第五章-物質的跨膜運輸 第4版

1、 被動運輸被動運輸（passive transport）主動運輸主動運輸（active transport）胞吞作用（胞吞作用（endocytosis）與胞吐作用（）與胞吐作用（exocytosis）物質的跨膜運輸是細胞維持正常生命活動的基礎之一。 特點特點：運輸方向、跨膜動力、能量消耗、膜轉運蛋白類型類型：簡單擴散（simple diffusion）、協(xié)助擴散（facilitated diffusion）膜轉運蛋白： 載體蛋白（carrier proteins）通透酶（permease）性質； 介導被動運輸與主動運輸。通道蛋白（channel proteins）高效轉運離子，沒有飽和值； 離

2、子通道是門控的；只介導被動運輸。類型： 電壓門通道（voltage-gated channel） 配體門通道（ligand-gated channel） 壓力激活通道（stress-activated channel） 特點特點：運輸方向、跨膜動力、能量消耗、膜轉運蛋白 被動與主動運輸的比較 類型類型：三種基本類型 由由ATP直接提供能量的主動運輸直接提供能量的主動運輸ATP泵泵 P-P-離子泵離子泵 如如鈉鉀泵鈉鉀泵 （結構與機制）、鈣泵、氫泵鈣泵、氫泵 V-型質子泵、F-型質子泵 ABCABC超家族超家族 協(xié)同運輸（協(xié)同運輸（cotransport） 由Na+-K+泵（或H+-泵）與載體蛋

3、白協(xié)同作用， 靠間接消耗ATP所完成的主動運輸方式 物質的跨膜轉運與膜電位物質的跨膜轉運與膜電位 作用作用：完成大分子與顆粒性物質的跨膜運輸，又稱膜泡運輸或批量運輸（bulk transport）。屬于主動運輸。 胞吞作用胞吞作用 胞吐作用胞吐作用 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)別受體介導的內吞作用 胞內體（endosome）及其分選作用 組成型的外排途徑（constitutive exocytosis pathway） 所有真核細胞 連續(xù)分泌過程 用于質膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基質組分、營養(yǎng)或信號分子） defaul

4、t pathway：除某些有特殊標志的駐留蛋白和調節(jié)的分泌泡外，其余蛋白的轉運途徑：粗面內質網高爾基體分泌泡細胞表面 調節(jié)型外排途徑（regulated exocytosis pathway） 特化的分泌細胞 儲存刺激釋放 產生的分泌物（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 膜泡運輸：膜泡運輸：動態(tài)過程對質膜更新和維持細胞的生存與生長是必要的細胞通訊細胞通訊（cell communication）細胞識別細胞識別（cell recognition）一個細胞發(fā)出的信息通過介質傳遞到另一個細胞產生相應的反應。細胞間的通訊對于

5、多細胞生物體的發(fā)生和組織的構建，協(xié)調細胞的功能，控制細胞的生長和分裂是必須的。細胞通訊方式： 分泌化學信號進行通訊 內分泌（endocrine） 旁分泌（paracrine） 自分泌（autocrine） 化學突觸（chemical synapse） 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 間隙連接實現代謝偶聯或電偶聯概念： 細胞通過其表面的受體與胞外信號物質分子（配體）選擇性地相互作用，而導致胞內一系列生理生化變化，最終表現為細胞整體的生物學效應的過程。 信號通路（signaling pathway） 細胞識別是通過各種不同的信號通路實現的。 細胞接受外界信號，

6、通過一整套特定的機制，將胞外信號轉導為胞內信號，最終調節(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。 信號分子（信號分子（signal moleculesignal molecule） 親脂性信號分子親脂性信號分子 親水性信號分子親水性信號分子 氣體性信號分子氣體性信號分子(NO) (NO) 受體（受體（receptorreceptor）多為糖蛋白）多為糖蛋白 第二信使（第二信使（second messenger） 分子開關（分子開關（molecular switches）細胞內受體細胞內受體: : 胞外親脂性信號分子所激活胞外親脂性信號分子所激活 激素激活的基因調控蛋

7、白（胞內受體超家族）激素激活的基因調控蛋白（胞內受體超家族）細胞表面受體細胞表面受體: : 胞外親水性信號分子所激活胞外親水性信號分子所激活 細胞表面受體分屬三大家族：細胞表面受體分屬三大家族： 離子通道偶聯的受體（離子通道偶聯的受體（ion-channel-linked receptorion-channel-linked receptor）G-G-蛋白偶聯的受體（蛋白偶聯的受體（G-protein-linked receptorG-protein-linked receptor）酶偶連的受體（酶偶連的受體（enzyme-linked receptorenzyme-linked recept

