第五章物質(zhì)的跨膜運輸

1、第五章第五章 跨膜運輸跨膜運輸內(nèi)容提要脂雙層不透性與膜轉(zhuǎn)運蛋白被動運輸和主動運輸膜泡運輸?shù)谝还?jié) ：脂雙層不透性與膜轉(zhuǎn)運蛋白一、脂雙層不透性一、脂雙層不透性透過性屏障透過性屏障:脂溶性、不帶電分子可通過；有機分子、帶電荷離子需轉(zhuǎn)運蛋白。二、跨膜蛋白二、跨膜蛋白載體蛋白（通透酶）、功能載體蛋白（通透酶）、功能通道蛋白及功能通道蛋白及功能 離子選擇性配體門通道配體門通道電位門通道電位門通道應(yīng)力激活通道應(yīng)力激活通道一、簡單擴散一、簡單擴散n也叫自由擴散（free diffusion）：n沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度）擴散；n不需要提供能量；n沒有膜蛋白協(xié)助。n通透性P=KD/t ， K為水和油中的分配系數(shù)

2、， D為擴散系數(shù)，t為膜的厚度。簡單擴散的限制因素簡單擴散的限制因素二、協(xié)助擴散二、協(xié)助擴散n也稱促進擴散（facilitated diffusion）。n特點： 轉(zhuǎn)運速率高； 運輸速率同物質(zhì)濃度成非線性關(guān)系； 特異性；飽和性。 n載體：離子載體、通道蛋白。 （一）離子載體（一）離子載體（ionophore） 疏水性小分子，可溶于雙脂層。分為：可動離子載體可動離子載體和通道離子載通道離子載體體。 作用：極大提高膜對某些離子通極大提高膜對某些離子通透性的載體分子。透性的載體分子。纈氨霉素纈氨霉素纈氨霉素纈氨霉素能轉(zhuǎn)運K+； DNP和FCCP可轉(zhuǎn)運H+；離子霉素、A23187可轉(zhuǎn)運鈣離子。Gram

3、icidin Aan antibiotic that acts as an ion pore.（二）通道蛋白（二）通道蛋白（channel protein）n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。n有些通道長期開放，如鉀泄漏通道；n有些通道平時處于關(guān)閉狀態(tài)，僅在特定刺激下才打開，稱為門通道（電位門通道、配體門通道、環(huán)核苷酸門通道、機械門通道）。1、配體門通道、配體門通道(ligand gated channel) n特點：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。n分為陽離子通道，如乙酰膽堿受體；和陰離子通道，如氨基丁酸受體。nAch受體由

4、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(voltage gated channel)n特點：膜電位變化可引起構(gòu)象變化，“門”打開。n結(jié)構(gòu)：四聚體，每個單體跨膜6次。 nNa+、K+、Ca2+電壓門通道結(jié)構(gòu)相似，由同一個遠(yuǎn)祖基因演化而來。4th subunit not shown3、環(huán)核苷酸門通道、環(huán)核苷酸門通道-一價和一價和2價陽離子通過價陽離子通過圖 動物(A)和植物(B)環(huán)核苷酸門控離子通道(CNGC)的膜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖(

5、Hua et al., 2003)4、機械門通道、機械門通道n感受摩擦力、壓力、牽拉力、重力、剪切力等。n目前比較明確的有兩類機械門通道，一類對牽拉敏感，為2價或1價的陽離子通道，有Na+、K+、Ca2+，以Ca2+為主，幾乎存在于所有的細(xì)胞膜。另一類對剪切力敏感 ，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n1991年Agre發(fā)現(xiàn)第一個水通道蛋白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)象會被Hg2+抑制。n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）。20主動運輸輸輸n特點：n逆

6、濃度梯度（逆化學(xué)梯度）運輸；n需要能量；n都有載體蛋白。n能量來源：n協(xié)同運輸中的離子梯度動力；n ATP驅(qū)動的泵通過水解ATP獲得能量；n光驅(qū)動的泵利用光能運輸物質(zhì)，見于細(xì)菌。一、鈉鉀泵一、鈉鉀泵n構(gòu)成：由2個大亞基、2個小亞基組成的4聚體，也叫Na+-K+ATP酶，分布于動物細(xì)胞的質(zhì)膜。n工作原理：n對離子的轉(zhuǎn)運循環(huán)依賴自磷酸化過程，所以叫做P-type離子泵。每個周期轉(zhuǎn)出個鈉離子，個鉀離子。Na+-K+ATP PUMP二、鈣離子泵二、鈣離子泵n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）。n位置：質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。n類型：nP型離子泵，每分解一個ATP分子，泵出

7、2個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%。n鈉鈣交換器（Na+-Ca2+ exchanger），屬于反向協(xié)同運輸體系，通過鈉鈣交換來轉(zhuǎn)運鈣離子。Maintains low cytosolic 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)子泵質(zhì)子泵指能逆濃度梯度轉(zhuǎn)運氫離子通過膜的膜整合糖蛋白。質(zhì)子泵的驅(qū)動依賴于ATP水解釋放的能量，質(zhì)子泵在泵出氫離子時造成膜兩側(cè)的pH梯度和電位梯度。n1、P-type：如植物細(xì)胞

8、膜上的H+泵、動物胃表皮細(xì)胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。 n2、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、內(nèi)體、植物液泡膜上。n3、F-type：利用質(zhì)子動力勢合成ATP，即ATP合酶，位于細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜、類囊體膜上。四、四、ABC 轉(zhuǎn)運器（轉(zhuǎn)運器（ABC transporter）n最早發(fā)現(xiàn)于細(xì)菌，是一龐大的蛋白家族，都有兩個高度保守的ATP結(jié)合區(qū)（ATP binding cassette），故名。n一種ABC轉(zhuǎn)運器只轉(zhuǎn)運一種或一類底物，不同成員可轉(zhuǎn)運離子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、蛋白質(zhì)；可催化脂雙層的脂類在兩層之間翻轉(zhuǎn)。A B C 轉(zhuǎn) 運

9、 器 與 病 原 體 對 藥 物 的 抗 性 有 關(guān) 。 M D R （multidrug resistance protein ）是第一個被發(fā)現(xiàn)的真核細(xì)胞ABC轉(zhuǎn)運器，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。五、協(xié)同運輸五、協(xié)同運輸cotransportn靠間接提供能量完成主動運輸。所需能量來自膜兩側(cè)離子的濃度梯度。n動物細(xì)胞中常常利用膜兩側(cè)Na+濃度梯度來驅(qū)動。n植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H+濃度梯度來驅(qū)動。n分為：同向協(xié)同（symport）和反向協(xié)同（antiport）。Glucose is absorbed bysymport第三節(jié)第三節(jié) 膜泡運輸?shù)幕靖拍钅づ葸\輸?shù)幕靖拍頽真核細(xì)胞通過內(nèi)吞作用（endocytosis）和外排作用（exocytosis）完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運輸。n因貨物包被在囊泡中，又稱膜泡運輸。 一、吞噬作用一、吞噬作用吞噬作用二、胞飲作用二、胞飲作用胞飲作用胞吞作用胞吞作用 胞飲作用（pinocytosis）與吞噬作用（phagocytosis）。胞飲作用與吞噬作