细胞生物学翟中和第五

细胞生物学第五章　物质的跨膜运输第一节　膜转运蛋白与物质的跨膜运输第二节　离子泵和协同转运第三节　胞吞作用和胞吐作用细胞生物学第一节　膜转运蛋白与物质的跨膜运输一、脂双层的不不透性和膜转运蛋白细胞生物学离子分布差异的原因：１、特殊的转运蛋白1)载体蛋白:允许与载体蛋白结合部位相合适的溶质分子通过,且转运时自身构像发生改变.2)通道蛋白:开放时,允许足够小,带适当电荷分子或离子通过.２、质膜本身的脂双层所具有的疏水性特征细胞生物学(一)载体蛋白及其功能（1）结构存在于膜上的多次跨膜蛋白（2）运输特点1）特异性：一种载体蛋白只能结合一种特异的底物，2）具有酶饱和动力学曲线，但没有平衡位点且不对底物作共价修饰。3）具有竞争抑制性。细胞生物学细胞生物学(二)通道蛋白（channelprotein）是跨膜的亲水性通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过，故又称离子通道。特点：1）离子选择性，2）离子通道是门控的；3）跨膜电压差与浓度梯度是带电粒子的驱动力分类电位门通道、配体门通道、应力激活通道。细胞生物学细胞生物学二、被动运输与主动运输（一）被动运输（passivetransport）类型：简单扩散（simplediffusion）协助扩散（facilitateddiffusion）１、简单扩散也叫自由扩散（freediffusing）特点是：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助。细胞生物学细胞生物学通透性主要取决与分子的大小和分子的极性：脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度较慢；小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过；带电荷的物质是高度不通透的，如各类离子细胞生物学某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在油和水中的分配系数（K）及其扩散系数（D）来计算：P=KD/t，t为膜的厚度。细胞生物学２、水孔蛋白：水分子的跨膜通道水孔蛋白质（aquaporin，AQP）又称为水通道蛋白（waterchannelprotein），是新近发现的一组与水的跨膜转运有关的蛋白质，广泛存在于动植物及微生物体内，发挥不同的生理功能。细胞生物学细胞生物学３、协助扩散（易化扩散或促进扩散）定义：thediffusingsubstancefirstbindsselectivelytoamembrane-spanningprotein,calledafacilitativetransporter,thatfacilitatesthediffusionprocess.特点：①转运速率高；②存在最大转运速率；③特异性；饱和性。④需要载体细胞生物学细胞生物学（二）主动运输①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要能量；③都有载体蛋白。主动运输所需的能量来源主要有：①ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量；②协同运输中的离子梯度动力（间接利用）；③光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。细胞生物学第二节　离子泵和协同转运一、P-型离子泵有两个α亚基，通过α亚基的磷酸化和去磷酸化而改变泵蛋白构像，实现离子的跨膜转运。需要消耗ATP。细胞生物学（一）钠钾泵又称Na+泵或Na+/K+交换泵，或Na+-K+ATP酶；●Na+-K+ATPase是由两个大亚基(α亚基)和两个小亚基(β亚基)组成；●α亚基是跨膜蛋白，在细胞质面有ATP结合位点，细胞外侧有K+和乌本苷(ouabain)结合位点;●在α亚基上有Na+和K+结合位点。细胞生物学细胞生物学　Na+-K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。在膜内侧Na+与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是与Na+结合的部位转向膜外侧；这种磷酸化的酶对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高，因而在膜外侧释放Na+、而与K+结合。K+与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧，K+与酶的亲和力降低，使K+在膜内被释放，而又与Na+结合。其总的结果是每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。细胞生物学细胞生物学细胞生物学钠钾泵对离子的转运循环依赖自磷酸化过程（ATP上的一个磷酸基团转移到钠钾泵的一个天冬氨酸残基上，导致构象变化），所以这类离子泵叫做P-type。Na+-K+泵的作用：①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；②维持低Na+高K+的细胞内环境；③维持细胞的静息电位。