第四章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號(hào)傳遞

物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

細(xì)胞通訊與信號(hào)傳遞

第一節(jié)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

一、被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）二、主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport） 三、胞吞作用（endocytosis）與胞吐作用（exocytosis）物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸是細(xì)胞維持正常生命活動(dòng)的基礎(chǔ)之一。

一、被動(dòng)運(yùn)輸（Passivetransport）（一）、簡(jiǎn)單擴(kuò)散（Simplediffusion）特點(diǎn)

運(yùn)輸方向：高→低（順梯度）能量消耗：不需能量膜蛋白：不需要運(yùn)輸物質(zhì)：疏水小分子被動(dòng)運(yùn)輸?shù)亩x：無(wú)需能量，通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)物質(zhì)由高濃度向低濃度方向的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。人工脂雙層膜對(duì)不同分子的相對(duì)透性（二）協(xié)助擴(kuò)散2、特點(diǎn)：（1）轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；（2）存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率；（3）轉(zhuǎn)運(yùn)具有特異性；（4）需要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。1、定義：是各種極性分子和無(wú)機(jī)離子，如：糖、氨基酸、核苷酸以及細(xì)胞代謝物等順其濃度梯度或電化學(xué)梯度減小方向的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。

低

低

（三）、載體蛋白

1、多次跨膜蛋白2、介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)（1）有特異結(jié)合位點(diǎn)（2）構(gòu)象改變轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)（3）主動(dòng)和被動(dòng)運(yùn)輸（4）有通透酶性質(zhì)

（四）、通道蛋白1、多次跨膜蛋白形成親水通道2、介導(dǎo)轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)（1）具有離子選擇性（2）只介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸

⑴電壓門控型3、通道蛋白分類⑵配體門控型（胞外配體）⑶配體門控型（胞內(nèi)配體）⑷壓力激活型

被動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程小結(jié)被動(dòng)運(yùn)輸不耗能，跨膜過(guò)程順梯度。簡(jiǎn)單擴(kuò)散分子小，無(wú)需蛋白來(lái)相助。協(xié)助擴(kuò)散較不同，兩類蛋白有用處。載體蛋白含位點(diǎn)，構(gòu)象改變?yōu)檫\(yùn)輸。介導(dǎo)主動(dòng)與被動(dòng)，兩種運(yùn)輸都兼顧。通道蛋白種類多，離子選擇真特殊。被動(dòng)運(yùn)輸才需要，門控開啟現(xiàn)通途。

二、主動(dòng)運(yùn)輸（Activetransport）低特點(diǎn)：載體蛋白介導(dǎo)、需要能量、物質(zhì)逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)（一）類型：三種基本類型（根據(jù)所需能量來(lái)源的不同）

2、間接提供能量(偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)；

協(xié)同運(yùn)輸（cotransport）1、ATP直接提供能量；

P-型離子泵：鈉鉀泵、鈣泵（Ca2+-ATP酶）

質(zhì)子泵：P-型質(zhì)子泵、V-型質(zhì)子泵、H+-ATP酶

F-型質(zhì)子泵ABC超家族3、光能驅(qū)動(dòng)

（二）由ATP直接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸—鈉鉀泵1、結(jié)構(gòu)組成:由α和β二個(gè)亞基組成α亞基是一個(gè)跨膜多次的整合膜蛋白，具有ATP酶活性;β亞基是具有組織特異性的糖蛋白。

2、工作模式（1）結(jié)合Na+→ATP水解→構(gòu)象變化→泵出Na+（2）結(jié)合K+→去磷酸化→構(gòu)象變化→泵入K+（3）兩種構(gòu)象變化有序交替發(fā)生,每循環(huán)消耗一個(gè)ATP分子，泵出3個(gè)Na+

，泵入2個(gè)K+誰(shuí)結(jié)合Na+在哪一側(cè)？誰(shuí)構(gòu)象變化？如何引起變化？誰(shuí)結(jié)合K+在哪一側(cè)？

