细胞生物学教学课件：第五章 物质的跨膜运输

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1、第五章第五章 物质的物质的跨膜运输跨膜运输第一第一节节 生物膜与物质的跨膜转运生物膜与物质的跨膜转运第二第二节节 离子泵和协同运输离子泵和协同运输第三节第三节胞吞作用与胞吐作用胞吞作用与胞吐作用第五章第五章目的目的 了解物质跨膜运输的各个相关概念了解物质跨膜运输的各个相关概念（被动运输、主动运输、膜泡运输、膜（被动运输、主动运输、膜泡运输、膜转运蛋白、载体、离子泵等）及其特点转运蛋白、载体、离子泵等）及其特点 和机制和机制要求要求 熟练掌握物质跨膜运输的主要类型和熟练掌握物质跨膜运输的主要类型和要点要点重点重点 区分各类型物质跨膜运输的特点区分各类型物质跨膜运输的特点难点难点 理解物质跨膜运输

2、的各类型在细胞理解物质跨膜运输的各类型在细胞生理活性状态下的协同生理活性状态下的协同功能功能实验题实验题例题例题： 整合在膜上的酶不仅依赖膜脂作为支持物，整合在膜上的酶不仅依赖膜脂作为支持物，而且需要他们协助才能发挥酶活性功能。而且需要他们协助才能发挥酶活性功能。设计一实验，验证膜流动性对设计一实验，验证膜流动性对Na+/K+ATPase催化速度的影响。催化速度的影响。分析与设计方案分析与设计方案1膜脂不同成分与膜流动性（提供不同磷脂脂肪酸成膜脂不同成分与膜流动性（提供不同磷脂脂肪酸成分的组合膜脂）分的组合膜脂） 2膜上的酶膜上的酶Na+/K+ATPase的提供（去污剂分离纯化的提供（去污剂分

3、离纯化获得）获得） 3不同膜脂组成成分建成的脂质体与不同膜脂组成成分建成的脂质体与Na+/K+ATPase重建实验体系，重建实验体系， 4膜流动性测定可借鉴本教材案例方法膜流动性测定可借鉴本教材案例方法 5测定多种试验体系的测定多种试验体系的Na+/K+ATPase活性（在相同活性（在相同条件下提供酶运输的必须条件，并检测结果），以条件下提供酶运输的必须条件，并检测结果），以验证膜脂影响该酶的催化速度验证膜脂影响该酶的催化速度注：把学过的知识连接起来，并以科学的思维设计之注：把学过的知识连接起来，并以科学的思维设计之第二节第二节 离子泵和协同运输离子泵和协同运输一、离子泵一、离子泵二、协同运输

4、二、协同运输三、离子三、离子跨膜转运与膜电位跨膜转运与膜电位 P115-117P115-117复习思考题复习思考题细胞可以利用质膜两侧的离子浓度梯度来驱动物质的主动运输细胞可以利用质膜两侧的离子浓度梯度来驱动物质的主动运输,这种方式称为这种方式称为_作用作用. Na+-K+泵的能量来源是泵的能量来源是_，植物细胞中协同运输时能量的，植物细胞中协同运输时能量的直接来源是直接来源是_。 母鼠抗体从血液通过上皮细胞进入母乳，再经乳鼠的肠上皮细母鼠抗体从血液通过上皮细胞进入母乳，再经乳鼠的肠上皮细胞被摄入体内胞被摄入体内 ，这种将内吞作用与外排作用相结合的跨膜转，这种将内吞作用与外排作用相结合的跨膜转

5、运方式称为运方式称为_运输。运输。存在于质膜上的质子泵称为存在于质膜上的质子泵称为_型质子泵，型质子泵，存在于溶酶体膜和植物液泡膜上的质子泵称为存在于溶酶体膜和植物液泡膜上的质子泵称为_型质子泵型质子泵 细胞对细胞对Ca2+的的运输运输有四种方式：有四种方式：_；_；_；_。钙泵的主要作用是钙泵的主要作用是 A、降低细胞质、降低细胞质C a2+的浓度的浓度; B、提高胞质中、提高胞质中C a2+浓度浓度C、降低内质网中、降低内质网中C a2+ 的浓度的浓度;D、降低线粒体中、降低线粒体中C a2+浓度浓度复习思考题复习思考题植物细胞和细菌的协同运输常利用哪一种离子的浓度梯度来驱动A.H+B.N

