第5章物質(zhì)的跨膜運輸現(xiàn)在是1頁\一共有64頁\編輯于星期四本章主要內(nèi)容膜轉(zhuǎn)運蛋白與小分子物質(zhì)的跨膜運輸ATP驅(qū)動泵與主動運輸胞吞作用與胞吐作用現(xiàn)在是2頁\一共有64頁\編輯于星期四第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與小分子物質(zhì)的跨膜運輸現(xiàn)在是3頁\一共有64頁\編輯于星期四一、脂雙層的不透性和膜轉(zhuǎn)運蛋白脂雙層疏水對絕大多數(shù)極性分子、離子以及細胞代謝產(chǎn)物的通透性極低，形成了細胞的滲透屏障膜轉(zhuǎn)運蛋白可分為兩類：載體蛋白（carrierprotein，transporter）通道蛋白（channelprotein）現(xiàn)在是4頁\一共有64頁\編輯于星期四（一）載體蛋白及其功能多次跨膜；通過構(gòu)象改變介導溶質(zhì)分子跨膜轉(zhuǎn)運與底物（溶質(zhì)）特異性結(jié)合；具有高度選擇性；具有類似于酶與底物作用的飽和動力學特征；但對溶質(zhì)不做任何共價修飾現(xiàn)在是5頁\一共有64頁\編輯于星期四（一）載體蛋白及其功能不同部位的生物膜往往含有各自功能相關(guān)的不同載體蛋白現(xiàn)在是6頁\一共有64頁\編輯于星期四（二）通道蛋白及其功能3種類型：離子通道、孔蛋白以及水孔蛋白大多數(shù)通道蛋白都是離子通道轉(zhuǎn)運底物時，通道蛋白形成選擇性和門控性跨膜通道孔蛋白水孔蛋白離子通道現(xiàn)在是7頁\一共有64頁\編輯于星期四MainPorinFromMycobacteriumsmegmatis(MSPA)現(xiàn)在是8頁\一共有64頁\編輯于星期四離子通道的類型及其3個顯著特征具有極高的轉(zhuǎn)運速率沒有飽和值離子通道非連續(xù)性開放而是門控的電壓門通道配體門通道（胞外配體）配體門通道（胞內(nèi)配體）應(yīng)力激活通道現(xiàn)在是9頁\一共有64頁\編輯于星期四估計細胞膜上與物質(zhì)轉(zhuǎn)運有關(guān)的蛋白占核基因編碼蛋白的15~30%，細胞用在物質(zhì)轉(zhuǎn)運方面的能量達細胞總消耗能量的2/3。兩類主要轉(zhuǎn)運蛋白：載體蛋白：又稱做載體、通透酶和轉(zhuǎn)運器。介導被動運輸與主動運輸通道蛋白：能形成親水的通道，允許特定的溶質(zhì)通過。只介導被動運輸兩者區(qū)別：以不同方式辨別溶質(zhì)。通道蛋白主要根據(jù)溶質(zhì)大小和電荷和進行辨別，假如通道處于開放狀態(tài)，則足夠小和帶有適當電荷的分子或離子就能通過；而載體蛋白只允許與其結(jié)合部位相適應(yīng)的溶質(zhì)分子通過，并且每次轉(zhuǎn)運都發(fā)生自身構(gòu)象的變化?，F(xiàn)在是10頁\一共有64頁\編輯于星期四二、小分子物質(zhì)的跨膜運輸類型3種類型：簡單擴散、被動運輸和主動運輸現(xiàn)在是11頁\一共有64頁\編輯于星期四（一）簡單擴散(simple

diffusion)順電化學梯度或濃度梯度不需要細胞提供能量，無需膜轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助脂雙層對溶質(zhì)的通透性大小主要取決于分子大小和分子的極性現(xiàn)在是12頁\一共有64頁\編輯于星期四（二）被動運輸(passivetransport)順著電化學梯度或濃度梯度協(xié)助擴散(facilitateddiffusion)膜轉(zhuǎn)運蛋白協(xié)助載體蛋白介導通道蛋白介導現(xiàn)在是13頁\一共有64頁\編輯于星期四1.葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白12次跨膜α螺旋通過構(gòu)象改變完成葡萄糖的協(xié)助擴散轉(zhuǎn)運方向取決于葡萄糖濃度梯度現(xiàn)在是14頁\一共有64頁\編輯于星期四2.水孔蛋白：水分子的跨膜通道(2003諾獎)水分子借助質(zhì)膜上的水孔蛋白實現(xiàn)快速跨膜轉(zhuǎn)運Fig.XenopusoocytesmicroinjectedwithAQP1mRNAswellrapidlywhenplacedinahypo-osmoticmedium,incontrasttononinjectedoocytes.現(xiàn)在是15頁\一共有64頁\編輯于星期四2003年，美國科學家彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農(nóng)，分別因?qū)毎にǖ?，離子通道結(jié)構(gòu)和機理研究而獲諾貝爾化學獎。PeterAgreRoderickMacKinnon