（三）、鈣泵和質(zhì)子泵1、鈣泵的結(jié)構(gòu)組成：多肽構(gòu)成的跨膜蛋白，每一泵單位中有約10個(gè)跨膜α螺旋，有鈣調(diào)蛋白結(jié)合鈣泵2、工作模式：⑴與ATP水解相偶聯(lián)⑵將Ca2+輸出細(xì)胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中儲(chǔ)存起來(lái)⑶每消耗一個(gè)ATP，轉(zhuǎn)運(yùn)出兩個(gè)Ca2+3、質(zhì)子泵的存在范圍：三種細(xì)胞的質(zhì)膜：植物細(xì)胞、真菌細(xì)胞、細(xì)菌細(xì)胞4、質(zhì)子泵分類

質(zhì)子泵位置機(jī)理功能P型真和細(xì)胞膜運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中涉及磷酸化和去磷酸化轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子V型動(dòng)物細(xì)胞溶酶體膜植物細(xì)胞液泡膜運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程不形成磷酸化的中間體從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中泵出H+，進(jìn)入細(xì)胞器維持基質(zhì)中性和細(xì)胞器酸性H+-ATP酶線粒體內(nèi)膜植物類囊體膜細(xì)菌質(zhì)膜H+順濃度梯度運(yùn)動(dòng)釋放能量與ATP酶偶聯(lián)儲(chǔ)存能量（四）協(xié)同運(yùn)輸1、定義：是一類由Na+-K+（或H+泵）與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式。3、特點(diǎn)：

運(yùn)輸方向：低→高能量消耗：直接動(dòng)力來(lái)自膜兩側(cè)的電化學(xué)梯度；

間接動(dòng)力是ATP；膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：需要載體蛋白2、轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程：4、分類

對(duì)向運(yùn)輸：物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相反協(xié)同運(yùn)輸可分為：共運(yùn)輸和對(duì)向運(yùn)輸分類標(biāo)準(zhǔn)：物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子順電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)移方向

的關(guān)系共運(yùn)輸：物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相同

動(dòng)、植物細(xì)胞內(nèi)由載體蛋白

介導(dǎo)的協(xié)同運(yùn)輸異同點(diǎn)比較

（五）、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)墓餐c(diǎn)1、都消耗能量（ATP直接供能或產(chǎn)生離子電化學(xué)梯度）2、都需要特異性載體蛋白

載體蛋白：結(jié)構(gòu)特異（特異結(jié)合位點(diǎn)）、可變（構(gòu)象可變）（六）、主、被動(dòng)運(yùn)輸比較形式物質(zhì)方向能量膜蛋白被動(dòng)高→低不需要簡(jiǎn)單擴(kuò)散不需要協(xié)助擴(kuò)散通道、載體蛋白主動(dòng)低→高ATP直接供能產(chǎn)生電化學(xué)梯度需載體蛋白離子小分子離子小分子三、胞吞作用（endocytosis）與胞吐作用（exocytosis）

作用：完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，又稱膜泡運(yùn)輸或批量運(yùn)輸（bulktransport）。屬于主動(dòng)運(yùn)輸。（一）胞吞作用2、分類：根據(jù)形成的胞吞泡的大小和胞吞物質(zhì)

胞飲作用（pinocytosis）：胞吞物為溶液，形成囊泡較小吞噬作用（phagocytosis）：胞吞物為大的顆粒性物質(zhì)，形成

囊泡較大1、定義：通過(guò)細(xì)胞膜內(nèi)陷形成囊泡，稱胞吞泡，將外界物質(zhì)裹進(jìn)并輸入細(xì)胞的過(guò)程

3、胞飲作用與吞噬作用的區(qū)別作用內(nèi)吞泡大小轉(zhuǎn)運(yùn)方式內(nèi)吞泡形成機(jī)制胞飲直徑小于150nm連續(xù)發(fā)生過(guò)程需要網(wǎng)格蛋白形成包被及接合素蛋白連接吞噬直徑大于250nm信號(hào)觸發(fā)過(guò)程需要微絲及其結(jié)合蛋白參與4、胞飲泡的形成機(jī)制（1）網(wǎng)格蛋白（clathrin）形成三角蛋白復(fù)合物；（2）配體和膜上受體結(jié)合（3）小分子GTP結(jié)合蛋白（dynamin）在有被小窩頸部裝配成環(huán)（4）dynamin蛋白水解

