《細(xì)胞生物》課件第4章細(xì)胞膜與物質(zhì)的穿膜運輸2

1、物質(zhì)的跨膜運輸細(xì)胞生物學(xué)教研室李想真核細(xì)胞內(nèi)的運輸過程細(xì)胞膜是物質(zhì)交換的直接參加者,它有選擇地允許或阻止一些物質(zhì)通過細(xì)胞膜的性能稱為膜的通透性(permeability) 第一節(jié)小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運人工脂雙層用于研究細(xì)胞膜對小分子的通透性分子量小 擴散速率快脂溶性大不同分子通過脂雙層擴散速率取決于：分子大小和脂溶性人工脂雙層膜對于帶電的分子是高度不通透的一、簡單擴散（simple difussion）小分子物質(zhì)順濃度梯度進(jìn)行的跨膜運輸過程。特點：不需要膜蛋白的協(xié)助不需要細(xì)胞提供能量被動擴散（passive difussion）方向取決于細(xì)胞膜兩側(cè)濃度差異高濃度低濃度對象：不帶電荷的小分子物質(zhì)O

2、2, CO2, 乙醇，固醇類激素， 尿素等膜運輸?shù)鞍捉閷?dǎo)的跨膜運輸種類載體蛋白（carrier protein）構(gòu)像改變通道蛋白（channel protein）通道打開或關(guān)閉被動運輸（passive transport）：不消耗能量，物質(zhì)順濃度或電化學(xué)梯度的轉(zhuǎn)運過程。主動運輸（active transport）:利用代謝產(chǎn)生的能量驅(qū)動物質(zhì)逆濃度梯度轉(zhuǎn)運的過程。通道蛋白被動運輸載體蛋白被動運輸 或 主動運輸二、易化擴散（facilitated diffusion）易化擴散：在載體蛋白介導(dǎo)下，不消耗能量，物質(zhì)順濃度或電化學(xué)梯度的轉(zhuǎn)運過程。過程： 結(jié)合構(gòu)象變化易位釋放復(fù)原葡萄糖載體蛋白( GLUT

3、)家族存在于紅細(xì)胞膜上，負(fù)責(zé)葡萄糖順濃度梯度運輸入細(xì)胞的過程。12次跨膜糖蛋白GLUT通過構(gòu)象改變轉(zhuǎn)運葡萄糖可被細(xì)胞松弛素B 競爭抑制GLUTs分布在不同組織細(xì)胞膜上GLUT1遍在分布于多數(shù)細(xì)胞GLUT2肝細(xì)胞和胰島細(xì)胞GLUT3腦內(nèi)神經(jīng)元GLUT4肌細(xì)胞和脂肪細(xì)胞三、主動運輸主動運輸active transport概念： 由特異性載體蛋白介導(dǎo)的，物質(zhì)逆濃度梯度或電化學(xué)梯度，由濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運的方式，此過程消耗能量。主動運輸能量來源：由ATP水解直接供能由離子濃度驅(qū)動由光吸收供能ATP直接供能ATP驅(qū)動泵ATP間接供能協(xié)同運輸主動運輸分類：P-型離子泵V-型質(zhì)子泵F-型質(zhì)

4、子泵ABC轉(zhuǎn)運體共運輸對向運輸Na+-K+ 泵結(jié)構(gòu)組成：亞基 ：120KD 具有ATP酶活性 結(jié)合 Na+，K+ 亞基 ：50KD 輔助作用Na+-K+泵的直接效能：泵出3個Na+，泵入2個K+，使胞外高鈉，胞內(nèi)高鉀，形成胞內(nèi)負(fù)電，胞外正電。Na+-K+泵的間接效能：產(chǎn)生和維持膜電位方面其重要的作用控制細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的濃度，改變滲透壓使細(xì)胞膨脹或皺縮，在維持滲透壓平衡和保持細(xì)胞容積恒定方面起重要的作用保證一些物質(zhì)的主動運輸，如氨基酸、葡萄糖的入胞作用Na+-K+泵的特異性抑制劑烏本苷毒毛旋花苷洋地黃毒苷烏本苷來自動植物體內(nèi)，可特異地結(jié)合Na+-K+泵的胞外區(qū)，抑制Na+的釋放和K+的結(jié)合Ca2+泵

5、Ca2+ 是重要的細(xì)胞信號分子，在胞質(zhì)中含量極低，少量的離子內(nèi)流即可引起細(xì)胞收縮、細(xì)胞分泌等生理活動的改變。機制：通過兩種構(gòu)象改變，結(jié)合與釋放鈣離子 V-型質(zhì)子泵：存在于真核細(xì)胞膜性酸性區(qū)室，將H+從細(xì)胞質(zhì)泵入酸性區(qū)室中，具有維持胞質(zhì)中性環(huán)境等作用F-型質(zhì)子泵：H+ 順濃度轉(zhuǎn)運與ATP合成偶聯(lián)ABC-轉(zhuǎn)運體：存在于肝，小腸和腎細(xì)胞膜上，轉(zhuǎn)運毒素，藥物和代謝物，具有自我保護(hù)功能； 腫瘤耐藥機制研究: MDR離子濃度驅(qū)動的主動轉(zhuǎn)運協(xié)同運輸（coupled transport) 借助Na+-K+泵在細(xì)胞膜兩側(cè)制造的Na+的電化學(xué)差異，順梯度釋放Na+入胞的同時，將糖和氨基酸等有機小分子物質(zhì)一同帶入細(xì)

