5.物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸內(nèi)容提要第一節(jié)、跨膜運(yùn)輸一、簡(jiǎn)單擴(kuò)散二、協(xié)助擴(kuò)散第二節(jié)主動(dòng)運(yùn)輸一、鈉鉀泵二、鈣離子泵三、質(zhì)子泵四、ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器五、協(xié)同運(yùn)輸?shù)谌?jié)、膜泡運(yùn)輸一、吞噬作用二、胞飲作用三、外排作用四、穿胞運(yùn)輸五、胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸?shù)谝还?jié)、跨膜運(yùn)輸簡(jiǎn)單擴(kuò)散；simplediffusion被動(dòng)運(yùn)輸：passivetransport，又叫協(xié)助擴(kuò)散：facilitateddiffusion主動(dòng)運(yùn)輸activetransport

簡(jiǎn)單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的區(qū)別依據(jù)：載體蛋白主動(dòng)與被動(dòng)運(yùn)輸?shù)膮^(qū)別依據(jù)：電化學(xué)梯度；能量

跨膜運(yùn)輸?shù)念?lèi)型一、簡(jiǎn)單擴(kuò)散simplediffusion也叫自由擴(kuò)散（freediffusing），膜的通透性（Ｐ）由該分子的脂溶性和擴(kuò)散系數(shù)、濃度梯度所決定。Ｐ＝ＫＤ/ｔ其中Ｋ為該溶質(zhì)的脂水分配系數(shù)(partitioncofficient)，Ｄ為擴(kuò)散系數(shù)，ｔ為膜厚度。特點(diǎn)：①沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度）擴(kuò)散；②不需要提供能量；③沒(méi)有膜蛋白的協(xié)助

物質(zhì)穿膜的特點(diǎn)與其性質(zhì)和大小有關(guān)：

⑴脂溶性越強(qiáng)越易直接穿膜，如：甾類(lèi)激素、苯；⑵小非極性分子能直接穿膜，如：O2、N2。脂溶性與分子大小比，前者影響更大。⑶不帶電荷的小極性分子能直接穿膜，如：H2O、乙醇(分子量46)、尿素(分子量60)、甘油(分子量92)⑷不帶電的大的極性分子和各種離子不能直接穿膜，需依賴膜上運(yùn)輸?shù)鞍?。如：葡萄?分子量180)、Na+不同物質(zhì)透過(guò)人工脂雙層的能力