現(xiàn)在是16頁\一共有64頁\編輯于星期四2.水孔蛋白：水分子的跨膜通道(2003諾獎)調(diào)節(jié)細胞滲透壓以及生理與病理作用Fig.PassageofwatermoleculesthroughtheaquaporinAQP1.Becauseofthepositivechargeatthecenterofthechannel,positivelychargedionssuchasH3O+,aredeflected.Thispreventsprotonleakagethroughthechannel.現(xiàn)在是17頁\一共有64頁\編輯于星期四（三）主動運輸(activetransport)載體蛋白所介導、逆著電化學梯度或濃度梯度3種類型ATP驅(qū)動泵（ATP直接供能）協(xié)同轉(zhuǎn)運或偶聯(lián)轉(zhuǎn)運（ATP間接提供能量）光驅(qū)動泵現(xiàn)在是18頁\一共有64頁\編輯于星期四第二節(jié)

ATP驅(qū)動泵與主動運輸ATP驅(qū)動泵通常又稱為轉(zhuǎn)運ATPase，分為4類P型泵、V型質(zhì)子泵、F型質(zhì)子泵和ABC超家族現(xiàn)在是19頁\一共有64頁\編輯于星期四一、P型泵(P-typepump)2個α催化亞基，具有ATP結(jié)合位點；2個β調(diào)節(jié)亞基至少有一個α催化亞基發(fā)生磷酸化和去磷酸化反應(yīng)，改變轉(zhuǎn)運泵的構(gòu)象，實現(xiàn)離子的跨膜轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運泵水解ATP使自身形成磷酸化的中間體現(xiàn)在是20頁\一共有64頁\編輯于星期四■P-型離子運輸泵的作用機理P型泵的主要特點:都是跨膜蛋白，并且是由一條多肽完成所有與運輸有關(guān)的功能，包括ATP的水解、磷酸化和離子的跨膜運輸。

Na+-K+ATP酶的分子結(jié)構(gòu)：

αβ兩種亞基組成的二聚體。

α亞基具有ATP酶的活性；

β亞基是具有組織特異性的糖蛋白?，F(xiàn)在是21頁\一共有64頁\編輯于星期四（一）Na+-K+

泵（Na+-K+ATPase）Figure11-14MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience2008)現(xiàn)在是22頁\一共有64頁\編輯于星期四1.Na+-K+

泵結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)運機制由2個α和2個β亞基組成四聚體烏苯苷（ouabain）用作強心劑的原理？現(xiàn)在是23頁\一共有64頁\編輯于星期四1.Na+-K+

泵結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)運機制現(xiàn)在是24頁\一共有64頁\編輯于星期四泵入2K+結(jié)合3Na+磷酸化泵出3Na+結(jié)合2K+

去磷酸化鈉鉀泵工作的特性：P-type：依賴自磷酸化來轉(zhuǎn)運離子的離子泵。鈣泵

質(zhì)子泵它們組成了功能與結(jié)構(gòu)相似的一個蛋白質(zhì)家族?，F(xiàn)在是25頁\一共有64頁\編輯于星期四2.Na+-K+

泵主要生理功能維持細胞膜電位維持動物細胞滲透平衡現(xiàn)在是26頁\一共有64頁\編輯于星期四2.Na+-K+

泵主要生理功能吸收營養(yǎng)

動物細胞對葡萄糖或氨基酸等有機物吸收的能量由蘊藏在Na+

電化學梯度中的勢能提供植物細胞、真菌和細菌通常利用質(zhì)膜上的H+-ATPase形成的H+

電化學梯度來吸收營養(yǎng)物現(xiàn)在是27頁\一共有64頁\編輯于星期四Na+/K+泵具有三個重要作用:

一是維持了細胞Na+離子的平衡，抵消了Na+離子的滲透作用;二是在建立細胞質(zhì)膜兩側(cè)Na+離子濃度梯度的同時，為葡萄糖協(xié)同運輸泵提供了驅(qū)動力;三是Na+泵建立的細胞外電位，為神經(jīng)和肌肉電脈沖傳導提供了基礎(chǔ)。地高辛、烏本苷等強心劑抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助提高于其活性?，F(xiàn)在是28頁\一共有64頁\編輯于星期四（二）Ca2+泵及其他P型泵細胞質(zhì)基質(zhì)中低Ca2+濃度的維持主要得益于質(zhì)膜或細胞器膜上的鈣泵每消耗1分子ATP從細胞質(zhì)基質(zhì)泵出2個Ca2+現(xiàn)在是29頁\一共有64頁\編輯于星期四1.Ca2+泵的結(jié)構(gòu)與功能現(xiàn)在是30頁\一共有64頁\編輯于星期四鈣離子泵作用：維持細胞內(nèi)較低的鈣離子濃度（胞內(nèi)鈣濃度10-7M，胞外10-3M）。位置：質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。類型：P型離子泵，每分解一個ATP分子，泵出2個Ca2+。位于肌質(zhì)網(wǎng)上的鈣離子泵占肌質(zhì)網(wǎng)膜蛋白質(zhì)的90%。現(xiàn)在是31頁\一共有64頁\編輯于星期四2.P型H+

