第五章物质的跨膜运输与信号传递学时

第一节物质的跨膜运输1被动运输（passivetransport）2主动运输（activetransport）3胞吞作用（endocytosis）与

胞吐作用（exocytosis）物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。目前一页\总数七十页\编于八点一、膜转运蛋白（Transportproteins）膜转运蛋白：镶嵌在质膜上的，与物质运输有关的跨膜蛋白质。◆载体蛋白（carrierproteins）◆通道蛋白(Channelproteins）目前二页\总数七十页\编于八点1

载体蛋白(Carrierproteins)◆概念:

细胞膜上具特异性的跨膜运输蛋白◆

特点:多次跨膜；特异性；载体蛋白既参与被动运输，也参与主动运输目前三页\总数七十页\编于八点载体蛋白目前四页\总数七十页\编于八点目前发现的通道蛋白已有50多种，主要是离子通道(ionchannels)。绝大多数通道蛋白组成离子通道，对转运的离子的大小和电荷具有高度选择性。转运速率高没有饱和值离子通道是门控的，不是持续开放的。只参与被动运输.2通道蛋白(Channelproteins）最典型的特征目前五页\总数七十页\编于八点通道蛋白的类型电压门控；配体门控；压力激活目前六页\总数七十页\编于八点二、被动运输（passivetransport）

特点：

运输方向：顺浓度梯度能量消耗：不需要提供能量类型：

简单扩散（simplediffusion）协助扩散（facilitateddiffusion）

-------需要特异膜蛋白协助 目前七页\总数七十页\编于八点简单扩散中物质的通透性：极性越小越容易过膜分子越小越容易过膜离子不能过膜（一）简单扩散目前八页\总数七十页\编于八点◆水分子不溶于脂,并具有极性,依靠简单扩散通过质膜,速度很小，但实际却是很容易通过膜。原因是:Aquaporins（水孔蛋白）通道thekidneytubuleandplantroots目前九页\总数七十页\编于八点各种极性分子和无机离子等沿着浓度梯度或电化学梯度减小的方向的跨膜运动，该过程不需要能量，但需要特异的膜蛋白协助物质运输。

（二）协助扩散目前十页\总数七十页\编于八点特征：存在膜转运蛋白；转运速率高；存在最大转运速率；不同物质有特异Km值目前十一页\总数七十页\编于八点三、主动运输（activetransport）●特点：逆浓度梯度运输；需要能量供给；膜转运蛋白参与●类型：ATP直接提供能量的主动运输

由ATP间接提供能量的主动运输—协同运输

光能驱动的主动运输P-型离子泵：钠钾泵、钙泵、氢泵V-质子泵F-质子泵ABC超家族目前十二页\总数七十页\编于八点三、主动运输（activetransport）三种类型目前十三页\总数七十页\编于八点（一）直接供能

1.

P-型离子泵2个α催化亚基-ATP结合位点；2个β调节亚基；在转运离子过程中，利用ATP水解能，形成磷酸化(phosphorylation)中间体，因此为P-型离子泵。目前十四页\总数七十页\编于八点Na+-K+pump,Na+-K+ATPase

●又称Na+泵或Na+/K+交换泵，或Na+-K+ATP酶；●Na+-K+ATPase是由两个大亚基(α亚基)和两个小亚基(β亚基)组成；

目前十五页\总数七十页\编于八点钠钾泵的结构目前十六页\总数七十页\编于八点钠钾泵的机制目前十七页\总数七十页\编于八点生物学意义：维持细胞内一定的Na+/K+浓度，维持渗透压；该浓度梯度为葡萄糖协同运输提供驱动力；目前十八页\总数七十页\编于八点结构：与Na+-K+泵的α亚基同源，MW=100,000Da，10个α螺旋Ca2+泵功能：在细胞膜和肌质网膜上，储存Ca2+

调节肌细胞的收缩与舒张质子泵功能：建立H+电化学梯度，驱动转运溶质进入细胞目前十九页\总数七十页\编于八点

2.V-型质子泵V-type：位于小泡（vacuole）的膜上，由许多亚基构成，利用ATP水解供能从细胞质基质中逆浓度梯度泵出H+进入细胞器，位于溶酶体膜、动物细胞的内吞体、高尔基体的囊泡膜、植物液泡膜等上。又称膜泡质子泵目前二十页\总数七十页\编于八点存在于线粒体内膜、叶绿体类囊体膜和细菌质膜上,运输方式是H+顺着浓度梯度运动,将释放的能量同ATP合成偶联起来。F是氧化磷酸化或光合磷酸化偶联因子（factor）的缩写。