6、a+C.K+D.Ca2+细胞膜在静息情况下，对下列哪种离子通透性最大A.K+B.Na+C.Cl-D.Ca2+E.Mg2+动物小肠细胞对葡萄糖的吸收依靠A.钠离子梯度驱动的同向协同运输（symport）B.钠离子梯度驱动的反向协同运输（antiport）C.钾离子梯度驱动的同向协同运输D.钾离子梯度驱动的反向协同运输第一节生物膜与物质的第一节生物膜与物质的跨膜运输跨膜运输一、一、脂双层分子的透性与膜转运蛋白脂双层分子的透性与膜转运蛋白二、二、被动运输被动运输与与主动运输主动运输一、一、脂双层分子的透性与膜转运蛋白脂双层分子的透性与膜转运蛋白膜脂膜脂的透性的透性 膜转运蛋白膜转运蛋白： 载体蛋白载

7、体蛋白（carrier proteins）与特定的溶质分子与特定的溶质分子 结合结合 （运输的溶质与载体有互补结合的结构域）；具通透酶（运输的溶质与载体有互补结合的结构域）；具通透酶 （permease）性质）性质:P102； 介导被动运输与主动运输介导被动运输与主动运输 通道蛋白通道蛋白（channel proteins）一般不与溶质一般不与溶质 分子结合。只有大小和电荷适宜的离子或颗粒才能分子结合。只有大小和电荷适宜的离子或颗粒才能 通过，只介导被动运输通过，只介导被动运输通道蛋白（通道蛋白（channel proteins）一一类类为为非非选选择择性性，例例如如：线线粒粒体体外外膜膜上上

8、的的孔孔蛋白；蛋白； 一类具有离子选择性，例如：离子通道一类具有离子选择性，例如：离子通道三个特征：转运速率高、没有饱和值、受门控开关三个特征：转运速率高、没有饱和值、受门控开关 离子通道离子通道类型类型：电压门通道（：电压门通道（voltage-gated channel） 配体门通道（配体门通道（ligand-gated channel）应力激活门通道应力激活门通道（stress-activated channel）二、二、被动运输被动运输概概念念：指指通通过过简简单单扩扩散散或或协协助助扩扩散散实实现现物物质质由由高浓度向低浓度高浓度向低浓度方向的跨膜运输。方向的跨膜运输。特点：运输方向

9、、跨膜动力、能量消耗、特点：运输方向、跨膜动力、能量消耗、 膜转运蛋白膜转运蛋白类型：类型：简单扩散简单扩散（simple diffusion）协助扩散协助扩散（facilitated diffusion）协助扩散协助扩散通道蛋白运输通道蛋白运输离子通道运输离子通道运输载体蛋白运输载体蛋白运输水孔蛋白水孔蛋白主动运输主动运输（active transport）概概念念：指指由由载载体体蛋蛋白白介介导导的的物物质质逆逆浓浓度度梯梯度度或或电电化化学梯度由低的一侧向高学梯度由低的一侧向高的一侧进行转运的方式。的一侧进行转运的方式。（满足细胞生理需要满足细胞生理需要的主动转运物质方式）的主动转运物质

10、方式） 特点：运输方向、特点：运输方向、能量消耗能量消耗、膜载体蛋白膜载体蛋白 提供能量的提供能量的三种基本类型三种基本类型 ： .ATP(能能)驱动泵驱动泵 .耦联转运耦联转运(物的势能物的势能)驱动载体蛋白驱动载体蛋白 .光光(能能)驱动泵驱动泵 离子泵离子泵:细胞主动转运离子的膜蛋白（载体蛋白）细胞主动转运离子的膜蛋白（载体蛋白）P-P-型型泵泵：由由ATP直直接接提提供供能能量量，在在泵泵周周期期中中有有一一个个亚基会发生磷酸化或去磷酸化，形成亚基会发生磷酸化或去磷酸化，形成磷酸化中间体磷酸化中间体 钠钾泵的钠钾泵的结构结构与与机制机制；分布与作用；分布与作用:P110 钙泵钙泵结构结

