05第五章跨膜運(yùn)輸

1、http:/ 內(nèi)容提要內(nèi)容提要 第一節(jié)、被動(dòng)運(yùn)輸 一、簡單擴(kuò)散 二、協(xié)助擴(kuò)散 第二節(jié) 主動(dòng)運(yùn)輸 一、鈉鉀泵 二、鈣離子泵 三、質(zhì)子泵四、abc 轉(zhuǎn)運(yùn)器五、協(xié)同運(yùn)輸?shù)谌?jié)、膜泡運(yùn)輸?shù)幕靖拍钜?、吞噬作用二、胞飲作用三、外排作用四、穿胞運(yùn)輸五、胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸 估計(jì)細(xì)胞膜上與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)的蛋白占核基因編核基因編碼蛋白的碼蛋白的1530%，細(xì)胞用在物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方面的能量達(dá)細(xì)胞總消耗能量的總消耗能量的2/3。 兩類主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白： 載體蛋白：又稱做載體、通透酶通透酶和轉(zhuǎn)運(yùn)器轉(zhuǎn)運(yùn)器。 通道蛋白：能形成親水的通道，允許特定的溶質(zhì)通過。 membrane transport proteinshttp:/ 第一節(jié) 被動(dòng)

2、運(yùn)輸一、簡單擴(kuò)散一、簡單擴(kuò)散 也叫自由擴(kuò)散（free diffusion）： 沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度）擴(kuò)散； 不需要提供能量； 沒有膜蛋白協(xié)助。 通透性p=kd/t ， k為分配系數(shù)， d為擴(kuò)散系數(shù)，t為膜的厚度。 人工膜對(duì)各類物質(zhì)的通透率： 脂溶性越高通透性越大； 小分子比大分子易透過； 非極性分子比極性容易透過； 極性不帶電荷的小分子可透過人工脂雙層; 人工膜對(duì)帶電荷的物質(zhì)，如離子是高度不通透的。二、協(xié)助擴(kuò)散二、協(xié)助擴(kuò)散 也稱促進(jìn)擴(kuò)散（facilitated diffusion）。 特點(diǎn)： 轉(zhuǎn)運(yùn)速率高； 運(yùn)輸速率同物質(zhì)濃度成非線性關(guān)系； 特異性；飽和性。 載體：離子載體、通道蛋白。 （一

3、）離子載體（一）離子載體（ionophore） 疏水性小分子，可溶于雙脂層。分為：可動(dòng)離子載體可動(dòng)離子載體和通道離子載體通道離子載體。纈氨霉素纈氨霉素能轉(zhuǎn)運(yùn)k+； dnp和fccp可轉(zhuǎn)運(yùn)h+；離子霉素、a23187可轉(zhuǎn)運(yùn)鈣離子。短桿菌肽短桿菌肽a，15個(gè)疏水氨基酸構(gòu)成，2分子形成一跨膜通道，有選擇的使單價(jià)陽離子如h+、na+、k+按化學(xué)梯度通過。gramicidin aan antibiotic that acts as an ion pore.（二）通道蛋白（二）通道蛋白（channel protein） 跨膜親水性通道，允許特定離子順濃度梯度通過，又稱離子通道。 有些通道長期開放，如鉀泄漏

4、通道； 有些通道平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，僅在特定刺激下才打開，稱為門通道門通道（電位門通道、配體門通道、環(huán)核苷酸門通道、機(jī)械門通道）。1、配體門通道(ligand gated channel) 特點(diǎn)：受體與細(xì)胞外的配體結(jié)合，引起通道構(gòu)象改變， “門”打開，又稱離子通道型受體離子通道型受體。 分為陽離子通道陽離子通道，如乙酰膽堿受體；和陰離子通離子通道道，如氨基丁酸受體。 ach受體受體由4種亞單位（2）組成。nicotinic acetylcholine receptorthree conformation of the acetylcholine receptor2、電位門通道、電位門通道(vol