3F-typeATPases:目前二十一页\总数七十页\编于八点4ABC超家族具有4个“核心”结构域组成的结构模型：2个跨膜结构域（T）：特异性；2个胞质侧的ATP结合域（A）：同源性；目前二十二页\总数七十页\编于八点由钠钾泵或氢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。（二）协同运输：目前二十三页\总数七十页\编于八点共运输对向运输共运输和对向运输目前二十四页\总数七十页\编于八点共运输（symport）Fig.小肠上皮细胞吸收葡萄糖(Glc)示意图：葡萄糖分子通过Na+驱动的供运输方式进入上皮细胞；再经载体介导的协助扩散方式进入血液；Na+-K+泵消耗ATP维持Na+的电化学梯度。目前二十五页\总数七十页\编于八点在动物、植物细胞由载体蛋白介导的协同运输异同点的比较目前二十六页\总数七十页\编于八点四、胞吞作用与胞吐作用

作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜

运输，又称膜泡运输或批量运输

（bulktransport）。属于主动运输。

目前二十七页\总数七十页\编于八点（一）胞吞作用（endocytosis）作用：营养物质的内化，信号转导，质膜更新类型：胞饮作用与吞噬作用

胞饮作用与吞噬作用的区别：

1.胞吞泡的大小不同：胞饮泡<150nm,吞噬泡>250nm2.转运方式不同：连续发生过程；信号触发过程

3.胞吞泡形成的机制不同：

需要网格蛋白和接合素的参与；需要微丝及其结合蛋白的参与目前二十八页\总数七十页\编于八点胞饮作用目前二十九页\总数七十页\编于八点通过网格蛋白有被小泡介导的胞饮作用示意图目前三十页\总数七十页\编于八点吞噬作用目前三十一页\总数七十页\编于八点胞吞过程某些大分子与受体特异性结合，启动内化作用，质膜在网格蛋白等的参与下内陷形成有被小窝→内吞泡的形成→溶酶体。（二）受体介导的胞吞作用目前三十二页\总数七十页\编于八点LDL的受体介导的胞吞作用（选择浓缩机制）目前三十三页\总数七十页\编于八点（三）胞吐作用：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。目前三十四页\总数七十页\编于八点（二）胞吐作用（exocytosis）●组成型的外排途径（constitutiveexocytosispathway） 分布：所有真核细胞分泌特点：连续分泌过程分泌物质：用于质膜更新

defaultpathway：粗面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞表面

目前三十五页\总数七十页\编于八点胞吐作用（exocytosis）●调节型外排途径（regulatedexocytosispathway） 分布：特化的分泌细胞分泌特点：储存—刺激—释放产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定目前三十六页\总数七十页\编于八点组成型与调节型的外排途径

目前三十七页\总数七十页\编于八点第二节细胞通讯与信号传递1细胞通讯与细胞识别2细胞的信号分子与受体3通过细胞内受体介导的信号传递4通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递5细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网

络整合信息目前三十八页\总数七十页\编于八点1.细胞通讯与细胞识别●细胞通讯（cellcommunication）●细胞识别（cellrecognition）目前三十九页\总数七十页\编于八点细胞通讯（cellcommunication）

一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应。细胞间的通讯对于多细胞生物体的发生和组织的构建，协调细胞的功能，控制细胞的生长、分裂、分化和凋亡是必须的。

●细胞通讯方式：

分泌化学信号进行通讯

接触性依赖的通讯

间隙连接实现代谢偶联或电偶联目前四十页\总数七十页\编于八点细胞的通讯方式目前四十一页\总数七十页\编于八点细胞间通过化学信号进行通讯目前四十二页\总数七十页\编于八点细胞识别（cellrecognition）

●概念：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，从而导致一系列生理生化变化，最终表现为整体的生物学效应的过程●信号通路（signalingpathway） 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，这种反应系列称之为细胞信号通路。

细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。目前四十三页\总数七十页\编于八点细胞信号通路目前四十四页\总数七十页\编于八点2.细胞的信号分子与受体

●信号分子（signalmolecule） 信号：物理信号（光信号、电信号、磁场等）化学信号：亲脂性信号分子

亲水性信号分子

气体性信号分子(NO)

