河南師范大學(xué) 細(xì)胞生物學(xué) 第五章2課件

1、第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)一、ATP驅(qū)動(dòng)泵（ATPdriven pump）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者電化學(xué)梯度的跨膜運(yùn)動(dòng)。該過程直接利用了水解ATP提供能量，也叫做初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸（primary active transport）。通常稱為ATP酶，但是只在轉(zhuǎn)運(yùn)離子或分子的同時(shí)水解ATP。ATP驅(qū)動(dòng)泵的類型P型離子泵V型離子泵 轉(zhuǎn)運(yùn)離子F型質(zhì)子泵ABC超家族 轉(zhuǎn)運(yùn)小分子一、P型離子泵（Pclass ion pump）結(jié)構(gòu)： 2個(gè)催化亞基，具有ATP結(jié)合位點(diǎn) 2 個(gè)調(diào)節(jié)亞基作用機(jī)制： 至少一個(gè)亞基發(fā)生磷酸化和去磷酸化，從而改變泵蛋白的構(gòu)象，實(shí)現(xiàn)離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。 細(xì)胞內(nèi)

2、側(cè)：亞基和Na結(jié)合 ATP水解 亞基上的 Asp殘基磷酸化 亞基構(gòu)象發(fā)生變化 Na 泵出細(xì)胞 鈉鉀泵的工作原理細(xì)胞外側(cè)： 亞基和K結(jié)合 亞基去磷 酸化 亞基構(gòu)象再度變化 K 泵入細(xì)胞鈉鉀泵的本質(zhì)： Na 依賴的磷酸化和K 依賴的去磷酸化引起亞基構(gòu)象交替變化，完成循環(huán)。 每個(gè)循環(huán)消耗1個(gè)ATP分子，泵出3個(gè)Na ，泵進(jìn)2個(gè)K 。影響鈉鉀泵的因素： 烏本苷（ouabain)： 抑制 Mg2和膜脂：促進(jìn) 氰化物：（中斷ATP供應(yīng)）停止2 鈣泵（ Ca2+ pump ）分布：真核細(xì)胞的細(xì)胞膜和一些細(xì)胞器膜上，典型的是肌質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣泵。組成：跨膜蛋白，和鈉鉀泵的a亞基同源。 每一個(gè)泵單位含有10個(gè)跨膜的

3、螺旋，其 中三個(gè)和中央通道相連。（圖510）特點(diǎn)：和ATP水解相偶聯(lián)，每消耗1個(gè)ATP，轉(zhuǎn)運(yùn)2個(gè)Ca2+ 。鈣泵又叫Ca2+ -ATP酶 工作原理： 1 非磷酸化狀態(tài)：在胞質(zhì)側(cè)由2個(gè)通道螺旋形成結(jié)合2個(gè)Ca2+的空穴。 2 磷酸化狀態(tài)：當(dāng)ATP在胞質(zhì)側(cè)結(jié)合相應(yīng)的位點(diǎn)，伴隨ATP水解，相鄰結(jié)構(gòu)域的Asp殘基磷酸化，導(dǎo)致跨膜螺旋重排， Ca2+ 被釋放到膜的另一側(cè)?；钚缘恼{(diào)節(jié)： 1 質(zhì)膜上的鈣泵其C端是 鈣調(diào)蛋白（CaM）的結(jié)合位點(diǎn)，當(dāng)胞內(nèi)的Ca2+濃度升高時(shí)，結(jié)合成Ca2+ CaM復(fù)合物，通過與鈣泵結(jié)合，調(diào)節(jié)鈣泵的活性。 2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)型的鈣泵沒有CaM的結(jié)合域。3 其他P型離子泵分布：植物細(xì)胞、真

4、菌和細(xì)菌細(xì)胞的質(zhì)膜上作用：將H 泵出細(xì)胞，建立跨膜的H 電化學(xué) 梯度，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞；也可以產(chǎn)生細(xì)胞周圍基質(zhì)中酸性的pH。二、V型質(zhì)子泵和F型質(zhì)子泵都含有幾種不同的跨膜和胞質(zhì)側(cè)亞基。只轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子，并且在轉(zhuǎn)運(yùn)過程中泵蛋白不形成磷酸化的中間體。三、ABC超家族（ABC superfamily or ATP binding cassette）屬于ATP 驅(qū)動(dòng)泵，具有相同的結(jié)構(gòu)模式：2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域（T），2個(gè)胞質(zhì)側(cè)ATP結(jié)構(gòu)域（A）成員眾多，分布廣泛，每個(gè)成員對(duì)單一或者相關(guān)底物的基團(tuán)有特異性，底物種類繁多。哺乳類鑒定出50多種的ABC蛋白，多存在參與藥物代謝、物質(zhì)吸收和廢物排泄的肝臟、小腸和腎臟等

5、組織器官。四、協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)（cotransport）定義：是一類由鈉鉀泵（或質(zhì)子泵）與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式。動(dòng)力來源：膜兩側(cè)的離子電化學(xué)梯度（由鈉鉀泵或質(zhì)子泵消耗ATP維持） 動(dòng)物細(xì)胞利用的是Na+的電化學(xué)梯度 植物細(xì)胞和細(xì)菌利用的是H電化學(xué)梯度(1)同向轉(zhuǎn)運(yùn)（symport)：物質(zhì)運(yùn)輸?shù)姆较蚝碗x子轉(zhuǎn)運(yùn)方向相同。 如：小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖是伴隨著Na從細(xì)胞外流入細(xì)胞內(nèi)完成的。一些細(xì)菌中，乳糖的吸收和H 相伴。完成共運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白有2個(gè)結(jié)合位點(diǎn)： Na 結(jié)合位點(diǎn) 特異的葡萄糖氨基酸分子結(jié)合位點(diǎn)協(xié)同運(yùn)輸?shù)姆诸?2) 對(duì)向運(yùn)輸（antiport)：物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的方向和

