细胞分子生物学跨膜运输分子传递蛋白胞吞胞吐

关于细胞分子生物学跨膜运输分子传递蛋白胞吞胞吐第1页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五第一节物质跨膜运输一、被动运输(一)、简单扩散(二)、协助扩散二、主动运输(一)、钠钾泵(二)、钙离子泵(三)、质子泵(四)、协同运输三、胞吞作用与胞吐作用(一)、胞饮作用(二)、吞噬作用(三)、受体介导的胞吞作用(四)、胞吐作用第2页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五一、被动运输(passivetransport)第一节物质跨膜运输定义:通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度到低浓度方向的跨膜转运;转运的动力来自物质的浓度梯度;不需要细胞提供代谢能量第3页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(一)、简单扩散1.1定义:常见现象:小分子的热运动使分子以简单扩散的方式从膜的一侧通过细胞膜进入膜的另一侧,其结果是分子沿着浓度梯度降低的方向转运.定义:疏水的小分子或小的不带电荷的极性分子在以简单扩散的方式跨膜运输中,不需要细胞提供能量,也没有膜蛋白的协助,称之为简单扩散.第一节物质跨膜运输一、被动运输第4页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(一)、简单扩散1.2特点:沿浓度梯度扩散；不需要提供能量；没有膜蛋白的协助。第一节物质跨膜运输一、被动运输第5页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五疏水小分子小的不带电荷的极性分子大的不带电荷的极性分子离子图5-1简单扩散第6页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(一)、简单扩散1.3过程:跨膜物质溶解在膜脂中,再从膜脂一侧扩散到另一侧,最后进入细胞质水相中.跨膜物质的通透性主要取决于分子大小和分子的极性.小分子比大分子容易穿膜,非极性分子比极性分子容易穿膜.带电荷的离子跨膜运动需要更高的自由能.具有极性的水分子容易穿膜可能是因为水分子非常小,可以通过由于膜脂运动而产生的间隙第一节物质跨膜运输一、被动运输第7页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(二)、协助扩散第一节物质跨膜运输一、被动运输1.1定义:各种极性分子和无机离子,如糖,氨基酸,核苷酸以及细胞代谢物等顺其浓度梯度或电化学梯度减小方向的跨膜转运;不需要细胞提供代谢能量需要特异的膜蛋白“协助”物质运输.第8页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(二)、协助扩散第一节物质跨膜运输一、被动运输1.2特点:比自由扩散转运速率高；运输速率同物质浓度成非线性关系；特异性；饱和性；细胞膜上存在膜转运蛋白,负责无机离子和水溶性有机小分子的跨膜转运.图5-2简单扩散与协助扩散的比较协助扩散简单扩散第9页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(二)、协助扩散第一节物质跨膜运输一、被动运输1.3膜转运蛋白:A.载体蛋白:多次跨膜蛋白,每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合,通过一系列构象变化介导溶质分子的跨膜转运B.通道蛋白:通道蛋白介导的被动运输不需要与溶质分子结合,横跨膜形成亲水通道,允许适宜大小的分子和带电荷的离子通过.第10页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(二)、协助扩散第一节物质跨膜运输一、被动运输A载体蛋白:载体蛋白有特异性结合位点,可同特异性底物(溶质)结合,一种特异性载体只转运一种类型的分子或离子;转运过程具有饱和动力学曲线;转运过程可被底物类似物竞争性地抑制,又可被痕量的某种抑制剂非竞争性抑制.转运过程不对转运的溶质分子作任何共价修饰载体蛋白可以改变过程的平衡点,加快物质沿自由能减少的方向的跨膜运动的速率.第11页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(二)、协助扩散第一节物质跨膜运输一、被动运输B.通道蛋白:绝大多数的通道蛋白形成有选择开关的多次跨膜通道,这些通道蛋白几乎与离子的转运有关,故又称离子通道;离子通道具有2个显著特征:离子选择性离子通道是门控的.即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节,并通过通道开关应答于适当的信号.离子通道多数情况下呈关闭状态,只有膜电位变化,化学信号或压力刺激后,才开启形成跨膜的离子通道.离子通道区分为电压门通道,配体门通道和压力激活通道.第12页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五图5-3离子通道配体门通道:受体与细胞外的配体结合，引起门通道蛋白发生构象变化“门”打开电位门通道：细胞内或细胞外特异离子浓度或电位发生变化时，致使其构象变化，“门”打开。压力激活通道：感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。细胞将机械刺激的信号转化为电化学信号，引起细胞反应的过程。第13页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五一、被动运输小结第一节物质跨膜运输一、被动运输第14页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五第15页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五二、主动运输(activetransport)第一节物质跨膜运输定义:由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;需要细胞提供代谢能量需要载体蛋白第16页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五二、主动运输(activetransport)第一节物质跨膜运输特点:逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；需要能量；都需载体蛋白.主动运输所需的能量来源主要有：驱动的泵通过水解ATP获得能量；协同运输中的离子梯度动力.第17页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(一)、钠钾泵第一节物质跨膜运输二.、主动运输1.1细胞内正常生命活动的离子环境:在细胞膜的两侧存在很大的离子浓度差,特别是阳离子浓度差；一般动物细胞要消耗1/3的总ATP来维持细胞内低Na+高K+；神经细胞要消耗2/3的总ATP来维持细胞内低Na+高K+,以传递神经冲动,维持细胞的渗透平衡,恒定细胞的体积.K+