地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助提高于其活性。细胞生物学（二）钙离子泵和其他P-型离子泵TheCa2+-ATPasepresentinboththeplasmamembraneandthemembranesoftheendoplasmicreticulum.作用：维持细胞内较低的钙离子浓度（细胞内钙离子浓度10-7M，细胞外10-3M）。类型：P型离子泵，其原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋白质的90%。钠钙交换器（Na+-Ca2+exchanger），属于反向协同运输体系，通过钠钙交换来转运钙离子。细胞生物学Ca2+泵的工作原理类似于Na+-K+泵:在细胞质面有同Ca2+结合的位点，一次可以结合两个Ca2+，Ca2+结合后使酶激活，并结合一分子ATP，伴随着ATP的水解酶被磷酸化，Ca2+泵构型发生改变，结合Ca2+的转到细胞外侧被释放，此时酶发生去磷酸化，构型恢到原始的静息状态。细胞生物学StructureofCa2+ATPase细胞生物学Ca2+-ATP酶激活机制：▲Ca2+/钙调蛋白复合物的作用当细胞内Ca2+浓度升高时，Ca2+同钙调蛋白结合，形成活性复合物，该复合物同抑制区结合，释放激活位点，泵开始工作。▲蛋白激酶C的作用蛋白激酶C使抑制区磷酸化，从而解除抑制作用；▲由上可以看出，在Ca2+-ATP酶的羧基端有三个功能位点(区域)∶同激活位点结合区、同CaM结合区、磷酸化位点。细胞生物学Ca2+-ATP酶作用机理细胞生物学Maintainslowcytosolic[Ca++]　PresentInPlasmaandERmembranesModelformodeofactionforCa++ATPaseConformationchange细胞生物学其他P-type：利用ATP自磷酸化发生构象的改变来转移质子，如植物细胞膜上的H+泵、动物胃 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。细胞生物学二、V-typeandF-type１、V-type：存在于各类小泡(vacuole)膜上，由许多亚基构成，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、内体、植物液泡膜上。２、F-type：是由许多亚基构成的管状结构，利用质子动力势合成ATP，也叫ATP合酶，位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上。细胞生物学三、ABC超家族ABC转运器（ABCtransporter）最早发现于细菌，属于一个庞大的蛋白家族，每个成员都有两个高度保守的ATP结合区（ATPbindingcassette），故名ABC转运器。每一种ABC转运器只转运一种或一类底物，不同的转运器可转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质。ABC转运器还可催化脂双层的脂类在两层之间翻转，在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。细胞生物学第一个被发现的真核细胞的ABC转运器是多药抗性蛋白（multidrugresistanceprotein,MDR），约40%患者的癌细胞内该基因过度表达。ABC转运器还与病原体对药物的抗性有关。细胞生物学FourtypesofATP-poweredpumps细胞生物学四、协同运输cotransport由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式，物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子电化学梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为：同向协同（symport）与反向协同（antiport）。细胞生物学1、同向协同（symport）物质运输方向与离子转移方向相同。如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。在某些细菌中，乳糖的吸收伴随着H+的进入。2、反向协同（antiport）物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反，如动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方式来转运H+，以调节细胞内的PH值。还有一种机制是Na+驱动的Cl--HCO3-交换，即Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如存在于红细胞膜上的带3蛋白。细胞生物学Glucoseisabsorbedbysymport细胞生物学细胞生物学五、物质的跨膜转运与膜电位细胞生物学第三节　胞吞作用与胞吐作用真核细胞通过胞吞作用（endocytosis）和胞吐作用（exocytosis）完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。