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1、第五章 物质的跨膜运输与信号传递, 物质的跨膜运输 细胞通讯与信号传递,第一节 物质的跨膜运输,被动运输（passive transport）主动运输（active transport）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。,被动运输（passive transport）,特点：运输方向、跨膜动力、能量消耗、膜转运蛋白类型：简单扩散（simple diffusion）、协助扩散（facilitated diffusion）膜转运蛋白：载体蛋白（carrier proteins）通透酶（permease）性质； 介导
2、被动运输与主动运输。 通道蛋白（channel proteins）具有离子选择性，转运速率高. 离子通道是门控的；只介导被动运输 类型： 电压门通道（voltage-gated channel） 配体门通道（ligand-gated channel） 压力激活通道（stress-activated channel）,人工膜对各类物质的通透率：脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度较慢；小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过；人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。,二、
3、协助扩散,也称促进扩散（facilitated diffusion）。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。 载体：离子载体和通道蛋白两种类型。,简单扩散与协助扩散的比较,Three conformation of the acetylcholine receptor,主动运输（active transport）,特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白 被动与主动运输的比较 类型：三种基本类型 由ATP直接提供能量的主动运输 钠钾泵 （结构与机制） 钙泵（Ca2+-ATP酶） 质子泵：P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶 协同运输（cotrans
4、port） 由Na+-K+泵（或H+-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 物质的跨膜转运与膜电位,钠钾泵,构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实际上就是Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。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
5、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+。,Na+-K+ATP pump can catalyze the formation of ATP under laboratory condition,钠钾泵对离子的转运循环依赖自磷酸化过程（ATP上的一个磷酸基团转移到钠钾泵的一个天冬氨酸残基上，导致构象变化），所以这类离子泵叫做P-type。Na+-K+泵的作用：维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；维持低Na+高K+的细胞内环境；维持细胞的静息电位。地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；M
6、g2+和少量膜脂有助提高于其活性。,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。,Ca+ ATPase,Maintains low cytosolic Ca+Present In Plasma and ER membranes,Model for mode of action for Ca+ ATPas
7、e Conformation change,1、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）。 2、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，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、内体、植物液泡膜上。3、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。,质子泵,Four types of ATP-powered pumps,协同运输cotransport,是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。
8、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。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）。,1、同向协同（symport）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。2、反向协同（antiport）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
9、。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。,Glucose is absorbed bysymport,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,膜泡运输的基本概念,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）。,胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis）,作用：完成大分子与颗粒性
10、物质的跨膜运输，又称膜泡运输或批量运输（bulk transport）。属于主动运输。 胞吞作用 胞吐作用,胞吞作用,胞饮作用（pinocytosis）与吞噬作用（phagocytosis）。胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别,受体介导的内吞作用及包被的组装 胞内体（endosome）及其分选作用,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。,吞噬作用,细胞吞入液体或极小的颗粒物质。,胞饮作用,胞吐作用, 组成型的外排途径（constitutive exocytosis pathway） 所有真核细胞 连续分泌过程 用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养或信号分子） d
11、efault pathway：除某些有特殊标志的駐留蛋白和调节型分泌泡外，其余蛋白的转运途径：粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面 调节型外排途径（regulated exocytosis pathway） 特化的分泌细胞 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 膜流：动态过程对质膜更新和维持细胞的生存与生长是必要的 囊泡与靶膜的识别与融合,第二节 细胞通讯与信号传递,细胞通讯与细胞识别 细胞的信号分子与受体 通过细胞内受体介导的信号传递 通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递 由细胞表面整合蛋白介
12、导的信号传递 细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息,细胞不是孤立的生活，它与周围环境与细胞除了物质、能量的交换外，还有对信号的接收和处理。细胞的基因表达及增殖、分化、生长、衰老、死亡、代谢、神经传导、免疫等基本生命活动都与细胞信号转导有关，对细胞信号转导的研究，有利于了解基因调控网络，继而揭示基因活动与细胞行为之间的关系。细胞信号转导是当前分子生物学中三大研究内容之一。,一 细胞通讯与细胞识别,细胞通讯（cell communication）细胞识别（cell recognition）,1 细胞通讯（cell communication）,一个细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产
13、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 内分泌（endocrine） 旁分泌（paracrine） 自分泌（autocrine） 化学突触（chemical synapse） 接触性依赖的通讯 细胞间直接接触，信号分子与受体都是细胞的跨膜蛋白 间隙连接实现代谢偶联或电偶联,2 细胞识别（cell recognition）,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，进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的过程。 信号通路（si
14、gnaling pathway） 细胞识别是通过各种不同的信号通路实现的。 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。,3 细胞的信号分子与受体,信号分子（signal molecule） 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 第二信使（second messenger） 分子开关（molecular switches）,受体的定义：是细胞表面或亚细胞组分中的一种分子，可以识别并特异地与有生物活性的化学信号物质（配体）结合，从而激活或启动一系列生物化学反应，最后导致该信号物质特定的生物效应。两个功能：1、识别特异的配体；2、把识别和接受的信号准确无误的放大并传递到细胞内部，产生特定的细胞反应。,细胞内受体: 为胞外亲脂性信号分子所激活 激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）细胞表面受体: 为胞外亲水性信号分子所激活 细胞表面受体分属三大家族： 离子通道偶联的受体（ion-channel-linked receptor）G-蛋白偶联的受体（G-protein-linked receptor）酶偶连的受体（enzyme-linked receptor）,