和Na+

电压门逆浓度与电化学梯度输入和输出的跨膜运输是一种典型的主动运输方式,由ATP直接提供能量,通过细胞膜上的Na+-K+泵来完成的.第18页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(一)、钠钾泵第一节物质跨膜运输二.、主动运输1.2Na+-K+泵构成:由α

和β二个亚基组成,α亚基是一个跨膜多次的整合膜蛋白,具有ATP酶活性；β亚基是具有组织特异性的糖蛋白;因而,Na+-K+泵又叫Na+-K+ATP酶.第19页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五图5-4Na+-K+泵亲Na+位点

细胞内细胞外细胞外细胞内低亲K+位点

结合Na+.ATP水解,磷酸化,α亚基构象发生变化低亲Na+位点亲K+位点3个Na+泵出细胞Na+释放,结合K+2个K+泵进细胞2个K+释放去磷酸化,α亚基构象发生再度变化第20页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(一)、钠钾泵第一节物质跨膜运输二.、主动运输1.3工作原理:Na+-K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。在膜内侧Na+与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是与Na+结合的部位转向膜外侧；这种磷酸化的酶对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高，因而在膜外侧释放Na+、而与K+结合。K+与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧，K+与酶的亲和力降低，使K+在膜内被释放，而又与Na+结合。其总的结果是每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。第21页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五第22页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(一)、钠钾泵第一节物质跨膜运输二.、主动运输1.4Na+-K+泵的作用:①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；②维持低Na+高K+的细胞内环境；③维持细胞的静息电位。地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助提高于其活性。

第23页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(二)、钙离子泵第一节物质跨膜运输二.、主动运输钙离子泵:作用：维持细胞内较低的钙离子浓度（细胞内钙离子浓度10-7M，细胞外10-3M）。位置：质膜和内质网膜。类型：P型离子泵，其原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋白质的90%。钠钙交换器（Na+-Ca2+exchanger），属于反向协同运输体系，通过钠钙交换来转运钙离子。第24页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五图5-5钙离子泵第25页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(三)、质子泵第一节物质跨膜运输二.、主动运输质子泵:类型P-type：利用ATP自磷酸化发生构象的改变来转移质子，如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。V-type：存在于各类小泡(vacuole)膜上，由许多亚基构成，水解ATP产生能量，但H+转运过程中不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、内体、植物液泡膜上。F-type：是由许多亚基构成的管状结构，利用质子动力势合成ATP，也叫ATP合酶，位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上。第26页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五图5-6质子泵第27页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(四)、协同运输cotransport第一节物质跨膜运输二.、主动运输第28页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(四)、协同运输cotransport第一节物质跨膜运输二.、主动运输协同运输:1.1定义:是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。是一类由Na+-K+泵或质子泵与载体蛋白协同作用,靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式。第29页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(四)、协同运输cotransport第一节物质跨膜运输二.、主动运输协同运输:1.2分类:根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为：同向协同（symport）与反向协同（antiport）第30页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(四)、协同运输cotransport第一节物质跨膜运输二.、主动运输协同运输:1.2.1同向协同物质运输方向与离子转移方向相同。如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。在某些细菌中，乳糖的吸收伴随着H+的进入。1.2.2反向协同物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反，如动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方式来转运H+，以调节细胞内的PH值。还有一种机制是Na+驱动的Cl--HCO3-交换，即Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如存在于红细胞膜上的带3蛋白。第31页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五图5-7葡萄糖的同向协同运输第32页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五第33页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五三、胞吞作用与胞吐作用第一节物质跨膜运输胞吞作用与胞吐作用:真核细胞通过内吞作用（endocytosis）和外排作用（exocytosis）完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。在转运过程中，质膜内陷，形成包围细胞外物质的囊泡，因此又称膜泡运输。细胞的内吞和外排活动总称为吞排作用（cytosis）。

