遞通路：

由細胞表面到細胞核的信號通路

由細胞表面到細胞質(zhì)核糖體的信號通路當前21頁，共70頁，星期日。細胞信號傳遞的基本特征

與蛋白激酶的網(wǎng)絡整合信息

●細胞信號傳遞的基本特征：

具有收斂（convergence）或發(fā)散（divergence）的特點

細胞的信號傳導既具有專一性又有作用機制的相似性

信號的放大作用和信號所啟動的作用的終止并存

細胞以不同的方式產(chǎn)生對信號的適應

●蛋白激酶的網(wǎng)絡整合信息與信號網(wǎng)絡系統(tǒng)中的crosstalk

當前22頁，共70頁，星期日。TransportprocesseswithinaneukaryoticcellTheplasmamembraneisaselectivelypermeablebarrier:Thephospholipidbilayerisimpermeabletomostwater-solublemolecules.TransportofsuchmoleculesismediatedbyTransportProteins.當前23頁，共70頁，星期日。Diffusionofsmallmoleculesacrossphospholipidbilayers當前24頁，共70頁，星期日。簡單擴散與協(xié)助擴散的比較

當前25頁，共70頁，星期日。ComparisonofpassiveandactivetransportIfunchargedsolutesaresmallenough,theycanmovedowntheirconcentrationgradientsdirectlyacrossthelipidbilayerbysimplediffusion.Mostsolutescancrossthemembraneonlyifthereisamembranetransportproteintotransferthem.Passivetransport,inthesamedirectionasaconcentrationgradient;Activetransport,againstaconcentrationgradient,requireaninputofenergy.當前26頁，共70頁，星期日。Gatedionchannels:Thegatesopeninresponsetoachangeinthevoltagedifference,tothebindingofachemicalligand,ortomechanicalstimulation當前27頁，共70頁，星期日。當前28頁，共70頁，星期日。當前29頁，共70頁，星期日。當前30頁，共70頁，星期日。當前31頁，共70頁，星期日。當前32頁，共70頁，星期日。在動物、植物細胞由載體蛋白介導的協(xié)同運輸異同點的比較當前33頁，共70頁，星期日。Na+-linkedsymportersimportaminoacidsandglucoseintomanyanimalcellsNa+-linkedantiporterexportsCa+fromcardiacmusclecellsMedicineOubainanddigoxinincreasetheforceofheartmusclecontractionbyinhibitingtheNa+/K+ATPase.FewerCa+ionsareexported當前34頁，共70頁，星期日。當前35頁，共70頁，星期日。當前36頁，共70頁，星期日。當前37頁，共70頁，星期日。當前38頁，共70頁，星期日。Structureofaclathrin–coatedvesicle當前39頁，共70頁，星期日。當前40頁，共70頁，星期日。當前41頁，共70頁，星期日。當前42頁，共70頁，星期日。當前43頁，共70頁，星期日。當前44頁，共70頁，星期日。當前45頁，共70頁，星期日。當前46頁，共70頁，星期日。當前47頁，共70頁，星期日。當前48頁，共70頁，星期日。(A)細胞內(nèi)受體蛋白作用模型;(B)幾種胞內(nèi)受體蛋白超家族成員

當前49頁，共70頁，星期日。當前50頁，共70頁，星期日。當前51頁，共70頁，星期日。當前52頁，共70頁，星期日。當前53頁，共70頁，星期日。當前54頁，共70頁，星期日。當前55頁，共70頁，星期日。當前56頁，共70頁，星期日。當前55頁，共70頁，星期日。ElevationofcytosolicCa2+viatheIPsignalingpathwaySection1TransportAcrossCellMembrane●一氧化氮介導的信號通路當前60頁，共70頁，星期日。主要存在于神經(jīng)細胞或其他可興奮細胞間的突觸信號傳遞胞飲作用與吞噬作用主要有三點區(qū)別當前48頁，共70頁，星期日。胞吞作用（endocytosis）

與胞吐作用（exocytosis）當前11頁，共70頁，星期日。Enzymelinkedreceptors細胞通訊（cellcommunication）當前12頁，共70頁，星期日。兩步反應階段：作用：完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運輸，又稱膜泡運輸1.Nervegrowthfactor(NGF)2.Platelet-