(稱網(wǎng)格蛋白有被小窩)→網(wǎng)格蛋白聚集在膜下一側(cè)形成質(zhì)膜凹陷

膜泡脫離質(zhì)膜形成有被小泡→與其結(jié)合的GTP引起頸部縊縮→（5）網(wǎng)格蛋白脫離有被小泡→重新使用

5、吞噬作用:很多原生動(dòng)物攝取營(yíng)養(yǎng)的方式多細(xì)胞動(dòng)物體內(nèi),只有某些特化細(xì)胞才有

（二）、胞吐作用1、涵義2、組成型的胞吐途徑（constitutiveexocytosispathway）⑴存在：所有真核細(xì)胞中⑵過(guò)程：

囊泡（TGN分泌的）→運(yùn)動(dòng)質(zhì)膜→囊泡與質(zhì)膜融合⑶功能：Ⅰ新合成的蛋白質(zhì)和脂類供應(yīng)質(zhì)膜更新Ⅱ囊泡的可溶性蛋白分泌到細(xì)胞外質(zhì)膜外周蛋白胞外基質(zhì)組分營(yíng)養(yǎng)成分或信號(hào)分子

⑷defaultpathway內(nèi)容粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的某些有特殊標(biāo)志的蛋白駐留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體選擇性進(jìn)入溶酶體和可調(diào)節(jié)性分泌泡其余蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)途徑：→→→粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體分泌泡細(xì)胞表面

3、調(diào)節(jié)型胞吐途徑⑴存在：特化的分泌細(xì)胞⑵過(guò)程：⑶特點(diǎn)：Ⅰ所有哺乳動(dòng)物細(xì)胞都采用的共同機(jī)制Ⅱ分選信號(hào)在于蛋白質(zhì)本身Ⅲ蛋白分選由TGN上的受體類蛋白決定（三）、膜泡運(yùn)輸方式1、膜與泡的相互作用⑴囊泡只與特定的靶膜融合⑵動(dòng)態(tài)過(guò)程：分泌細(xì)胞產(chǎn)生分泌物胞外信號(hào)刺激→儲(chǔ)存在分泌泡內(nèi)分泌泡與質(zhì)膜融合泡與質(zhì)膜融合并胞吐

質(zhì)膜表面積增加

→→質(zhì)膜其他區(qū)域減少表面積2、膜融合蛋白：克服能量障礙、催化膜融合過(guò)程

第二節(jié)細(xì)胞通訊與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)概述

一、細(xì)胞通訊（一）細(xì)胞通訊1、涵義：一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息通過(guò)介質(zhì)傳遞到另一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。2、細(xì)胞通訊方式：(1)分泌化學(xué)信號(hào)的通訊：多細(xì)胞生物最普遍的通訊方式Ⅰ內(nèi)分泌：

→→→內(nèi)分泌細(xì)胞分泌信號(hào)分子于血液血液循環(huán)將信號(hào)分子送到體內(nèi)各部位作用于靶細(xì)胞Ⅱ旁分泌：分泌局部化學(xué)介質(zhì)→局部擴(kuò)散到鄰近靶細(xì)胞存在于創(chuàng)傷和感染組織，刺激細(xì)胞增殖

Ⅲ自分泌：對(duì)自身分泌的物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)常見于病理?xiàng)l件下Ⅳ化學(xué)突觸：神經(jīng)元接受刺激→信號(hào)傳到末梢（通過(guò)動(dòng)作電位的形式）→刺激突起終末分泌化學(xué)信號(hào)→作用于靶細(xì)胞→→影響突觸后膜→產(chǎn)生電信號(hào)⑵接觸性依賴的通訊：細(xì)胞間直接接觸→信號(hào)分子（與質(zhì)膜結(jié)合）與受體分子（存在于靶細(xì)胞質(zhì)膜上）結(jié)合

