細(xì)胞生物學(xué)第五章中藥1301張澤輝 20131312241

1、第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸中藥1301 張澤輝一、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸（一）、脂雙層的不透性和膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白細(xì)胞內(nèi)外的離子濃度是高度不同的，Na+是細(xì)胞外最豐富的陽離子，K+是細(xì)胞內(nèi)最豐富的陽離子。細(xì)胞內(nèi)外的離子濃度差異對于細(xì)胞的存活和功能至關(guān)重要。這種離子濃度差異分布主要由兩種機(jī)制所調(diào)控：一是取決與一套特殊的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性，二是取決于質(zhì)膜本身的脂雙層所具有的疏水性特征。1、載體蛋白及其功能載體蛋白幾乎存在所有類型的生物膜上，屬于多次跨膜蛋白。不同部位的生物膜往往含有各自功能相關(guān)的不同載體蛋白。載體蛋白具有與第五特異性結(jié)合的位點(diǎn)，所以每種載體蛋白對底物具有高度選擇性，通常只能轉(zhuǎn)運(yùn)一種類型的

2、分子；轉(zhuǎn)運(yùn)過程具有類似于酶與底物作用的飽和動(dòng)力學(xué)特征；既可被底物類似物競爭性地抑制，又可被某種抑制劑非競爭性抑制以及對pH有依賴性等，因此有人將載體蛋白稱為通透酶。2、通道蛋白及其功能通道蛋白有三種類型：離子通道、孔蛋白以及水孔蛋白。目前所發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)通道蛋白都是離子通道。與載體蛋白相比，通道蛋白具有3個(gè)顯著的特征：（1）、具有極高的運(yùn)轉(zhuǎn)速率；（2）、離子通道沒有飽和值，即使在很高的離子濃度下它們通過的離子量依然沒最大值；（3）、離子通道并非連續(xù)性開放而是門控的，即通道的開啟或關(guān)閉受膜電位變化、化學(xué)信號(hào)或壓力刺激的調(diào)控；（二）、小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸類型離子或小分子的跨膜運(yùn)輸與諸多生物學(xué)過程密切

3、相關(guān)，如神經(jīng)細(xì)胞的可興奮性傳遞、細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)的攝取、細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞滲透壓的維持以及細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換中ATP的產(chǎn)生等。根據(jù)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)是否需要膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與以及細(xì)胞是否提供能量，跨膜運(yùn)輸分為3中類型：簡單擴(kuò)散、被動(dòng)運(yùn)輸（協(xié)助擴(kuò)散）和主動(dòng)運(yùn)輸。1、簡單擴(kuò)散小分子物質(zhì)以熱自由運(yùn)動(dòng)的方式順著電化學(xué)梯度或濃度梯度直接通過脂雙層進(jìn)出細(xì)胞，不需要細(xì)胞提供能量，也無需膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的協(xié)助，稱為簡單擴(kuò)散。在簡單擴(kuò)散的跨膜運(yùn)動(dòng)中，脂雙層對溶質(zhì)的通透性大小主要取決于對分子大小和分子的極性。2、被動(dòng)運(yùn)輸被動(dòng)運(yùn)輸是指溶質(zhì)順著電化學(xué)梯度或濃度梯度，在膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助下的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式，又叫協(xié)助擴(kuò)散。被動(dòng)運(yùn)輸不需要細(xì)胞提供代謝能量，

4、轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力來自物質(zhì)的電化學(xué)梯度或濃度梯度。借助膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，多種極性小分子和無機(jī)離子，包括水分子、糖、氨基酸、核苷酸以及細(xì)胞代謝物等都可以順著電化學(xué)梯度或濃度梯度完成跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。（1）、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白絕大多數(shù)哺乳動(dòng)物細(xì)胞都是利用血糖作為細(xì)胞的主要能源。所謂血糖就是血液中的糖，絕大多數(shù)情況下都是葡萄糖。（2）、水孔蛋白：水分子的跨膜通道水分子不帶電荷但具有極性，盡管它可以通過簡單擴(kuò)散的方式緩慢通過雙脂層，但對于某些組織來說，水分子就必須借助質(zhì)膜上的大量水孔蛋白以實(shí)現(xiàn)快速跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。此外，有些水孔蛋白還在植物逆境應(yīng)答如抗旱性中起重要作用。3、主動(dòng)運(yùn)輸與被動(dòng)運(yùn)輸不同，主動(dòng)運(yùn)輸是由載體蛋白所介導(dǎo)的物質(zhì)逆著電