11、构和和Ca2+-ATP酶酶 工作原理工作原理 P-型质子泵型质子泵 V-型泵与型泵（型泵与型泵（ H+-ATP合酶合酶）：）：质子泵质子泵 ABC超家族蛋白（泵超家族蛋白（泵） ATP间接提供能量的主动运输间接提供能量的主动运输协同运输协同运输（cotransport）1.1.概念：概念：协同运输（协同运输（cotransportcotransport）是指一种物质的）是指一种物质的运输伴随另一种物质的运输。它是一类运输伴随另一种物质的运输。它是一类靠间接提供靠间接提供能量能量完成的主动运输方式。完成的主动运输方式。2.2.能量：能量：来源于钠钾泵或质子泵消耗来源于钠钾泵或质子泵消耗ATPAT

12、P产生膜两侧产生膜两侧的电化学浓度梯度，驱动协同运输所进行。的电化学浓度梯度，驱动协同运输所进行。动物细胞动物细胞中常常利用膜两侧中常常利用膜两侧NaNa+ +浓度梯度来驱动，浓度梯度来驱动，植物细胞和细菌植物细胞和细菌常利用常利用H H+ +浓度梯度来驱动浓度梯度来驱动。3.3.类型：类型：共运输（共运输（同向转运同向转运 symportsymport） 对运输（对运输（反向转运反向转运 antiportantiport）同向转运同向转运同向转运指转运物质的方向与耦连的离子同向转运指转运物质的方向与耦连的离子转移方向相同。转移方向相同。例：小肠上皮细胞吸收葡萄糖的转运可以利例：小肠上皮细胞吸

13、收葡萄糖的转运可以利用胞外高浓度用胞外高浓度Na+协同共运输完成。协同共运输完成。P114图。图。反向转运反向转运反向转运指转运物质的方向与耦连的离子转移方转运物质的方向与耦连的离子转移方向相反（对）。向相反（对）。例动物细胞利用胞外例动物细胞利用胞外Na+驱动驱动Na+/H+ 反向运输反向运输H+,是是细胞内细胞内pH升高到升高到7.4，适应细胞分裂环境等。，适应细胞分裂环境等。图总结膜图总结膜转运蛋白转运蛋白：离子通道离子通道离子泵离子泵协助扩散协助扩散偶联运输偶联运输（包括同向、包括同向、反向反向）偶联反向转运偶联同向转运协助运输离子通道ATP泵单向转运物质的跨膜运输和膜电位物质的跨膜运

14、输和膜电位膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。静息电位（静息电位（resting potential）：细胞在静息状态下的膜电）：细胞在静息状态下的膜电位。位。动作电位（动作电位（active potential）：细胞在刺激作用下的膜电）：细胞在刺激作用下的膜电位。位。极化：在静息电位状态下，质膜内为负值，外为正值的现象。极化：在静息电位状态下，质膜内为负值，外为正值的现象。去极化：由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消失。去极化：由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消失。反极化：离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位

15、的现反极化：离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位的现象。象。超极化：离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。超极化：离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。细胞随离子通道、离子泵的开启与关闭引发膜电位发生变化，细胞随离子通道、离子泵的开启与关闭引发膜电位发生变化，在神经，肌肉细胞中引起兴奋传递具有重要的生物学意义。在神经，肌肉细胞中引起兴奋传递具有重要的生物学意义。三、膜泡运输三、膜泡运输胞吞作用和胞吐作用胞吞作用和胞吐作用完成完成大分子大分子和和颗粒性物质颗粒性物质的跨膜的跨膜运输，因质膜形成囊泡而得名，又称批量运输运输，因质膜形成囊泡而得名，又称批量运输（bulk transport）