二、協(xié)助擴(kuò)散（facilitateddiffusion）也稱(chēng)被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）。主要運(yùn)輸水、糖、氨基酸、核苷酸及細(xì)胞代謝物等極性小分子和無(wú)機(jī)離子。特點(diǎn)：①轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；②運(yùn)輸速率同物質(zhì)濃度成非線性關(guān)系；③特異性；④飽和性。載體：離子載體、通道蛋白。估計(jì)細(xì)胞膜上與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)的蛋白占核基因編碼蛋白的15~30%，細(xì)胞用在物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方面的能量達(dá)細(xì)胞總消耗能量的2/3。兩類(lèi)主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：載體蛋白：又稱(chēng)做載體、通透酶和轉(zhuǎn)運(yùn)器。通道蛋白：能形成親水的通道，允許特定的溶質(zhì)通過(guò)。1.載體蛋白幾乎存在所有類(lèi)型的生物膜，屬于多次跨膜蛋白。每種載體蛋白能與特定的溶質(zhì)分子結(jié)合，通過(guò)一系列構(gòu)象改變介導(dǎo)溶質(zhì)分子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。特點(diǎn)：底物的高度選擇性pH依賴飽和動(dòng)力學(xué)特征?？梢员坏孜锔?jìng)爭(zhēng)性抑制，也可被某種抑制劑非競(jìng)爭(zhēng)性抑制2.通道蛋白分為三種類(lèi)型：離子通道（ionchannel），孔蛋白（porin）以及水孔蛋白（AQP）。目前發(fā)現(xiàn)的大多數(shù)通道蛋白都是離子通道，允許特定離子順濃度梯度通過(guò)。通道蛋白廣泛存在真核細(xì)胞質(zhì)膜以及細(xì)胞內(nèi)膜上。形成選擇性和門(mén)控性跨膜通道。其選擇性取決于通道的直徑、形狀以及通道內(nèi)氨基酸的分布。（1）孔蛋白與水孔蛋白孔蛋白存在革蘭氏陰性菌外膜以及線粒體、葉綠體的外膜，跨膜區(qū)域有β折疊片層形成柱狀親水性通道。與離子通道相比，選擇性更低，而且通過(guò)較大的分子。水孔蛋白(aquaporin):是一類(lèi)新發(fā)現(xiàn)的通道蛋白，具有6個(gè)α螺旋區(qū)的蛋白質(zhì)家族，通常形成四聚體的膜蛋白以行使其轉(zhuǎn)運(yùn)水或甘油等分子功能。----or----（2）離子通道離子通道的特點(diǎn)及分類(lèi)特點(diǎn)：高轉(zhuǎn)運(yùn)速率沒(méi)有飽和值非連續(xù)開(kāi)發(fā)，具有門(mén)控性分類(lèi)：電壓門(mén)通道(voltagegatedchannel)配體門(mén)通道（ligandgatedchannel）應(yīng)力激活通道（stressactivitedchannel）A、電位門(mén)通道(voltagegatedchannel)特點(diǎn)：膜電位變化可引起構(gòu)象變化，“門(mén)”打開(kāi)。結(jié)構(gòu)：四聚體，每個(gè)單體跨膜6次。Na+、K+、Ca2+電壓門(mén)通道結(jié)構(gòu)相似，由同一個(gè)遠(yuǎn)祖基因演化而來(lái)。電壓門(mén)控離子通道：鉸鏈細(xì)胞失水B、配體門(mén)通道(ligandgatedchannel)特點(diǎn)：受體與細(xì)胞內(nèi)外的配體結(jié)合，引起通道構(gòu)象改變，“門(mén)”打開(kāi)，又稱(chēng)離子通道型受體。分為陽(yáng)離子通道，如乙酰膽堿受體；和陰離子通道，如γ－氨基丁酸受體。Ach受體由4種亞單位（α2βγδ）組成。C、應(yīng)力激活通道感受摩擦力、壓力、牽拉力、重力、剪切力等。目前比較明確的有兩類(lèi)機(jī)械門(mén)通道，一類(lèi)對(duì)牽拉敏感，為2價(jià)或1價(jià)的陽(yáng)離子通道，有Na+、K+、Ca2+，以Ca2+為主，幾乎存在于所有的細(xì)胞膜。另一類(lèi)對(duì)剪切力敏感，僅發(fā)現(xiàn)于內(nèi)皮細(xì)胞和心肌細(xì)胞。應(yīng)力激活的離子通道：2X1013N，0.04nm第二節(jié)ATP驅(qū)動(dòng)泵與主動(dòng)運(yùn)輸特點(diǎn)：①逆濃度梯度（逆化學(xué)梯度）運(yùn)輸；②需要能量；③都有載體蛋白。能量來(lái)源分類(lèi)：①ATP驅(qū)動(dòng)泵：通過(guò)水解ATP獲得能量；②協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：協(xié)同運(yùn)輸中的離子梯度動(dòng)力；③光驅(qū)動(dòng)泵：利用光能運(yùn)輸物質(zhì)，見(jiàn)于細(xì)菌。三種跨膜運(yùn)輸?shù)膮^(qū)別一.ATP驅(qū)動(dòng)泵ATP泵將ATP水解成為ADP和無(wú)機(jī)磷（Pi）,并利用釋放的能量講小分子物質(zhì)或者離子進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，因此也被稱(chēng)為轉(zhuǎn)運(yùn)ATPase。根據(jù)泵蛋白結(jié)構(gòu)和功能分成4類(lèi)：P型泵（P-typepump）Na+-K+;Ca2+，H+V型質(zhì)子泵（V-typeprotonpump）入H+F質(zhì)子型泵（F-typeprotonpump）出H+ABC超家族（ABCsuperfamily）小分子1.P型泵所有P型泵都有兩個(gè)獨(dú)立的α催化亞基組成，絕大多數(shù)還還有2個(gè)起調(diào)節(jié)作用的β小亞基，轉(zhuǎn)運(yùn)離子過(guò)程中，至少一個(gè)α催化亞基發(fā)生磷酸化和去磷酸化反應(yīng)，改變泵的構(gòu)象，實(shí)現(xiàn)離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。P型泵大多都是離子泵，包括Na+-K+泵；Ca2+