●受体（receptor）多为糖蛋白；两个功能区

●第二信使（secondmessenger）

●

分子开关（molecularswitches）目前四十五页\总数七十页\编于八点受体

受体的概念受体是一种能识别和选择性结合某种配基（信号分子）的大分子，当与配体结合后，通过信号转导作用，将细胞外信号转换为胞内化学或物理的信号，以启动一系列过程，最终表现为生物学效应。受体的结构特点糖蛋白；至少两个功能区目前四十六页\总数七十页\编于八点受体类型细胞内受体:受胞外亲脂性信号分子的激活细胞表面受体:受胞外亲水性信号分子的激活

细胞表面受体分属三大家族：离子通道偶联的受体（ion-channel-linkedreceptor）G-蛋白偶联的受体（G-protein-linkedreceptor）酶偶连的受体（enzyme-linkedreceptor）目前四十七页\总数七十页\编于八点受体的功能

受体的功能

介导物质跨膜运输(受体介导的内吞作用)信号转导受体的特点

（不是简单的一对一的关系）不同细胞对同一信号分子可能具有不同受体，从而诱导不同的反应一种细胞对同一信号分子具备了两个或更多受体，启动不同的反应同一受体出现在不同细胞上，与同一信号分子结合时，产生不同反应一种细胞中不同的受体诱发相同的反应目前四十八页\总数七十页\编于八点主要的胞内第二信使20世纪70年代

Southerland

提出第二信使学说

第一信使：

胞外信号分子

第二信使：

第一信使与受体作用后胞内最早产生的信号分子。第二信使学说目前四十九页\总数七十页\编于八点信号传递过程中控制反应开（激活——进行）或关（失活——终止）的分子。分子开关：目前五十页\总数七十页\编于八点3.通过细胞内受体介导的信号传递

●信号分子：甾类激素、甲状腺素、NO等。

●甾类激素介导的信号通路

目前五十一页\总数七十页\编于八点甾类激素介导的信号通路目前五十二页\总数七十页\编于八点3.通过细胞内受体介导的信号传递●信号分子：甾类激素、甲状腺素、NO等。●甾类激素介导的信号通路

●一氧化氮介导的信号通路目前五十三页\总数七十页\编于八点一氧化氮合酶(NOS)L-Arg------L-瓜氨酸+NO鸟苷酸环化酶(GC)GTP-------cGMP一氧化氮介导的信号通路目前五十四页\总数七十页\编于八点4.通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递

●G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递

●酶偶联的受体目前五十五页\总数七十页\编于八点G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递G-蛋白活化与调节G-蛋白偶联受体cAMP信号通路磷脂酰肌醇信号通路目前五十六页\总数七十页\编于八点G蛋白GTP（结合调节蛋白）G蛋白结构功能：在细胞信号转导中起“分子开关”作用活化机制目前五十七页\总数七十页\编于八点

G蛋白：GTP结合调节蛋白，三聚体结构。其中a亚基具有GTP酶的活性。在信号转导中起着分子开关的作用。G-蛋白活化与调节目前五十八页\总数七十页\编于八点结构：7次跨膜的受体，在真核细胞中分布广泛信号分子包括：感觉信号（光、嗅、声等；激素、神经递质等）。GPLR的效应器：AC、PLC、PLA2、GRK（GPLR激酶）、PDE、PI3K、离子通道等G蛋白偶联受体（GPLR）目前五十九页\总数七十页\编于八点cAMP信号通路组分及其分析

G-蛋白偶联受体（Rs；Ri）；

G-蛋白（Gs；Gi）：细菌毒素对G蛋白的修饰作用腺苷酸环化酶AC：催化ATP→cAMP（可被PDE降解）

PKA：两个调节亚基和两个催化亚基信号通路

目前六十页\总数七十页\编于八点cAMP信号通路信号分子↓G-蛋白偶联受体↓G-蛋白↓腺苷酸环化酶↓cAMP↓cAMP依赖的蛋白激酶A↓

下游靶蛋白↓

基因调控蛋白↓

基因转录目前六十一页\总数七十页\编于八点磷脂酰肌醇信号通路

“双信使系统”反应链：胞外信号分子→G-蛋白偶联受体→G-蛋白→

→IP3→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应磷脂酶C(PLC)→DG→激活PKC→蛋白磷酸化→细胞长期效应或短期效应双信使系统信号终止

IP3降解：IP3去磷酸化变成肌醇；

DG降解：磷酸化成磷脂酸；脂酶水解成单酰甘油

Ca2＋信号的终止：钙泵PIP2目前六十二页\总数七十页\编于八点“双信使系统”反应链目前六十三页\总数七十页\编于八点4.通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递

●G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递

●酶偶联的受体目前六十四页\总数七十页\编于八点与酶偶联的受体（催化性受体）受体类型受体丝氨酸/苏氨