5、tage gated channel) 特點(diǎn)：膜電位變化可引起構(gòu)象變化，“門”打開。 結(jié)構(gòu)：四聚體，每個(gè)單體跨膜6次。 na+、k+、ca2+電壓門通道結(jié)構(gòu)相似，由同一個(gè)遠(yuǎn)祖基因演化而來。voltage gated k+ channel k+電位門有四個(gè)亞單位，每個(gè)亞基有6個(gè)跨膜螺旋(s1-s6) ，n和c端均位于胞質(zhì)面。連接s5-s6段的發(fā)夾樣折疊 (p區(qū)或h5區(qū))，構(gòu)成通道內(nèi)襯，大小允許k+通過。目前認(rèn)為s4段是電壓感受器4th subunit not shownion-channel linked receptors in neurotransmission神經(jīng)肌肉接點(diǎn)由ach門控通道開

6、放而出現(xiàn)終板電位時(shí)，可使肌細(xì)胞膜中的電位門na+通道和k+通道相繼激活，出現(xiàn)動(dòng)作電位；引起肌質(zhì)網(wǎng) ca2+通道打開，ca2+進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，引發(fā)肌肉收縮。3、環(huán)核苷酸門通道 cng結(jié)構(gòu)與鈉電位門通道相似。細(xì)胞內(nèi)的c末端較長，有環(huán)核苷酸的結(jié)合位點(diǎn)。 分布于化學(xué)和光感受器中。 如氣味分子與化學(xué)感受器中的g蛋白偶聯(lián)型受體結(jié)合，激活腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生camp，開啟camp門控陽離子通道，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。4、機(jī)械門通道 感受摩擦力、壓力、牽拉力、重力、剪切力等。 目前比較明確的有兩類機(jī)械門通道，一類對(duì)牽拉敏感，為2價(jià)或1價(jià)的陽離子通道，有na+、k+、ca2+，以

7、ca2+為主，幾乎存在于所有的細(xì)胞膜。另一類對(duì)剪切力敏感 ，僅發(fā)現(xiàn)于內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞。5、水通道、水通道 1991年agre發(fā)現(xiàn)第一個(gè)水通道蛋白chip28 （28 kd ），chip28的mrna能引起非洲爪蟾卵母細(xì)胞吸水破裂，已知這種吸水膨脹現(xiàn)象會(huì)被hg2+抑制。 目前在人類細(xì)胞中已發(fā)現(xiàn)至少11種此類蛋白，被命名為水通道蛋白（aquaporin，aqp）。2003年，美國科學(xué)家彼得阿格雷和羅德里克麥金農(nóng)，分別因?qū)?xì)胞膜水通道，離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)理研究而獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 peter agreroderick mackinnon 第二節(jié)第二節(jié) 主動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸 特點(diǎn)： 逆濃度逆濃度梯度（逆化學(xué)

8、梯度）運(yùn)輸； 需要能量能量； 都有載體載體蛋白。 能量來源： 協(xié)同運(yùn)輸中的離子梯度離子梯度動(dòng)力； atp驅(qū)動(dòng)的泵通過水解atp獲得能量； 光光驅(qū)動(dòng)的泵利用光能運(yùn)輸物質(zhì)，見于細(xì)菌。一、鈉鉀泵一、鈉鉀泵 構(gòu)成構(gòu)成：由2個(gè)大亞基、2個(gè)小亞基組成的4聚體，也叫na+-k+atp酶酶，分布于動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜。 工作原理工作原理： 對(duì)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)循環(huán)依賴自磷酸化過程，所以叫做p-type離子泵。每個(gè)周期轉(zhuǎn)出個(gè)鈉離子，個(gè)鉀離子。na+-k+atp pumpna+-k+atp pump can catalyze the formation of atp under laboratory condition 鈉鉀泵