泵，H+

泵。A、鈉鉀泵（Na+-K+pump）構(gòu)成：由2個(gè)α大亞基、2個(gè)β小亞基組成的4聚體，也叫Na+-K+ATP酶，分布于動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜。Na＋－K＋泵生理功能維持細(xì)胞膜電位，內(nèi)負(fù)外正。維持細(xì)胞滲透壓平衡。吸收營(yíng)養(yǎng)：主動(dòng)運(yùn)輸產(chǎn)生的Na＋濃度差是某些物質(zhì)如葡萄糖、氨基酸運(yùn)輸?shù)碾娀瘜W(xué)勢(shì)能保障。Na+-K+泵工作原理每個(gè)周期轉(zhuǎn)出３個(gè)鈉離子，轉(zhuǎn)入２個(gè)鉀離子。B、鈣離子泵（Ca2+pump）作用：維持細(xì)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，葉綠體，液泡膜等。原理：每分解一個(gè)ATP分子，泵出2個(gè)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%。C.H+

泵植物細(xì)胞、真菌（包括酵母）和細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜上沒(méi)有Na+-K+泵，將H+

泵出胞外，建立和維持跨膜H+

電化學(xué)梯度，并驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞。使細(xì)胞周?chē)h(huán)境呈現(xiàn)酸性。2、質(zhì)子泵V+FV-type：存在于各類(lèi)小泡膜上，水解ATP產(chǎn)生能量，但不發(fā)生自磷酸化，位于溶酶體膜、細(xì)胞內(nèi)體膜、液泡膜上。利用ATP水解將H+泵入細(xì)胞器。F-type：利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)合成ATP，即ATP合成酶，位于細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜、葉綠體類(lèi)囊體膜上。與V型反方向發(fā)揮生理功能。3、ABC超家族（ABCsuperfamily）最早發(fā)現(xiàn)于細(xì)菌，是一龐大的蛋白家族，都有兩個(gè)高度保守的ATP結(jié)合區(qū)（ATPbindingcassette）。結(jié)構(gòu)：2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域（T），每個(gè)結(jié)構(gòu)域由6個(gè)α螺旋組成，形成底物運(yùn)輸?shù)耐凡Q定底物特異性；2個(gè)胞質(zhì)側(cè)ATP結(jié)合區(qū)域（A),具有ATP酶活性，凸顯胞質(zhì)。底物結(jié)合位點(diǎn)：原核細(xì)胞在胞外，真核和原生生物在胞質(zhì)側(cè)。細(xì)菌質(zhì)膜：轉(zhuǎn)運(yùn)糖、氨基酸、磷脂和肽哺乳動(dòng)物質(zhì)膜：轉(zhuǎn)運(yùn)磷脂、親脂性藥物、膽固醇及小分子。肝腸腎豐富。MammalianMDR1proteinABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與病原體對(duì)藥物的抗性有關(guān)。MDR（multidrugresistanceprotein）是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的真核細(xì)胞ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，是多藥抗性蛋白，約40%患者的癌細(xì)胞內(nèi)該基因過(guò)度表達(dá)。4.離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)與膜電位膜電位MembranePotential靜息電位restingpotential動(dòng)作電位activepotential動(dòng)作電位產(chǎn)生過(guò)程及通道開(kāi)閉：極化polarization:靜息狀態(tài)，鈉鉀電壓門(mén)控通道關(guān)閉。去極化depolarization：外界刺激，鈉通道打開(kāi)，進(jìn)入細(xì)胞，濃度升高，質(zhì)膜去極化。反極化repolarization：鈉離子通道關(guān)閉，鉀離子通道打開(kāi)，外流。超極化superpolarization：鉀離子不斷外流，細(xì)胞膜超極化，鉀離子通道關(guān)閉。二、協(xié)同運(yùn)輸cotransport由協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白cotransporter或者偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白coupledtransporter介導(dǎo)各種離子和分子的跨膜運(yùn)輸。