16、。）。胞吞作用胞吞作用 胞吐作用胞吐作用（一）（一）胞吞作用胞吞作用概念：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡概念：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡），将外界物质包裹并输入细胞（胞吞泡），将外界物质包裹并输入细胞的过程。的过程。类型：类型：胞饮作用胞饮作用（pinocytosis） 吞噬作用吞噬作用（phagocytosis）1.胞饮作用胞饮作用特点：胞吞物为液体和溶质；特点：胞吞物为液体和溶质； 形成的胞吞泡小（直径小于形成的胞吞泡小（直径小于150nm）；）； 连续发生的过程；连续发生的过程； 网格蛋白网格蛋白和结合素蛋白参与。和结合素蛋白参与。胞吞泡的形成：配体和受体结合胞吞泡的形成：配

17、体和受体结合网格蛋白聚集网格蛋白聚集有被小窝有被小窝去被的囊泡和胞内体融合去被的囊泡和胞内体融合有被小泡有被小泡b.b.受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用：VBVB1212、激素、抗体、病毒及、激素、抗体、病毒及LDLLDL内吞作用内吞作用 胞内体（胞内体（endosome）及其）及其分选作用分选作用：返回、消化、转胞吞作用：返回、消化、转胞吞作用a.非特异性胞吞作用非特异性胞吞作用2.吞噬作用吞噬作用特点：胞吞物为特点：胞吞物为大分子大分子和和颗粒颗粒物质；物质； 形成的胞吞泡大（直径大于形成的胞吞泡大（直径大于250nm）；）； 信号触发过程；信号触发过程； 微丝微丝和结合蛋白参与。和结

18、合蛋白参与。作用：防御侵染和垃圾清除工。作用：防御侵染和垃圾清除工。胞饮作用和吞噬作用的胞饮作用和吞噬作用的区别区别主要有三点主要有三点 特特 征征 物质状态、胞吞泡的大小物质状态、胞吞泡的大小 转运方式转运方式 胞吞泡形成机制胞吞泡形成机制胞饮作用胞饮作用 溶液溶液 小于小于150nm 150nm 连续的过程连续的过程 网格蛋白和接合素蛋白网格蛋白和接合素蛋白吞噬作用吞噬作用 大颗粒大颗粒 大于大于250nm 250nm 受体介导的信受体介导的信 微丝和结合蛋白微丝和结合蛋白 号触发过程号触发过程 胞吐作用胞吐作用 组成型组成型的外排途径的外排途径（constitutive exocytos

19、is pathway） 调节型调节型外排途径外排途径（regulated exocytosis pathway） 膜流膜流组成型组成型的外排途径的外排途径所有真核细胞都发生所有真核细胞都发生 是连续分泌的过程是连续分泌的过程 用用于于质质膜膜更更新新（膜膜脂脂、膜膜蛋蛋白白、胞胞外外基基质质组组分分、营养或信号分子）营养或信号分子）组组成成型型胞胞吐吐又又称称去去限限定定途途径径（ default pathway ）：除除某某些些有有特特殊殊标标志志的的駐駐留留蛋蛋白白和和调调节节型型分分泌泌泡泡外外，其其余余蛋蛋白白的的转转运运途途径径：粗粗面面内内质质网网高高尔尔基基体体分泌泡分泌泡细胞表

20、面细胞表面 调节型调节型外排途径（外排途径（regulated exocytosis pathway）特化的分泌细胞发生。特化的分泌细胞发生。 分泌泡：储存分泌泡：储存刺激刺激释放释放例如胰腺例如胰腺细胞分泌胰岛素。细胞分泌胰岛素。 产产生生的的分分泌泌物物（如如激激素素、粘粘液液或或消消化化酶酶）具具有有共共同同的的分分选选机机制制，分分选选信信号号存存在在于于蛋蛋白白本本身身，分分选选主主要由高尔基体要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定上的受体类蛋白来决定 膜流膜流 膜膜流流： 胞胞吞吞和和胞胞吐吐作作用用及及小小泡泡 运运输输，使使膜膜处处于于循循环环动动态态平平衡衡状状态态的的过过程

