細(xì)胞生物學(xué)第五章

細(xì)胞生物學(xué)第五章第一頁，共三十二頁，2022年，8月28日

第一節(jié)物質(zhì)的跨膜運輸

相關(guān)知識：脂雙層的不透性和膜轉(zhuǎn)運蛋白

物質(zhì)的跨膜運輸是細(xì)胞維持正常生命活動的基礎(chǔ)之一

1、脂雙層的不透性維持細(xì)胞內(nèi)外的離子差異。

2、膜轉(zhuǎn)運蛋白：載體蛋白（carrierproteins）——通透酶（permease）性質(zhì)；介導(dǎo)被動運輸與主動運輸。通道蛋白（channelproteins）——具有離子選擇性，轉(zhuǎn)運速率高；離子通道是門控的；只介導(dǎo)被動運輸

類型：電壓門通道 配體門通道

壓力激活通道

第二頁，共三十二頁，2022年，8月28日第一節(jié)物質(zhì)的跨膜運輸跨膜運輸?shù)念愋停?/p>

一、被動運輸（passivetransport）二、主動運輸（activetransport）三、胞吞作用（endocytosis）與胞吐作用（exocytosis）第三頁，共三十二頁，2022年，8月28日（一）簡單擴(kuò)散轉(zhuǎn)運分子：疏水的小分子或小的不帶電荷的極性分子。特點：不需能量，不需膜蛋白的協(xié)助過程：跨膜物質(zhì)溶解在膜脂中，再從膜脂一側(cè)擴(kuò)散到另一側(cè)，最后進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)水相中。轉(zhuǎn)運速度：決定于分子的大小和分子的極性第四頁，共三十二頁，2022年，8月28日（二）協(xié)助擴(kuò)散

特點：1.轉(zhuǎn)運速率高

2.存在最大轉(zhuǎn)運速率

3.轉(zhuǎn)運具有特異性

4.需有膜轉(zhuǎn)運蛋白的參與

轉(zhuǎn)運分子：極性分子和無機(jī)離子動力：物質(zhì)跨膜梯度，需轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助第五頁，共三十二頁，2022年，8月28日一、被動運輸（passivetransport）

（三）水孔蛋白：水分子的跨膜通道

第六頁，共三十二頁，2022年，8月28日二、主動運輸（activetransport）●特點：運輸方向、能量消耗、膜轉(zhuǎn)運蛋白●類型：三種基本類型（ATP、協(xié)同、光動力） （一）由ATP直接提供能量的主動運輸：鈉鉀泵

（結(jié)構(gòu)與機(jī)制） （二）由ATP直接提供能量的其他主動運輸：鈣泵

質(zhì)子泵：V-型質(zhì)子泵、H+-ATP酶（F-型質(zhì)子泵）（三）協(xié)同運輸（cotransport） 由Na+-K+泵（或H+-泵）與載體蛋白協(xié)同作用， 靠間接消耗ATP所完成的主動運輸方式

（四）物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運與膜電位

第七頁，共三十二頁，2022年，8月28日1、Na+-K+泵（Na+泵或Na+-K+-ATPase）目前各方面工資料證明Na+-K+泵，實質(zhì)上就是Na+-K+-ATPase，它是膜中的內(nèi)在蛋白，作用是將細(xì)胞內(nèi)的Na+泵出胞外，同時將胞外的K+泵入胞內(nèi)。Na+-K+泵由α和β大小二個亞基構(gòu)成，α為大亞基，分子量約為120KDa，為催化部分，具有ATP酶活性；β為小亞基，分子量為50KDa。在細(xì)胞內(nèi)側(cè)α亞基與Na+結(jié)合，激活了ATP酶的活性使ATP分解，高能磷酸根與酶結(jié)合，發(fā)生磷酸化作用，引起α亞基構(gòu)象變化。于是與Na+結(jié)合的部位轉(zhuǎn)向膜外側(cè)，在膜外側(cè)α亞基對Na+的親和力低，對K+的親合力高，因而釋放Na+，結(jié)合K+。K+在胞外與α亞基的另一位點結(jié)合，促使酶發(fā)生去磷酸化作用，使磷酸根很快解離，結(jié)果α基構(gòu)象又恢復(fù)原狀，于是與K+結(jié)合的部位轉(zhuǎn)向膜內(nèi)側(cè)。在膜內(nèi)側(cè)，酶與K+親合力低，與Na+親合力高，K+在膜內(nèi)被釋放，而又與Na+結(jié)合，由此完成一個循環(huán)。這種磷酸化和去磷酸化引起的構(gòu)象變化交替出現(xiàn)，每循環(huán)一次，消耗1分子ATP，同時從胞內(nèi)泵出3個Na+，從胞外泵近2個K+。第八頁，共三十二頁，2022年，8月28日2、Ca2+泵（Ca2+-ATPase）Ca2+泵對機(jī)體的重要性不亞于Na+K+泵，Ca2+泵是由多肽構(gòu)成的跨膜蛋白，分子量100KDa。它的運輸機(jī)制類似于Na+K+-泵，Ca+泵的工作與ATP水解相偶聯(lián)，每消耗1分子ATP，可從胞內(nèi)轉(zhuǎn)出2個Ca2+，并逆向運輸1個Mg2+。Ca2+泵主要存在于細(xì)胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，可將Ca2+泵出細(xì)胞質(zhì)，使Ca2+濃度在胞質(zhì)中維持低水平。一般細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度約為10-7mol/L,細(xì)胞外為10-3mol/L，因此，該過程也是逆濃度梯度運輸。第九頁，共三十二頁，2022年，8月28日三、胞吞作用與胞吐作用（endocytosis