泵植物細胞、真菌(包括酵母)和細菌細胞質(zhì)膜上雖然沒有Na+-K+

泵，但有P型H+

泵(H+-ATPase)P型H+泵將H+

泵出細胞，建立和維持跨膜H+

電化學梯度H+/K+ATPaseControlofacidsecretioninthestomach現(xiàn)在是32頁\一共有64頁\編輯于星期四二、V型質(zhì)子泵和F型質(zhì)子泵V型質(zhì)子泵廣泛存在于動物細胞的胞內(nèi)體膜、溶酶體膜，破骨細胞和某些腎小管細胞的質(zhì)膜，以及植物、酵母及其他真菌細胞的液泡膜上

（V為vesicle）轉(zhuǎn)運H+

過程中不形成磷酸化的中間體維持細胞質(zhì)基質(zhì)pH中性和細胞器內(nèi)pH酸性現(xiàn)在是33頁\一共有64頁\編輯于星期四二、V型質(zhì)子泵和F型質(zhì)子泵F型質(zhì)子泵存在于細菌質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜和葉綠體類囊體膜上（F為factor的第一個字母）轉(zhuǎn)運H+

過程中不形成磷酸化的中間體F型質(zhì)子泵常利用質(zhì)子動力勢合成ATP，又稱作H+-ATP合成酶現(xiàn)在是34頁\一共有64頁\編輯于星期四■動物細胞和植物細胞主動運輸?shù)谋容^動物細胞和植物細胞不僅結(jié)構(gòu)有所差別，載體蛋白也有所不同。動物細胞質(zhì)膜上有Na+-K+ATPase，并通過對Na+、K+的運輸建立細胞的電化學梯度；但是在植物細胞(包括細菌細胞)的質(zhì)膜中沒有Na+-K+ATPase，代之的是H+-ATP酶，并通過對H+的運輸建立細胞的電化學梯度，使細胞外H+的濃度比細胞內(nèi)高；與此同時H+泵在周圍環(huán)境中創(chuàng)建了酸性pH，然后通過H+質(zhì)子梯度驅(qū)動的同向運輸，將糖和氨基酸等輸入植物的細胞內(nèi)。在動物細胞溶酶體膜和植物細胞的液泡膜上都有H+-ATP酶，它們作用都一樣，保持這些細胞器的酸性。現(xiàn)在是35頁\一共有64頁\編輯于星期四動物、植物細胞主動運輸比較現(xiàn)在是36頁\一共有64頁\編輯于星期四三、ABC超家族ABC超家族也是一類ATP驅(qū)動泵廣泛分布于從細菌到人類各種生物中，是最大的一類轉(zhuǎn)運蛋白通過ATP分子的結(jié)合與水解完成小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運現(xiàn)在是37頁\一共有64頁\編輯于星期四（一）ABC轉(zhuǎn)運蛋白的結(jié)構(gòu)與工作模式4個“核心”結(jié)構(gòu)域2個跨膜結(jié)構(gòu)域，分別含6個跨膜α螺旋，形成底物運輸通路決定底物特異性2個胞質(zhì)側(cè)ATP結(jié)合域，有ATPase活性ATP分子結(jié)合誘導2個ATP結(jié)合域二聚化，引起轉(zhuǎn)運蛋白構(gòu)象改變，使底物結(jié)合部位暴露于質(zhì)膜的另一側(cè)現(xiàn)在是38頁\一共有64頁\編輯于星期四MammalianMDR1proteinABC轉(zhuǎn)運器與病原體對藥物的抗性有關(guān)。MDR（multidrugresistanceprotein）是第一個被發(fā)現(xiàn)的真核細胞ABC轉(zhuǎn)運器，是多藥抗性蛋白，約40%患者的癌細胞內(nèi)該基因過度表達。（二）ABC轉(zhuǎn)運蛋白與疾病現(xiàn)在是39頁\一共有64頁\編輯于星期四（二）ABC轉(zhuǎn)運蛋白與疾病multidrug-resistance，MDRcysticfibrosistransmembraneconductanceregulator，CFTR現(xiàn)在是40頁\一共有64頁\編輯于星期四四、離子跨膜轉(zhuǎn)運與膜電位現(xiàn)在是41頁\一共有64頁\編輯于星期四四、離子跨膜轉(zhuǎn)運與膜電位現(xiàn)在是42頁\一共有64頁\編輯于星期四第三節(jié)胞吞作用與胞吐作用真核細胞通過胞吞作用和胞吐作用完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運輸，如蛋白質(zhì)、多核苷酸、多糖等物質(zhì)包裹在脂雙層膜包被的囊泡中，因此又稱膜泡運輸Figure13-1MolecularBiologyoftheCell(?GarlandScience2008)現(xiàn)在是43頁\一共有64頁\編輯于星期四一、胞吞作用的類型吞噬作用（phagocytosis）胞飲作用（pinocytosis）現(xiàn)在是44頁\一共有64頁\編輯于星期四（一）吞噬作用(phagocytosis)原生生物：攝取食物巨噬細胞和中性粒細胞攝取營養(yǎng)物，清除病原體、衰老、凋亡的細胞吞噬作用是一個信號觸發(fā)的過程現(xiàn)在是45頁\一共有64頁\編輯于星期四（二）胞飲作用幾乎發(fā)生于所有類型真核細胞中往往連續(xù)攝入溶液及可溶性分子胞飲泡直徑一般小于吞噬泡直徑現(xiàn)在是46頁\一共有64頁\編輯于星期四1.網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用網(wǎng)格蛋白(clathrin)由3個二聚體組成，