21、程。动动态态过过程程对对质质膜膜更更新新和和维维持持细细胞胞的的生生存存与生长是必要的。与生长是必要的。气体分子气体分子苯苯小的脂溶性小的脂溶性分子分子小的不带电荷小的不带电荷的极性分子的极性分子水水 甘油（丙三醇）甘油（丙三醇） 乙醇乙醇大的不带电荷大的不带电荷的极性分子的极性分子氨基酸氨基酸 葡萄糖葡萄糖核苷酸核苷酸带电荷的离子带电荷的离子人工合成脂质双分子层人工合成脂质双分子层(膜膜) 正负离子正负离子简单扩散与协助扩散的比较简单扩散与协助扩散的比较载体蛋白协助扩散比简单载体蛋白协助扩散比简单扩散要快得多，并会表现扩散要快得多，并会表现最大转运速率（最大转运速率（vmax）KM:最大转运

22、速率一半时最大转运速率一半时的某物质浓度。以数值可的某物质浓度。以数值可代表该载体转运这种物质代表该载体转运这种物质的能力大小。的能力大小。人的葡萄糖载体蛋白家族人的葡萄糖载体蛋白家族有有12个成员个成员GLUT1-12，其协助扩散速率各有不，其协助扩散速率各有不同同P108膜转运蛋白膜转运蛋白被动运输主动运输1简单扩散2通道蛋白介导的3载体蛋白介导的转运分子通道蛋白通道蛋白载体蛋白载体蛋白能量浓度梯度载体蛋白 P103表举例表举例动物细胞膜上的载体蛋白动物细胞膜上的载体蛋白-通透通透酶酶 特性：特性：1 特异性结合位点；特异性结合位点；2 转运的溶质转运的溶质专一；专一；3 具酶的饱和动力学

23、曲线；具酶的饱和动力学曲线；4 被抑制物（剂）竞争抑制；被抑制物（剂）竞争抑制；5 依赖一定的依赖一定的PH值；但不同的是值；但不同的是载体蛋白载体蛋白对溶质分子不作任何共价修饰。对溶质分子不作任何共价修饰。载体蛋白介导的被动运输2结合位点3转运机制：构象1溶质分子浓度梯度：动物细胞膜上的离子通道举例见动物细胞膜上的离子通道举例见 P103配体门配体门配体门配体门电压门电压门应力门应力门听觉毛状细胞的机械敏感门通道作用原理 菌紫质耦联转运载体ATP驱动的泵光驱动的泵天冬氨酸残基在动物、植物细胞由载体蛋白介导的协同运输异同点的比较细胞膜细胞膜膜外蛋白膜外蛋白膜内蛋白膜内蛋白胞饮物胞饮物胞饮泡膜胞

24、饮泡膜胞胞饮饮作作用用示示意意图图P123G蛋白偶联受体GPLR：种类繁多，真核细胞普遍表达（7次跨膜）信号分子包括：感觉信号（光、嗅、激素、神经递质等）G蛋白偶联受体（GPLR）的效应器：AC、PLC、PLA2、GRK（ GPLR 激酶）、PDE、PI3K、离子通道等分子开关分子开关：指在细胞内信号传递中起信号放大和指在细胞内信号传递中起信号放大和终止作用的激活机制和失活机制，它们都是蛋白终止作用的激活机制和失活机制，它们都是蛋白质分子。质分子。（A）细胞内受体蛋白作用模型;（B）几种胞内受体蛋白超家族成员 P129乙酰胆碱N受体（260KD）外周型：5个亚基组成（2）调节主要为亚基变化通道

25、开启：Na+ 内流，K+外流，膜去极化。亚基-被异戊酰化（isoprenylated）修饰连在膜上；亚基-被豆蔻酸化（myristoylated）修饰连在膜上。P140P144Converge on RasRTKGLRLigandLigand PLCRasACGPRafDAGIP3cAMPMAPKKMAPK Transcription Factors PKC Ca2+CaMKPKA PMSignals transmitted from the EGF receptor can diverge along several distinct pathways.An example of cross