6、離子轉(zhuǎn)運(yùn)的方向相反。 如：動(dòng)物細(xì)胞通過Na驅(qū)動(dòng)的 NaH 對(duì)向運(yùn)輸?shù)姆绞絹磙D(zhuǎn)運(yùn)H 以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的pH值(細(xì)胞內(nèi)特定的pH是細(xì)胞正常代謝所需的) ；在線粒體中， NaH 對(duì)向運(yùn)輸是由H 電化學(xué)梯度驅(qū)使的，將Na從內(nèi)膜的基質(zhì)一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)出來。第三節(jié)胞吞作用和胞吐作用在真核細(xì)胞內(nèi)存在各種膜性囊泡，形成了細(xì)胞與環(huán)境、細(xì)胞器之間的物質(zhì)和信號(hào)交流的網(wǎng)絡(luò)。膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)有兩種途經(jīng)： 胞吞途經(jīng)（endocytic pathway） 胞吐途經(jīng)（exocytic pathway）膜泡運(yùn)輸?shù)墓δ埽?大分子和顆粒性物質(zhì)（蛋白質(zhì)、多核苷酸、多糖等）的跨膜運(yùn)輸方式運(yùn)輸方式： 物質(zhì)包裹在脂雙層膜圍繞的囊泡中。特點(diǎn)： (1) 消耗能量

7、（屬于主動(dòng)運(yùn)輸） (2) 可以同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)1種的大分子和顆粒物質(zhì)，也有稱之為批量運(yùn)輸（bulk transport)一、胞飲作用和吞噬作用 胞吞作用：通過細(xì)胞膜內(nèi)陷形成囊泡（胞吞泡，endocytic vesicle)，將外界物質(zhì)裹進(jìn)并輸入細(xì)胞的過程。分類： （1）胞飲作用（pinocytosis) ：胞吞物為溶液，形成的囊泡較小。 （2）吞噬作用（phagocytosis):胞吞物為顆粒性物質(zhì)（微生物或細(xì)胞碎片），形成的囊泡較大。Pseudopod 偽足胞飲作用和吞噬作用的區(qū)別1 胞吞泡的大小不同，胞飲泡直徑150nm 吞噬泡直徑250nm2 胞飲作用可以連續(xù)攝入溶液和分子，是組成型過程；吞噬作

8、用有被吞噬物和細(xì)胞表面受體的結(jié)合和激活過程，是一個(gè)信號(hào)觸發(fā)過程。3 胞吞泡的形成機(jī)制不同，胞飲泡的形成需要網(wǎng)格蛋白(clathrin)、接合素蛋白（adaptin)等幫助，吞噬泡的形成需要微絲及其結(jié)合蛋白的幫助。二、受體介導(dǎo)的胞吞作用（receptor mediated endocytosis)根據(jù)胞吞的物質(zhì)是否有專一性 非特異性的胞吞作用： 受體介導(dǎo)的胞吞作用：是大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞通 過網(wǎng)格蛋白有被小泡，從胞外攝取特定大分子的有效途徑。過程： 被轉(zhuǎn)運(yùn)的大分子物質(zhì)（配體）結(jié)合與細(xì)胞表面互補(bǔ)性受體 受體/大分子復(fù)合物 內(nèi)化作用（internalization) 形成有被小窩（coated pits)

9、 形成有被小泡（coated vesicles)。 特點(diǎn)：選擇濃縮機(jī)制 保證細(xì)胞大量地?cái)z入特定的大分子（特異大分子的內(nèi)化效率增加1000多倍），同時(shí)避免吸入細(xì)胞外大量的液體。 （圖515）接合素蛋白在網(wǎng)格蛋白有被小泡形成中的作用 圖5-14胞內(nèi)體（endosome）胞內(nèi)體是動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)由膜包圍的細(xì)胞器，作用是傳輸由胞吞作用新攝入的物質(zhì)到溶酶體被降解。是胞吞過程中膜泡運(yùn)輸?shù)闹饕诌x站。特點(diǎn)： （1）胞內(nèi)體膜上有質(zhì)子泵，內(nèi)部呈酸性，在膜泡的分選中起關(guān)鍵作用。 （2）以出芽的方式形成運(yùn)載受體的小囊泡。受體介導(dǎo)的胞吞過程中，不同受體的具有不同的胞內(nèi)體分選途徑：（1）循環(huán)到質(zhì)膜再利用，如LDL受體（2）進(jìn)

10、入溶酶體被消化，如EGF受體（3）運(yùn)輸?shù)?質(zhì)膜不同的結(jié)構(gòu)域，也叫做跨細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)（transcytosis），是在有極性的細(xì)胞中，將胞吞和胞吐結(jié)合的物質(zhì)跨膜運(yùn)輸。如母鼠的抗體經(jīng)乳汁被乳鼠攝取胞吞作用是真核細(xì)胞用以調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物的內(nèi)化、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和質(zhì)膜更新的重要方式。三 、胞吐作用定義：將細(xì)胞內(nèi)的分泌泡或其他某些膜泡中的物質(zhì)通過細(xì)胞質(zhì)膜運(yùn)出細(xì)胞的過程。分類：（1）組成型胞吐途徑 (constitutive exocytosis pathway)（2）調(diào)節(jié)型胞吐途徑 (regulated exocytosis pathway)組成型胞吐途徑（）是連續(xù)的過程，確保細(xì)胞分裂前質(zhì)膜的生長(zhǎng)。（）通過default pathway方式完成