（二）、信號(hào)分子與受體1、信號(hào)分子親脂性代表：甾類激素和甲狀腺素特點(diǎn)疏水性強(qiáng)可穿過(guò)膜進(jìn)入細(xì)胞與胞質(zhì)或核中受體形成激素-受體復(fù)合物親水性代表：神經(jīng)遞質(zhì)、生長(zhǎng)因子局部化學(xué)遞質(zhì)和大多數(shù)激素特點(diǎn)不能穿過(guò)脂雙層與細(xì)胞表面受體結(jié)合經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生第二信使或特殊酶

2、受體⑴涵義：是一種能夠識(shí)別和選擇性結(jié)合某種配體的大分子⑵特點(diǎn)：Ⅰ多為糖蛋白Ⅱ包括兩個(gè)功能域

結(jié)合配體的功能域（具有結(jié)合特異性）產(chǎn)生效應(yīng)的功能域（具有效應(yīng)特異性）⑶分類Ⅰ細(xì)胞內(nèi)受體：可被胞外親脂信號(hào)分子激活的基因調(diào)控蛋白Ⅱ細(xì)胞表面受體：可被胞外親水信號(hào)分子激活■離子通道偶聯(lián)受體（存在于神經(jīng)、肌肉等可興奮細(xì)胞）■G-蛋白偶聯(lián)受體■酶偶聯(lián)受體存在于不同組織的幾乎所有細(xì)胞中

細(xì)胞內(nèi)受體

離子通道偶聯(lián)受體（ion-channel-linkedreceptor）

G-蛋白偶聯(lián)的受體（G-protein-linkedreceptor）

酶偶連的受體（enzyme-linkedreceptor）

3、第二信使⑴涵義：在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的小分子，其濃度變化應(yīng)答于胞外信號(hào)與細(xì)胞表面受體的結(jié)合，并在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中行使功能⑵常見的第二信使：cAMP、cGMP、Ca2+、DAG、IP3二、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)及其特性（一）信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的基本組成與信號(hào)蛋白1、細(xì)胞表面介導(dǎo)的信號(hào)途徑的組成步驟：⑴特異受體識(shí)別胞外信號(hào)⑵產(chǎn)生第二信使⑶信號(hào)放大⑷細(xì)胞反應(yīng)終止或降低

2、信號(hào)蛋白⑴細(xì)胞表面受體⑵轉(zhuǎn)承蛋白⑶信使蛋白⑷接頭蛋白⑸放大和轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白⑹傳感蛋白⑺分歧蛋白⑻整合蛋白⑼潛在基因調(diào)控蛋白

（二）、細(xì)胞內(nèi)信號(hào)蛋白的相互作用信號(hào)分子結(jié)合受體→激活受體胞內(nèi)段酪氨酸殘基磷酸化磷酸化殘基與信號(hào)蛋白1的SH2結(jié)合信號(hào)蛋白2的酪氨酸殘基被磷酸化磷酸化的殘基分別結(jié)合信號(hào)蛋白1和接頭蛋白的SH2→→→→接頭蛋白的SH3與信號(hào)蛋白3的脯氨酸結(jié)構(gòu)域結(jié)合→→信號(hào)蛋白3被磷酸化→信號(hào)向下游傳遞（三）、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的主要特性1、特異性2、放大作用3、信號(hào)終止或下調(diào)4、細(xì)胞對(duì)信號(hào)的整合

一、受體結(jié)構(gòu)第三節(jié)細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)1、位于C端的激素結(jié)合位點(diǎn)2、位于中部的富含Cys且具有鋅指結(jié)構(gòu)的DNA或Hsp90結(jié)合位點(diǎn)3、位于N端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域

二、作用機(jī)理1、細(xì)胞內(nèi)，