8、or） 甾類激素介導的信號通路甾類激素介導的信號通路 兩步反應階段兩步反應階段： 初級反應階段：直接活化少數特殊基因轉錄的，發(fā)生迅速；初級反應階段：直接活化少數特殊基因轉錄的，發(fā)生迅速；次級反應：初級反應產物再活化其它基因產生延遲的放大作用次級反應：初級反應產物再活化其它基因產生延遲的放大作用一氧化氮介導的信號通路一氧化氮介導的信號通路 離子通道偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞離子通道偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞 G-蛋白偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞蛋白偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞 細胞表面其它與酶偶聯的受體細胞表面其它與酶偶聯的受體信號途徑信號途徑特點：特點：受體受體/ /離子通道復合體，四次離

9、子通道復合體，四次/ /六次跨膜蛋白六次跨膜蛋白跨膜信號轉導無需中間步驟跨膜信號轉導無需中間步驟主要存在于神經細胞或其他可興奮細胞間的突觸信號傳遞主要存在于神經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有選擇性：配體的特異性選擇和運輸離子的選擇性 cAMP信號通路信號通路 磷脂酰肌醇信號通路磷脂酰肌醇信號通路受體酪氨酸激酶及受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路蛋白信號通路受體絲氨酸受體絲氨酸/ /蘇氨酸激酶蘇氨酸激酶受體酪氨酸磷酸酯酶受體酪氨酸磷酸酯酶 受體鳥苷酸環(huán)化酶受體鳥苷酸環(huán)化酶酪氨酸蛋白激偶聯系的受體酪氨酸蛋白激偶聯系的受體 兩大家族：兩大家

10、族：一是與一是與SrcSrc蛋白家族相聯系的受體；蛋白家族相聯系的受體；二是與二是與JanusJanus激酶家族聯系的受體。激酶家族聯系的受體。 信號轉導子和轉錄激活子（信號轉導子和轉錄激活子（STATSTAT）與）與JAK-STATJAK-STAT途徑。途徑。 反應鏈反應鏈：激素激素G-G-蛋白偶聯受體蛋白偶聯受體G-G-蛋白蛋白腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶cAMPcAMP cAMP cAMP依賴的蛋白激酶依賴的蛋白激酶AA基因調控蛋白基因調控蛋白基因轉錄基因轉錄 組分及其分析組分及其分析 G-G-蛋白偶聯受體蛋白偶聯受體 G-G-蛋白活化與調節(jié)蛋白活化與調節(jié) 效應酶效應酶腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化

11、酶 細菌毒素對細菌毒素對G G蛋白的修飾作用蛋白的修飾作用 “ “雙信使系統(tǒng)雙信使系統(tǒng)”反應鏈：胞外信號分子反應鏈：胞外信號分子G-G-蛋白偶聯受體蛋白偶聯受體G-G-蛋白蛋白 IPIP3 3胞內胞內CaCa2+2+濃度升高濃度升高CaCa2+2+結合蛋白結合蛋白(CaM)(CaM)細胞反應細胞反應 磷脂酶磷脂酶C(PLC)C(PLC) DG DG激活激活PKCPKC蛋白磷酸化或促蛋白磷酸化或促NaNa+ +/H/H+ +交換使胞內交換使胞內pHpH 反應的終止反應的終止 鈣調蛋白（鈣調蛋白（calmodulin, CaM)calmodulin, CaM) 受體酪氨酸激酶（receptor t

12、yrosine kinases，RTKs） 包括6個亞族 信號轉導信號轉導：配體受體受體二聚化受體的自磷酸化 激活RTK胞內信號蛋白啟動信號傳導 RTK- Ras信號通路信號通路：配體RTK adaptor GRFRasRaf（MAPKKK）MAPKKMAPK進入細胞核其它激酶或基因調控蛋白（轉錄因子）的磷酸化修鈽。 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： 一是機械結構功能； 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核糖體的信號通路細胞信號傳遞的基本特征細胞信號傳遞的基本特征：具有收斂（convergenc

13、e）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生對信號的適應 蛋白激酶的蛋白激酶的網絡整合信息網絡整合信息與信號網絡系統(tǒng)中的與信號網絡系統(tǒng)中的cross talk 在動物、植物細胞由載體蛋白在動物、植物細胞由載體蛋白介導的協(xié)同運輸異同點的比較介導的協(xié)同運輸異同點的比較B. The forms of cell 1. A,b,c:chemical signals dependent cell communication, including chemical synapse; 2. D: conta

14、ct-dependent cell communication; 3. Chemical and electronic coupling by Gap junction.A. Some of the basic characteristics of cell signaling vCell must respond appropriately to external stimuli to survive.vCells respond to stimuli via cell signalingvReceptors include two classes: glycoproteinsThe oth

15、er is cell-surface receptors:There are three main families.One is the receptors within cells: steroid hormonesand（A）細胞內受體蛋白作用模型）細胞內受體蛋白作用模型;（B）幾種胞內受體蛋白超家族成員）幾種胞內受體蛋白超家族成員 A. Mediated by the Ion-Linked Receptors which convert chemical signals into electrical ones4 or 6-helix transmembrane receptor vControlling the assembly of focal adhesionsSignal pathway that lead to the assembly of the fibers of a focal adhesion.Rho is involv