在转运过程中，质膜内陷，形成包围细胞外物质的囊泡，因此又称膜泡运输。在运输中有膜的融合与断裂，需消耗能量。是一种批量运输（bulktransport）。细胞生物学一、胞饮作用与吞噬作用细胞吞入的物质为液体或极小的颗粒物质，这种内吞作用称为胞饮作用（pinocytosis）。胞饮作用存在于白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、肝巨噬细胞和植物细胞。细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用（phagocytosis）。吞噬现象是原生动物获取营养物质的主要方式，在后生动物中亦存在吞噬现象。如：在哺乳动物中，中性颗粒白细胞和巨噬细胞具有极强的吞噬能力，以保护机体免受异物侵害。细胞生物学细胞生物学１、胞饮作用与吞噬作用区别1）胞吞泡的大小不同2）所有真核细胞都能通过胞饮作用摄入溶液和分子，是一个连续发生的过程。而大的颗粒性物质则主要是通过特殊的吞噬细胞摄入的，是一个信号触发的过程。3）形成的机制不同细胞生物学２、胞饮泡形成所需的蛋白（1）网格蛋白（clathin)（2）接合素蛋白(adaptin)（3）dynamin蛋白（4）受体蛋白细胞生物学Structureofaclathrin–coatedvesicle细胞生物学adaptin蛋白的作用●Ontheirouter(cytosolic)surface,theadaptorsbindtoclathrinmolecules,holdingtheclathrinscaffoldingontothesurfaceofthevesicle.●Ontheirinnersurface,theadaptorsbindtosortingsignalsinthecytosolictailsofintegralmembraneproteins.细胞生物学dynamin蛋白在网格蛋白小泡形成过程中同出芽的颈部结合，一旦小泡装配完成，发动蛋白立即水解其本身结合的GTP从而将小泡与质膜切离。细胞生物学2、Clathrin-CoatedVesiclesFormation细胞生物学３、吞噬泡的形成及作用：1）需要微丝及其结合蛋白的帮助。2）是很多原生动物摄取营养的方式。而在动物细胞中具有防御微生物的侵染和清除衰老细胞和细胞碎片的作用细胞生物学二、受体介导的内吞作用细胞生物学细胞生物学胞内体是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由内吞作用新摄入的物质到溶酶体被降解。胞内体膜上有ATP驱动的质子泵，将H+泵进胞内体腔中，使腔内的pH值降低（pH5～6），从而引起LDL与受体分离。在细胞内吞过程中，胞内体被认为是膜泡运输的主要分选站之一，其中的酸性环境在分选过程中起关键作用。胞内体以出芽的方式形成运载受体的小囊泡，返回细胞质膜，受体重复使用。细胞生物学不同类型的受体具有不同的胞内体分选途径：①大部分受体返回它们原来的质膜结构域，如LDL受体又循环到质膜再利用；②有些受体不能再循环而是最后进入溶酶体，在那里被消化，如与表皮生长因子结合的细胞表面受体，大部分在溶酶体被降解，从而导致细胞表面EGF受体浓度降低，称为受体下行调节；③有些受体被运至质膜不同的结构域，该过程称作穿胞运输，在具有极性的上皮细胞，这是一种将内吞作用与外排作用相结合的物质跨膜转运方式，即转运的物质通过内吞作用从上皮细胞的一侧被摄人细胞，再通过外排作用从细胞的另一侧输出。如母鼠的抗体从血液通过上皮细胞进入母乳中，乳鼠肠上皮细胞将抗体摄人体内，都是通过跨细胞的转运完成的。细胞生物学三、胞吐作用胞吐作用：与细胞的内吞作用相反，是将细胞内的分泌泡或其它某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。细胞生物学组成型外排途径所有真核细胞从高尔基体反面管网区分泌的囊泡向质膜流动并与之融合的稳定过程。新合成的囊泡膜的蛋白和脂类不断地供应质膜更新，正是这条途径确保细胞分裂前质膜的生长；囊泡内可溶性蛋白分泌到细胞外，有的成为质膜外周蛋白，有的形成胞外基质组分，有的作为营养成分或信号分子扩散到胞外液。调节型外排途径这些分泌细胞产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）储存在分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去细胞生物学细胞生物学膜泡融合机理Rothman及其同事提出SNAREhypothesis◆NSF(N-ethylmaleimide-sensitivefusionprotein,NSF):N-乙基顺丁烯二酰亚胺-敏感融合蛋白是一种ATP酶◆SNAP(可溶性NSF附着蛋白,solubleNSFattachmentprotein,SNAP)◆V-SNARE(vesicle-SNAPreceptor):囊泡膜受体◆T-SNARE(target-SNAPreceptor):靶膜受体细胞生物学