6、胞的過程。 順梯度運輸提供能量-Na+ H+ 分類共運輸（symport）對向運輸（antiport）symportNa+驅(qū)動的葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運Na+-H+交換載體使細(xì)胞內(nèi)的PH升高參與細(xì)胞增殖Na+驅(qū)動的對向運輸Na+順濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞H+逆濃度梯度泵出細(xì)胞四、通道蛋白介導(dǎo)的跨膜運輸通道蛋白介導(dǎo)運輸?shù)奶攸c：具有高度選擇性，主要為一些離子，Na+、K+、Ca2+、Cl-，又稱為“離子通道”。通過的離子必須大小、帶點狀況合適，通道蛋白是通過貫穿膜層的充水孔道來完成運輸?shù)?非常迅速。通道并非持續(xù)開放，是有“閘門”的，實際上是通道蛋白構(gòu)象變化形成的不同形式。全部是被動運輸，不需能量。機制： 在膜上特異

7、性刺激控制下，閘門短暫地開放，隨即關(guān)閉。 特異性刺激包括：跨膜電位變化、機械刺激、信號分子作用（細(xì)胞外：神經(jīng)遞質(zhì)；細(xì)胞內(nèi)：離子，核苷酸、GTP結(jié)合蛋白）水通道結(jié)構(gòu)組成：水孔蛋白AQPAQP1、2、4、5、6和AQP0選擇性水通道AQP3、7、9、10水-甘油通道四聚體，每個亞基含6個穿膜的螺旋結(jié)構(gòu)，形成四個只允許水分子通過的孔道水通道持續(xù)開放，水分子從低滲透壓向高滲透壓一側(cè)移動Peter Agre 在存在和缺少水通道的細(xì)胞上的試驗。水通道對于細(xì)胞吸水是必須的。 Structure of AQP1 monomers and their tetrameric assembly in membran

8、es. Verkman A S J Cell Sci 2005;118:3225-32322005 by The Company of Biologists Ltd第二節(jié) 大分子和顆粒物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運囊泡轉(zhuǎn)運（vesicular transport）大分子和顆粒物質(zhì)并不穿過細(xì)胞膜，而是通過一系列膜囊泡形成和融合來完成轉(zhuǎn)運過程，稱膜泡轉(zhuǎn)運。 胞吞（endocytosis）和胞吐（exocytosis）細(xì)胞攝入大分子或顆粒物質(zhì)的過程稱為胞吞；細(xì)胞排出大分子或顆粒物質(zhì)的過程稱為胞吐。胞吐和胞吞特點：攝入或排出的大分子物質(zhì)，局限在囊泡中，不與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)其它大分子或細(xì)胞器直接接觸、混合，囊泡只與特定的膜融合

9、；消耗能量，屬于主動運輸。胞吞分類吞噬（phagocytosis）-固態(tài)物胞飲（pinocytosis）-液態(tài)物受體介導(dǎo)的內(nèi)吞(Receptor mediated endocytosis, RME) 吞噬過程吞飲過程受體介導(dǎo)的內(nèi)吞特點：所攝入的大分子在質(zhì)膜上有特異受體內(nèi)吞由配體與其受體的識別、結(jié)合而激發(fā)受體配體復(fù)合物聚集于質(zhì)膜的有被小凹內(nèi)，由有被小泡送至內(nèi)體。 網(wǎng)格蛋白clathrin發(fā)動蛋白dynamin銜接蛋白adaptin參與有被小泡形成的蛋白質(zhì)：捕獲膜上受體，牽拉質(zhì)膜向內(nèi)凹陷結(jié)合不同類型的受體，決定內(nèi)吞物質(zhì)的特異性通過水解GTP,將有被小泡與質(zhì)膜分離Structure of a clathrin coated vesicle三腿蛋白結(jié)構(gòu)例子：受體介導(dǎo)的LDL入胞作用血漿脂蛋白的一種,是血液中膽固醇的主要載體。其核心約由1500個膽固醇酯分子組成。膽固醇之中最常見的酯?；莵営退帷Ｊ杷诵耐饷姘鼑姿嶂臀歹セ哪懝檀?xì)?，殼層中也含apo B-100，它被靶細(xì)胞所識別。 細(xì)胞胞吐作用的途徑結(jié)構(gòu)性途徑（constitutive pathway of secretion）：分泌蛋白合成后立即包裝入高爾基復(fù)合體的分泌囊泡中，然后被迅速帶到細(xì)胞膜處排出，這一分泌過程稱結(jié)構(gòu)性途徑。調(diào)節(jié)性途徑（regulated pathway of secret