9、的作用作用： 維持細(xì)胞的滲透性維持細(xì)胞的滲透性，保持細(xì)胞體積； 維持低na+高k+的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境； 維持細(xì)胞的靜息電位靜息電位。 地高辛、烏本苷等強(qiáng)心劑抑制其活性；mg2+和少量膜脂有助提高于其活性。 二、鈣離子泵二、鈣離子泵 作用：維持細(xì)胞內(nèi)較低的鈣離子濃度（胞內(nèi)鈣濃度10-7m，胞外10-3m）。 位置：質(zhì)膜質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。 類型： p型離子泵型離子泵，每分解一個(gè)atp分子，泵出2個(gè)ca2+。位于肌質(zhì)網(wǎng)上的鈣離子泵占肌質(zhì)網(wǎng)膜蛋白質(zhì)的90%。 鈉鈣交換器鈉鈣交換器（na+-ca2+ exchanger），屬于反向協(xié)同運(yùn)輸體系，通過鈉鈣交換來轉(zhuǎn)運(yùn)鈣離子。maintains low cyt

10、osolic ca+present in plasma and er membranes model for mode of action for ca+ atpase conformation change三、質(zhì)子泵三、質(zhì)子泵 1、p-type：如植物細(xì)胞膜上的h+泵、動(dòng)物胃表皮細(xì)胞的h+-k+泵（分泌胃酸）。 2、v-type：存在于各類小泡膜上，水解atp產(chǎn)生能量，但不發(fā)生自磷酸化，位于溶酶體膜溶酶體膜、內(nèi)體內(nèi)體、植物液泡膜植物液泡膜上。 3、f-type：利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)合成atp，即atp合酶，位于細(xì)菌質(zhì)膜細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜線粒體內(nèi)膜、類囊體膜類囊體膜上。four types of

11、atp-powered pumps四、四、abc 轉(zhuǎn)運(yùn)器轉(zhuǎn)運(yùn)器（abc transporter） 最早發(fā)現(xiàn)于細(xì)菌，是一龐大的蛋白家族，都有兩個(gè)高度保守的atp結(jié)合區(qū)（atp binding cassette），故名。 一種abc轉(zhuǎn)運(yùn)器只轉(zhuǎn)運(yùn)一種或一類底物，不同成員可轉(zhuǎn)運(yùn)離子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、離子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)；可催化脂雙層的脂類在兩層之間翻轉(zhuǎn)催化脂雙層的脂類在兩層之間翻轉(zhuǎn)。mammalian mdr1 proteina b c 轉(zhuǎn) 運(yùn) 器 與 病 原 體 對(duì) 藥 物 的 抗 性 有 關(guān) 。 m d r （multidrug resistance prot

12、ein ）是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的真核細(xì)胞abc轉(zhuǎn)運(yùn)器，是多藥抗性蛋白，約40%患者的癌細(xì)胞內(nèi)該基因過度表達(dá)。五、協(xié)同運(yùn)輸五、協(xié)同運(yùn)輸cotransport 靠間接提供能量完成主動(dòng)運(yùn)輸。所需能量來自膜兩側(cè)離子的濃度梯度。 動(dòng)物細(xì)胞中常常利用膜兩側(cè)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)濃度梯度來驅(qū)動(dòng)。 植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用h+濃度梯度來驅(qū)動(dòng)濃度梯度來驅(qū)動(dòng)。 分 為 ： 同 向 協(xié) 同同 向 協(xié) 同 （ s y m p o r t ） 和 反 向 協(xié) 同反 向 協(xié) 同（antiport）。 1、同向協(xié)同、同向協(xié)同（symport） 如小腸細(xì)胞對(duì)葡萄糖的吸收伴隨著na+的進(jìn)入。某些細(xì)菌對(duì)乳糖的吸收伴隨著h+的進(jìn)入。 2、反向協(xié)同（、反向協(xié)同（antiport） 如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。 glucose is absorbed bysymport第三節(jié) 膜泡運(yùn)輸?shù)幕靖拍?真核細(xì)胞通過內(nèi)吞作用內(nèi)吞作用（endocytosis）和外排作外排作用用（exocytosis）完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸。 因貨物包被在囊泡中，又稱膜泡運(yùn)輸膜泡運(yùn)輸。 細(xì)胞內(nèi)吞較大的固體顆粒物質(zhì)，如細(xì)菌、細(xì)胞碎片等。一、吞噬作用一、吞噬作用 細(xì)胞吞入液體或極小的顆