3個二聚體形成三腳蛋白復合體(triskelion)，是包被的結(jié)構(gòu)單位現(xiàn)在是47頁\一共有64頁\編輯于星期四網(wǎng)格蛋白包被膜泡（clathrin-coatedvesicle）發(fā)動蛋白銜接蛋白現(xiàn)在是48頁\一共有64頁\編輯于星期四1.網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用網(wǎng)格蛋白介導的胞吞作用分為受體介導的胞吞作用非特異性的胞吞作用現(xiàn)在是49頁\一共有64頁\編輯于星期四LDL是一種球形顆粒的脂蛋白(如圖)，直徑為22nm,核心是1500個膽固醇酯；外面由800個磷脂和500個未酯化的膽固醇分子包裹,由于外被脂分子的親水頭露在外部，使LDL能夠溶于血液中；最外面有一個相對分子質(zhì)量為55kDa的蛋白，叫輔基蛋白B——100(apolipoproteinB-100),它能夠與特定細胞的表面受體結(jié)合。

LDL顆粒結(jié)構(gòu)示意圖a)由磷脂和未酯化的膽固醇單層構(gòu)成LDL的外膜結(jié)構(gòu),在外膜上結(jié)合一個親水的apo-B蛋白,該蛋白可以介導LDL與細胞表面的受體結(jié)合。(b)四種類型脂蛋白的電鏡照片現(xiàn)在是50頁\一共有64頁\編輯于星期四受體介導的胞吞作用現(xiàn)在是51頁\一共有64頁\編輯于星期四家族性高膽固醇血癥的發(fā)病機理？細胞膜上LDL受體缺陷示意圖現(xiàn)在是52頁\一共有64頁\編輯于星期四胞內(nèi)體：受體介導的胞吞作用分選站大部分受體返回它們原來的質(zhì)膜區(qū)域受體結(jié)合配體在溶酶體被降解受體被運至細胞另一側(cè)的質(zhì)膜，完成跨細胞轉(zhuǎn)運(transcytosis)現(xiàn)在是53頁\一共有64頁\編輯于星期四轉(zhuǎn)鐵蛋白：受體與配體一起再循環(huán)現(xiàn)在是54頁\一共有64頁\編輯于星期四●鐵的運輸所有生長中的細胞表面都有鐵結(jié)合轉(zhuǎn)鐵蛋白的受體,在中性pH條件下,轉(zhuǎn)鐵蛋白與鐵結(jié)合,然后通過內(nèi)吞作用進入細胞。在細胞內(nèi),在內(nèi)體的酸性環(huán)境中,轉(zhuǎn)鐵蛋白釋放出鐵,但是轉(zhuǎn)鐵蛋白仍然同膜受體結(jié)合,并與受體一起回到質(zhì)膜；當細胞外環(huán)境變成中性時,轉(zhuǎn)鐵蛋白同受體脫離,并自由地結(jié)合鐵,然后又開始新一輪循環(huán)。實際上,轉(zhuǎn)鐵蛋白穿梭于細胞外液體和內(nèi)體之間,避開了溶酶體,快速傳遞細胞生長所需的鐵(圖9-61)?，F(xiàn)在是55頁\一共有64頁\編輯于星期四2.其他類型的胞飲作用MayorS.,andR.E.Pagano.PathwaysofC