第34页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(一)、胞吞作用第一节物质跨膜运输三胞吞作用与胞吐作用1.1吞噬作用:细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用。第35页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(一)、胞吞作用第一节物质跨膜运输三胞吞作用与胞吐作用1.2胞饮作用:细胞吞入液体或极小的颗粒物质。第36页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(一)、胞吞作用第一节物质跨膜运输三胞吞作用与胞吐作用1.3吞噬作用和胞饮作用之区别:胞吞泡的大小不同,胞饮泡直径一般小于150nm,吞噬泡直径往往大于250nm。胞饮作用是一个连续发生的过程.所有真核细胞都能通过胞饮作用连续摄入溶液和分子.吞噬作用是一个信号触发过程.需要被吞噬物与细胞表面结合并激活细胞表面受体.胞吞泡形成机制不同.胞饮泡的形成需要网格蛋白或这一类蛋白的帮助.吞噬泡的形成需要微丝及其结合蛋白的帮助第37页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(二)、受体介导的胞吞作用第一节物质跨膜运输三胞吞作用与胞吐作用1.1胞内体:

动物细胞内由膜围成的细胞器,其作用是传输由胞吞作用新摄入的物质到溶酶体被降解。第38页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五LDL(低密度脂蛋白)LDL受体网格蛋白有被小泡

脱包被与胞内体融合胞内体转运泡出芽游离胆固醇水解酶

溶酶体转运至溶酶体LDL受体返回质膜图5-8LDL受体介导的胞吞作用第39页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(二)、受体介导的胞吞作用第一节物质跨膜运输三胞吞作用与胞吐作用1.2受体介导的胞吞作用:

是大多数动物细胞通过网格蛋白有被小泡从胞外液摄取特定大分子的有效途径.首先是该处质膜部位在网格蛋白参与下形成有被小窝,然后是深陷的小窝脱离质膜形成有被小泡有被小泡与胞内体融合,脱包被,分子被转运到溶酶体或其他细胞器.第40页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(三)、胞吐作用第一节物质跨膜运输三胞吞作用与胞吐作用胞吐作用是将细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程.所有真核细胞都有从高尔基体反面管网区分泌的囊泡向质膜流动并与之融合的稳定过程.新合成的囊泡膜的蛋白和脂类不断地供应质膜更新,正是这条途径确保细胞分裂前质膜的生长.囊泡内可溶性蛋白分泌到细胞外,有的成为质膜外周蛋白,有的形成胞外基质组分,有的作为营养成分或信号分子扩散到胞外液.第41页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五第二节细胞通讯与细胞识别一、基本概念二、细胞通讯三、细胞识别与信号通路四、细胞的信号分子与受体(一)、细胞的信号分子(二)、受体(三)、第二信使与分子开关第42页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五一、基本概念第二节细胞通讯与细胞识别生命与非生命物质最显著的区别在于生命是一个完整的自然的信息处理系统。一方面生物信息系统的存在使有机体得以适应其内外部环境的变化，维持个体的生存；另一方面核酸和蛋白质信息在不同世代间传递维持了种族的延续。生命现象是信息在同一或不同时空传递的现象，生命的进化实质上就是信息系统的进化细胞信号发放（cellsignaling）：细胞释放信号分子，将信息传递给其它细胞。细胞通讯（cellcommunication）：细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。细胞识别（cellrecognition）：细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞反应的现象。信号转导（signaltransduction）：指外界信号（如光、电、化学分子）作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过程。第43页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五第44页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五第45页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五二、细胞通讯第二节细胞通讯与细胞识别1.1细胞以三种方式进行通讯:细胞通过分泌化学信号进行细胞间相互通讯,这是多细胞生物最普遍采用的通讯方式;细胞间接触性依赖的通讯,细胞间直接接触,通过与质膜结合的信号分子影响其他细胞;细胞间形成间隙连接使细胞质相互沟通,通过交换小分子来实现代谢偶联或电偶联.第46页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五二、细胞通讯第二节细胞通讯与细胞识别1.2细胞分泌化学信号的作用方式:内分泌.由内分泌细胞分泌信号分子(激素)到血液中,通过血液循环运送到体内各个部位,作用于靶细胞.旁分泌.细胞通过分泌局部化学介质到细胞外液中,经局部扩散作用于邻近靶细胞.这对创伤或感染组织刺激细胞增殖以恢复功能具有重要意义.自分泌.细胞对自身分泌的物质产生反应.常见于病理条件下.通过化学突触传递神经信号.第47页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五三、细胞识别与信号通路第二节细胞通讯与细胞识别1.1细胞识别:细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子(配体)选择性地相互作用,从而导致胞内一系列生理生化变化,最终表现为细胞整体的生物学效应过程.1.2信号通路:细胞接受外界信号,通过一整套特定的机制,将胞外信号转导为胞内信号,最终调节特定基因的表达,引起细胞的应答反应,这是细胞信号系统的主线,这种反应系统称之为信号通路.第48页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五四、细胞的信号分子与受体第二节细胞通讯与细胞识别(一)、细胞的信号分子(二)、受体第49页，共55页，2022年，5月20日，18点59分，星期五(一)、细胞的信号分子第二节细胞通讯