26、talk between two major signaling pathways高浓度高浓度低浓度低浓度适合简单扩散的物质适合简单扩散的物质:不带电荷小分子物质不带电荷小分子物质: 水水.尿素尿素.二氧化碳二氧化碳脂溶性物质脂溶性物质(非极性物质非极性物质): 苯苯.乙醇乙醇.氧氧.氨氨不适合简单扩散的物质不适合简单扩散的物质:带电荷物质带电荷物质通道蛋白通道蛋白：形成贯穿脂双层之间的：形成贯穿脂双层之间的通道。通道。高浓度高浓度低浓度通道蛋白LDL颗粒有被小窝有被小泡无被小泡胞内体受体与大分子颗粒分开胞内体部分 融合去被内吞胞内体部分受体再循环初级溶酶体吞噬溶酶体融合LDL受体胞内体膜上有

27、胞内体膜上有ATP驱动的质子驱动的质子泵，将泵，将H+泵进泵进胞胞内体腔中，内体腔中，使腔内使腔内PH降低，降低，引起引起LDL与受体与受体分离。包内体以分离。包内体以出芽的方式形成出芽的方式形成运载受体的小泡，运载受体的小泡，返回细胞膜，重返回细胞膜，重复使用。含复使用。含LDL的包内体与溶酶的包内体与溶酶体融合，体融合，LDL被被水解，释放出胆水解，释放出胆固醇和脂肪酸供固醇和脂肪酸供细胞利用。细胞利用。低密度脂蛋白低密度脂蛋白（low-density lipoproteins,LDL):是胆固醇在肝是胆固醇在肝细胞合成后与磷细胞合成后与磷脂和蛋白质形成脂和蛋白质形成的复合物的复合物,进入

28、血进入血液，通过与细胞液，通过与细胞表面的表面的LDL受体受体结合形成受体结合形成受体-LDL复合物，通复合物，通过网络蛋白有被过网络蛋白有被小泡的内化作用小泡的内化作用进入细胞，经脱进入细胞，经脱被与胞内体融合。被与胞内体融合。胞内体的分选胞内体的分选胞内体胞内体是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞吞作用摄入的物质进到溶酶体中被降解。胞吞作用摄入的物质进到溶酶体中被降解。 胞内体膜上有胞内体膜上有ATP驱动的质子泵，将氢离子泵进胞内体腔驱动的质子泵，将氢离子泵进胞内体腔中，使腔内的中，使腔内的pH降低（降低（pH56），从而引起胞吞物与受

29、），从而引起胞吞物与受体分离。胞内体以出芽的方式形成运载受体的小囊泡，返体分离。胞内体以出芽的方式形成运载受体的小囊泡，返回细胞质膜，受体重复使用。胞内体被认为是膜泡运输的回细胞质膜，受体重复使用。胞内体被认为是膜泡运输的主要分选站之一。主要分选站之一。不同类型受体的胞内体的分选途径：不同类型受体的胞内体的分选途径：（1）返回原来的质膜结构域，重新发挥受体的作用；）返回原来的质膜结构域，重新发挥受体的作用；（2）进入溶酶体中被消化掉，称为受体下行调节；）进入溶酶体中被消化掉，称为受体下行调节；（3）被运至质膜的不同结构域，称为转胞吞作用。）被运至质膜的不同结构域，称为转胞吞作用。通过网络蛋白有

30、被小泡介导的选择性运输示意图通过网络蛋白有被小泡介导的选择性运输示意图（网络蛋白：轻链和重链组成包被的结构单位 ）（接合素蛋白） （转运分子（转运分子-配体）配体）（转运分子受体）（转运分子受体）（膜泡形成）配体配体（Ligand）是通常本身具有其特别的生物活性，并且能和接受体(receptor)结合，呈现特异性的生物活性分子。 四类四类Transport ATPase ( pump)四类四类ATP驱动泵驱动泵转运离子、单糖、氨基酸、磷脂、胆固醇等分子泵质子泵质子泵可分为三种可分为三种:ABCABC超家族蛋白（泵）超家族蛋白（泵）哺乳动物多药抗性蛋白哺乳动物多药抗性蛋白1肿瘤细胞过量表达它，这