主要靠間接提供能量完成主動(dòng)運(yùn)輸。所需能量來(lái)自膜兩側(cè)離子的濃度梯度。動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜中常常利用膜兩側(cè)Na+濃度梯度來(lái)驅(qū)動(dòng)。植物細(xì)胞和細(xì)菌，動(dòng)物細(xì)胞被摸細(xì)胞器常利用H+濃度梯度來(lái)驅(qū)動(dòng)。分為：同向協(xié)同蛋（symport）和反向協(xié)同（antiport）。動(dòng)植物協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)的區(qū)別小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖同向協(xié)同物質(zhì)穿膜運(yùn)輸?shù)男〗Y(jié)第三節(jié)膜泡運(yùn)輸真核細(xì)胞通過(guò)胞吞作用（endocytosis）和胞吐作用（exocytosis）完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸。因物質(zhì)包裹在脂雙層包被的囊泡中，又稱(chēng)膜泡運(yùn)輸。細(xì)胞通過(guò)質(zhì)膜內(nèi)陷形成囊泡（胞吞泡endocyticvesicle），將胞外的生物大分子、顆粒性物質(zhì)或液體等攝取到細(xì)胞內(nèi)，維持細(xì)胞正常的代謝活動(dòng)。根據(jù)胞吞泡形成的機(jī)制不同和胞吞泡大小差異分類(lèi)：吞噬作用（phagocytosis）：形成吞噬泡，大于250nm，巨噬細(xì)胞（Macrophase）胞飲作用（pinocytosis）：形成胞飲泡，小于150nm，真核細(xì)胞攝入溶液劑可溶性分子。一.胞吞作用（endocytosis）1.吞噬作用Phagocytosis定義：細(xì)胞內(nèi)吞較大的固體顆粒物質(zhì)，如細(xì)菌、細(xì)胞碎片等。作用：原生生物：攝取營(yíng)養(yǎng)。高等多細(xì)胞生物：不僅攝取營(yíng)養(yǎng)，主要是清除侵染機(jī)體的病原體及衰老凋亡的細(xì)胞。依靠巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞。細(xì)胞吞入的物質(zhì)為液體或極小的顆粒物質(zhì)，這種內(nèi)吞作用稱(chēng)為胞飲作用。胞飲作用存在于白細(xì)胞、腎細(xì)胞、小腸上皮細(xì)胞、肝巨噬細(xì)胞和植物細(xì)胞。發(fā)生在所有類(lèi)型的真核細(xì)胞中。分類(lèi)：網(wǎng)格蛋白依賴的胞飲作用包膜窖依賴的胞飲作用大型胞飲作用非網(wǎng)格蛋白/包膜窖依賴的胞吞作用2.胞飲作用（pinocytosis）受體介導(dǎo)內(nèi)吞(Receptor-mediatedendocytosis)定義：質(zhì)膜上的受體參與的從胞外吸收專(zhuān)一性的大分子和顆粒物質(zhì)的過(guò)程稱(chēng)為受體介導(dǎo)的內(nèi)吞參與此過(guò)程的兩種蛋白：網(wǎng)格蛋白(Clathrin)和銜接蛋白(Adaptin)。網(wǎng)格蛋白(Clathrin)通過(guò)網(wǎng)格蛋白包被膜泡介導(dǎo)的選擇性運(yùn)輸示意圖網(wǎng)格蛋白衣被小窩（clathrincoatedpits）是質(zhì)膜向內(nèi)凹陷的部位。受體大量集中于此處，凹陷的胞質(zhì)側(cè)具有大量的網(wǎng)格蛋白和銜接蛋白（adaptin）。銜接蛋白介于網(wǎng)格蛋白與配體受體復(fù)合物之間，起連接作用。不同種類(lèi)的銜接蛋白可分別結(jié)合不同的受體。發(fā)動(dòng)蛋白(dynamin),一種小分子GTP結(jié)合蛋白，在深陷的包被小窩頸部組成成環(huán)，水解GTP引起頸部縊縮，形成網(wǎng)格蛋白包被膜泡

（clathrincoatedvesicle）幾秒以后，網(wǎng)格蛋白脫離包被膜泡，返回質(zhì)膜重復(fù)使用，脫包被的囊泡與早胞內(nèi)體（earlyendosome）融合，將轉(zhuǎn)運(yùn)分子或胞外液體攝入胞內(nèi)。銜接蛋白對(duì)受體識(shí)別機(jī)制動(dòng)物細(xì)胞膽固醇的吸收是一種受體介導(dǎo)內(nèi)吞。低密度脂蛋白(Low-densitylipoprotein,LDL)顆粒通過(guò)載脂蛋白與細(xì)胞膜上的LDL受體結(jié)合。:外膜：磷脂、膽固醇單分子層核心：膽固醇酯（1500個(gè)）最外圍（配體）：載酯蛋白受體介導(dǎo)內(nèi)吞作用已知有25種以上的大分子