5、化學(xué)梯度或濃度梯度進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的方式。主動(dòng)運(yùn)輸普遍存在于動(dòng)、植物細(xì)胞和微生物細(xì)胞。根據(jù)能量來源的不同，可將主動(dòng)運(yùn)輸分為：由ATP直接提供能量、簡介提供能量以及光驅(qū)動(dòng)泵三種基本類型。（1）、ATP驅(qū)動(dòng)泵是ATP酶直接利用水解ATP提供的能量，實(shí)現(xiàn)離子或小分子逆濃度梯度或電化學(xué)梯度的跨膜運(yùn)輸。（2）、協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)各種離子和分子的跨膜運(yùn)動(dòng)。這類轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括兩種基本類型：通向協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和反向協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。（3）、光驅(qū)動(dòng)泵主要發(fā)現(xiàn)于細(xì)菌細(xì)胞，對溶質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸與光能的輸入想偶聯(lián)。二、ATP驅(qū)動(dòng)泵與主動(dòng)運(yùn)輸在3中能量來源形式的主動(dòng)運(yùn)輸中，最常見的是ATP驅(qū)動(dòng)泵。ATP驅(qū)動(dòng)泵可

6、分為4類：P型泵、V型質(zhì)子泵、F型質(zhì)子泵和ABC超家族。前三種轉(zhuǎn)運(yùn)離子，后一種主要轉(zhuǎn)運(yùn)小分子。（一）、P型泵所有P型泵都有2個(gè)獨(dú)立的催化亞基，具有ATP結(jié)合位點(diǎn)；絕大多數(shù)還具有2個(gè)起調(diào)節(jié)作用的小的亞基。1、Na+K+泵（1）、Na+K+泵的結(jié)構(gòu)與運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制（2）、Na+K+泵主要生理功能維持細(xì)胞膜點(diǎn)位維持動(dòng)物細(xì)胞滲透平衡吸收營養(yǎng)2、Ca2+泵及其他P型泵（1）、Ca2+泵的結(jié)構(gòu)與功能（2）、P型H+ 泵（二）、V型質(zhì)子泵和F型質(zhì)子泵V型質(zhì)子泵廣泛存在于動(dòng)物細(xì)胞的胞內(nèi)體膜、溶酶體膜，破骨細(xì)胞核某些腎小管細(xì)胞的質(zhì)膜，以及植物、酵母及其它真菌細(xì)胞的液泡膜上。（三）、ABC超家族（1）、ABC運(yùn)轉(zhuǎn)蛋白的

7、結(jié)構(gòu)與工作模式ABC超家族也是一類ATP驅(qū)動(dòng)泵，又叫ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。（2）、ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與疾病真長生理?xiàng)l件下，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是細(xì)菌質(zhì)膜上糖、氨基酸、磷脂和肽的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，是哺乳類細(xì)胞質(zhì)膜上磷脂、親脂性藥物、膽固醇和其他小分子的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。三、胞吞作用與胞吐作用真核細(xì)胞通過胞吞作用和胞吐作用完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，如蛋白質(zhì)、多核苷酸、多糖等。又稱膜泡運(yùn)輸。（一）、胞吞作用的類型根據(jù)胞吞泡形成的分子機(jī)制不同和胞吞泡大小的差異，胞吞作用可分為兩種類型：吞噬作用和胞飲作用。（1）、吞噬作用吞噬作用是一種特殊的胞吞作用。通過吞噬作用形成的胞吞叫做吞噬體。對于原生生物，細(xì)胞通過吞噬作用將胞外的營養(yǎng)物攝取到吞噬體，最后在溶酶體中消化講解稱小分子物質(zhì)供細(xì)胞利用。（2）、胞飲作用與吞噬作用不同的是，胞飲作用幾乎發(fā)生于所有類型的真核細(xì)胞中。胞飲作用可以分為網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用、胞膜窯依賴的胞吞作用、大型胞飲作用以及非網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用。、網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用、其他類型的胞飲作用（二）、胞飲作用與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（1）、胞吞作用對信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的下調(diào)（2）、胞吞作用對信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的激活（三）、胞吐作用胞吐作用與胞