《细胞生物》课件第4章细胞膜与物质的穿膜运输2

1、物质的跨膜运输细胞生物学教研室李想真核细胞内的运输过程细胞膜是物质交换的直接参加者,它有选择地允许或阻止一些物质通过细胞膜的性能称为膜的通透性(permeability) 第一节小分子物质的跨膜转运人工脂双层用于研究细胞膜对小分子的通透性分子量小 扩散速率快脂溶性大不同分子通过脂双层扩散速率取决于：分子大小和脂溶性人工脂双层膜对于带电的分子是高度不通透的一、简单扩散（simple difussion）小分子物质顺浓度梯度进行的跨膜运输过程。特点：不需要膜蛋白的协助不需要细胞提供能量被动扩散（passive difussion）方向取决于细胞膜两侧浓度差异高浓度低浓度对象：不带电荷的小分子物质O

2、2, CO2, 乙醇，固醇类激素， 尿素等膜运输蛋白介导的跨膜运输种类载体蛋白（carrier protein）构像改变通道蛋白（channel protein）通道打开或关闭被动运输（passive transport）：不消耗能量，物质顺浓度或电化学梯度的转运过程。主动运输（active transport）:利用代谢产生的能量驱动物质逆浓度梯度转运的过程。通道蛋白被动运输载体蛋白被动运输 或 主动运输二、易化扩散（facilitated diffusion）易化扩散：在载体蛋白介导下，不消耗能量，物质顺浓度或电化学梯度的转运过程。过程： 结合构象变化易位释放复原葡萄糖载体蛋白( GLUT

3、)家族存在于红细胞膜上，负责葡萄糖顺浓度梯度运输入细胞的过程。12次跨膜糖蛋白GLUT通过构象改变转运葡萄糖可被细胞松弛素B 竞争抑制GLUTs分布在不同组织细胞膜上GLUT1遍在分布于多数细胞GLUT2肝细胞和胰岛细胞GLUT3脑内神经元GLUT4肌细胞和脂肪细胞三、主动运输主动运输active transport概念： 由特异性载体蛋白介导的，物质逆浓度梯度或电化学梯度，由浓度低的一侧向浓度高的一侧进行跨膜转运的方式，此过程消耗能量。主动运输能量来源：由ATP水解直接供能由离子浓度驱动由光吸收供能ATP直接供能ATP驱动泵ATP间接供能协同运输主动运输分类：P-型离子泵V-型质子泵F-型质

4、子泵ABC转运体共运输对向运输Na+-K+ 泵结构组成：亚基 ：120KD 具有ATP酶活性 结合 Na+，K+ 亚基 ：50KD 辅助作用Na+-K+泵的直接效能：泵出3个Na+，泵入2个K+，使胞外高钠，胞内高钾，形成胞内负电，胞外正电。Na+-K+泵的间接效能：产生和维持膜电位方面其重要的作用控制细胞内溶质的浓度，改变渗透压使细胞膨胀或皱缩，在维持渗透压平衡和保持细胞容积恒定方面起重要的作用保证一些物质的主动运输，如氨基酸、葡萄糖的入胞作用Na+-K+泵的特异性抑制剂乌本苷毒毛旋花苷洋地黄毒苷乌本苷来自动植物体内，可特异地结合Na+-K+泵的胞外区，抑制Na+的释放和K+的结合Ca2+泵

5、Ca2+ 是重要的细胞信号分子，在胞质中含量极低，少量的离子内流即可引起细胞收缩、细胞分泌等生理活动的改变。机制：通过两种构象改变，结合与释放钙离子 V-型质子泵：存在于真核细胞膜性酸性区室，将H+从细胞质泵入酸性区室中，具有维持胞质中性环境等作用F-型质子泵：H+ 顺浓度转运与ATP合成偶联ABC-转运体：存在于肝，小肠和肾细胞膜上，转运毒素，药物和代谢物，具有自我保护功能； 肿瘤耐药机制研究: MDR离子浓度驱动的主动转运协同运输（coupled transport) 借助Na+-K+泵在细胞膜两侧制造的Na+的电化学差异，顺梯度释放Na+入胞的同时，将糖和氨基酸等有机小分子物质一同带入细

6、胞的过程。 顺梯度运输提供能量-Na+ H+ 分类共运输（symport）对向运输（antiport）symportNa+驱动的葡萄糖协同转运Na+-H+交换载体使细胞内的PH升高参与细胞增殖Na+驱动的对向运输Na+顺浓度梯度进入细胞H+逆浓度梯度泵出细胞四、通道蛋白介导的跨膜运输通道蛋白介导运输的特点：具有高度选择性，主要为一些离子，Na+、K+、Ca2+、Cl-，又称为“离子通道”。通过的离子必须大小、带点状况合适，通道蛋白是通过贯穿膜层的充水孔道来完成运输的,非常迅速。通道并非持续开放，是有“闸门”的，实际上是通道蛋白构象变化形成的不同形式。全部是被动运输，不需能量。机制： 在膜上特异

7、性刺激控制下，闸门短暂地开放，随即关闭。 特异性刺激包括：跨膜电位变化、机械刺激、信号分子作用（细胞外：神经递质；细胞内：离子，核苷酸、GTP结合蛋白）水通道结构组成：水孔蛋白AQPAQP1、2、4、5、6和AQP0选择性水通道AQP3、7、9、10水-甘油通道四聚体，每个亚基含6个穿膜的螺旋结构，形成四个只允许水分子通过的孔道水通道持续开放，水分子从低渗透压向高渗透压一侧移动Peter Agre 在存在和缺少水通道的细胞上的试验。水通道对于细胞吸水是必须的。 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第二节 大分子和颗粒物质的跨膜转运囊泡转运（vesicular transport）大分子和颗粒物质并不穿过细胞膜，而是通过一系列膜囊泡形成和融合来完成转运过程，称膜泡转运。 胞吞（endocytosis）和胞吐（exocytosis）细胞摄入大分子或颗粒物质的过程称为胞吞；细胞排出大分子或颗粒物质的过程称为胞吐。胞吐和胞吞特点：摄入或排出的大分子物质，局限在囊泡中，不与细胞质内其它大分子或细胞器直接接触、混合，囊泡只与特定的膜融合

9、；消耗能量，属于主动运输。胞吞分类吞噬（phagocytosis）-固态物胞饮（pinocytosis）-液态物受体介导的内吞(Receptor mediated endocytosis, RME) 吞噬过程吞饮过程受体介导的内吞特点：所摄入的大分子在质膜上有特异受体内吞由配体与其受体的识别、结合而激发受体配体复合物聚集于质膜的有被小凹内，由有被小泡送至内体。 网格蛋白clathrin发动蛋白dynamin衔接蛋白adaptin参与有被小泡形成的蛋白质：捕获膜上受体，牵拉质膜向内凹陷结合不同类型的受体，决定内吞物质的特异性通过水解GTP,将有被小泡与质膜分离Structure of a clathrin coated vesicle三腿蛋白结构例子：受体介导的LDL入胞作用血浆脂蛋白的一种,是血液中胆固醇的主要载体。其核心约由1500个胆固醇酯分子组成。胆固醇之中最常见的酯酰基是亚油酸。疏水核心外面包围着磷酸脂和未酯化的胆固醇壳层，壳层中也含apo B-100，它被靶细胞所识别。 细胞胞吐作用的途径结构性途径（constitutive pathway of secretion）：分泌蛋白合成后立即包装入高尔基复合体的分泌囊泡中，然后被迅速带到细胞膜处排出，这一分泌过程称结构性途径。调节性途径（regulated pathway of secret