31、类转运泵把治病药物泵出细胞，以致肿瘤细胞过量表达它，这类转运泵把治病药物泵出细胞，以致抵抗药物治疗，难于治疗表达抵抗药物治疗，难于治疗表达MDR膜蛋白衍生来的肿瘤细胞。膜蛋白衍生来的肿瘤细胞。F-type ATPasesCaCa2+2+- -ATPATP酶作用机理酶作用机理Ca2+ pump, Ca2+ ATPase钙泵的主要存在细胞质膜和内质网（钙库）膜上；钙泵的主要存在细胞质膜和内质网（钙库）膜上； 钙泵的主要作用：降低细胞质中的钙离子浓度。钙泵的主要作用：降低细胞质中的钙离子浓度。Ca2+ 泵的工作原理类似于泵的工作原理类似于Na+ -K+ 泵泵: 在在细细胞胞质质面面有有同同 CaCa

32、2+2+结结合合的的位位点点，一一次次可可以以结结合合两两个个 CaCa2+2+，CaCa2+2+结结合合后后使使酶酶激激活活，并并结结合合上上一一分分子子 ATPATP，伴伴随随着着 ATP ATP 的的水水解解酶酶被被磷磷酸酸化化，CaCa2+2+泵泵构构型型发发生生改改变变，结结合合CaCa2+2+的的转转到到细细胞胞外外侧侧被释放，此时酶发生去磷酸化，构型恢复到原始的静息状态。被释放，此时酶发生去磷酸化，构型恢复到原始的静息状态。Structure of Ca2+ ATPase膜膜受受体体的的结结构构特特点点配体结合区配体结合区域域：受体蛋白向着细胞外部分，多为糖蛋白，：受体蛋白向着细

33、胞外部分，多为糖蛋白，可识别不同的配体，狭义受体指此部位。可识别不同的配体，狭义受体指此部位。：受体蛋白向着细胞质部分，一般具有酶的活：受体蛋白向着细胞质部分，一般具有酶的活性，配体与受体结合前，它是无活性的，只有性，配体与受体结合前，它是无活性的，只有受体与配体结合后才被激活，引起一系列变化，受体与配体结合后才被激活，引起一系列变化，产生相应的生物效应。产生相应的生物效应。效应区域效应区域膜膜受受体体类类型型单体型单体型：由一个镶嵌蛋白分子构成。复合型复合型：由两个或多个镶嵌蛋白聚合一起形成。第一信使（第一信号）：第一信使（第一信号）：指细胞外的信号分子，与膜受体结合的配指细胞外的信号分子，

34、与膜受体结合的配体不直接参与细胞的物质和能量代谢，而作为一种信使起传递信息体不直接参与细胞的物质和能量代谢，而作为一种信使起传递信息的作用。的作用。第二信使（第二信号）：第二信使（第二信号）：第一信使与受体作用后在胞内最早产生的第一信使与受体作用后在胞内最早产生的信号分子，可改变靶细胞中已存在的酶或非酶蛋白的活性，引起细信号分子，可改变靶细胞中已存在的酶或非酶蛋白的活性，引起细胞对外界信号的反应。胞对外界信号的反应。第二信使学说第二信使学说1965Sutherland1971年获诺贝尔奖年获诺贝尔奖cAMPcGMP 二酰基甘油（二酰基甘油（DG)三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP3) Ca2+ （第三

35、信使）（第三信使） 第二信使分子第二信使分子级联反应级联反应细胞表面受体从接受信号到最终的综合性应答包括信细胞表面受体从接受信号到最终的综合性应答包括信号转导过程和信号放大。号转导过程和信号放大。信号进行的逐级传递放大称信号进行的逐级传递放大称级联反应或信号级联放大级联反应或信号级联放大。组成级联反应的各个成员称一个级联：由磷酸化酶和组成级联反应的各个成员称一个级联：由磷酸化酶和去磷酸化酶组成。去磷酸化酶组成。级联反应作用：信号放大，信号转移，信号转化等。级联反应作用：信号放大，信号转移，信号转化等。P146图GPLR的C端富含Ser 和Thr磷酸化位点-受体磷酸化失敏机制G蛋白偶联受体GPL