andexocytosis）

胞吞作用與胞吐作用：完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜 運輸，又稱膜泡運輸或批量運輸（bulktransport）。一般可以歸屬于主動運輸。一、胞吞作用與吞噬作用二、胞吐作用第十頁，共三十二頁，2022年，8月28日一、胞吞作用胞吞作用中，根據(jù)吞入囊泡的大小及胞吞物性質(zhì)，可將胞吞作用分為兩種類型。如果胞吞物為固體，形成的囊泡較大，為吞噬作用；若胞吞物為液體或溶質(zhì)，形成的囊泡較小，則為胞飲作用。（一）、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（二）、受體介導(dǎo)的胞吞作用及包被的組裝第十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日二、

胞吐作用

（一）、

組成型的外排途徑（constitutiveexocytosispathway） 所有真核細(xì)胞、連續(xù)分泌過程用于質(zhì)膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基質(zhì)組分、營養(yǎng)或信號分子）、除某些有特殊標(biāo)志的駐留蛋白和調(diào)節(jié)型分泌泡外，其余蛋白的轉(zhuǎn)運途徑：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→分泌泡→細(xì)胞表面。（二）、調(diào)節(jié)型外排途徑（regulatedexocytosispathway）特化的分泌細(xì)胞、分泌過程：儲存——刺激——釋放。產(chǎn)生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分選機(jī)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

（三）、膜流：動態(tài)過程對質(zhì)膜更新和維持細(xì)胞的生存與生長是必要的 補充：囊泡與靶膜的識別與融合

第十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日第十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日疏水分子小的不帶電荷的極性分子大的不帶電荷的極性分子離子第十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日簡單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的比較

第十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日第十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日第十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日第十八頁，共三十二頁，2022年，8月28日第十九頁，共三十二頁，2022年，8月28日第二十頁，共三十二頁，2022年，8月28日第二十一頁，共三十二頁，2022年，8月28日第二十二頁，共三十二頁，2022年，8月28日在動物、植物細(xì)胞由載體蛋白介導(dǎo)的協(xié)同運輸異同點的比較第二十三頁，共三十二頁，2022年，8月28日一般認(rèn)為，動物細(xì)胞對葡萄糖和氨基酸主動運輸，不直接需要ATP水解的能量，是由Na+泵排出的Na+所產(chǎn)生的電位梯度的作用，使物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞。這種運輸過程，是由膜上Na+泵和載體共同協(xié)作完成的。協(xié)同運輸中由Na+和運輸物共同向一個方向運輸?shù)姆绞剑Q為共運輸；如果被運輸物質(zhì)的方向與離子轉(zhuǎn)運的方向相反，稱為對向運輸。第二十四頁，共三十二頁，2022年，8月28日第二十五頁，共三十二頁，2022年，8月28日當(dāng)細(xì)胞攝入大分子或顆粒時，首先被攝入物質(zhì)先附著于細(xì)胞表面，被一小部分質(zhì)膜逐漸包圍，然后質(zhì)膜凹陷，分離下來，形成胞內(nèi)的小囊泡（胞吞泡），囊中含有被攝入的物質(zhì)，這個過程稱為胞吞作用。第二十六頁，共三十二頁，2022年，8月28日第二十七頁，共三十二頁，2022年，8月28日在受體介導(dǎo)的胞吞作用中，特定的大分子首先被細(xì)胞表面受體識別并結(jié)合，然后，所在位置的質(zhì)膜開始凹陷，形成有被小窩，再分離下來形成有被小泡或有被小囊。該過程可迅速專一地使細(xì)胞大量攝入消化特定的大分子，是一種選擇性的濃縮機(jī)制。有被小窩或有被小泡的包被是由蛋白質(zhì)構(gòu)成的，其中最主要的是網(wǎng)格蛋白和接合素蛋白。網(wǎng)格蛋白是一種纖維蛋白，由兩條肽鏈組成纖維狀二聚體，3個二聚體組成包被的結(jié)構(gòu)單位――三腳蛋白復(fù)合體，進(jìn)一步構(gòu)成網(wǎng)格蛋白