36、R：种类繁多，真核细胞普遍表达（7次跨膜）信号分子包括：感觉信号（光、嗅、声等；激素、神经递质等）G蛋白偶联受体（GPLR）的效应器：AC、PLC、PLA2、GRK（ GPLR 激酶）、PDE、PI3K、离子通道等G蛋白又叫鸟苷酸结合调节蛋白。是蛋白又叫鸟苷酸结合调节蛋白。是一类一类GTP结合蛋白家族。结合蛋白家族。 G蛋白有蛋白有单体单体G蛋白蛋白（一条多肽链）、（一条多肽链）、多亚基多亚基G蛋白蛋白。 G蛋白参与细胞通讯、核糖体与内质网结合、小泡运输、微蛋白参与细胞通讯、核糖体与内质网结合、小泡运输、微管组装、蛋白质合成。管组装、蛋白质合成。 与与G蛋白偶联受体连接的蛋白偶联受体连接的G蛋

37、白蛋白是由是由、3个不同的亚基个不同的亚基组成的异源三聚体组成的异源三聚体GTP结合调节蛋白。当结合调节蛋白。当G亚基结合亚基结合GTP活活化；当化；当G亚基结合亚基结合GDP时失活。时失活。 G亚基上有亚基上有鸟苷酸结合位点鸟苷酸结合位点、GTPase活性结构域活性结构域、ADP核核糖化位点糖化位点。受体酪氨酸激酶特点受体酪氨酸激酶特点多为单次跨膜的蛋白质分子多为单次跨膜的蛋白质分子与配体结合时二分子受体形成二聚体自身磷酸化相互与配体结合时二分子受体形成二聚体自身磷酸化相互激活胞内端激活胞内端受体酪氨酸激酶胞内端有：活性区域（催化作用）和受体酪氨酸激酶胞内端有：活性区域（催化作用）和结合区域

38、（连接其他蛋白）结合区域（连接其他蛋白）结合区域结合区域：SH2、SH3。在。在Src蛋白发现它除有酪氨酸蛋白发现它除有酪氨酸激酶活性区域外还有两个与其它蛋白作用的结合区域，激酶活性区域外还有两个与其它蛋白作用的结合区域，研究发现胞内一些蛋白也有这两种结构的结合区域，研究发现胞内一些蛋白也有这两种结构的结合区域，依据它们的序列同源性分别称为依据它们的序列同源性分别称为SH2、SH3结构区域。结构区域。结合区域作用：识别特异性、使活化的酶与底物更接结合区域作用：识别特异性、使活化的酶与底物更接 近催化区而被活化。近催化区而被活化。(a) 由单亚基膜蛋白形成的通道;(b)由多亚基蛋白形成的通道。

39、水孔蛋白水孔蛋白AQP1是由四个相同的亚基构成，每个亚基的相对是由四个相同的亚基构成，每个亚基的相对分子质量为分子质量为28kDa，每个亚基有六个跨膜结构域，在跨膜结，每个亚基有六个跨膜结构域，在跨膜结构域构域2与与3、5与与6之间有一个环状结构，是水通过的通道之间有一个环状结构，是水通过的通道AQP1水通道蛋白水通道蛋白 水孔蛋白的跨膜结构域水孔蛋白的跨膜结构域 简单扩散溶质的脂溶性与通过细胞膜能力的关系溶质的脂溶性与通过细胞膜能力的关系 简单扩散：小分子热运动方式使之通过生物膜简单扩散：小分子热运动方式使之通过生物膜不同分子对人工磷脂双层的通透性不同分子对人工磷脂双层的通透性 协助扩散协助

40、扩散协助扩散与简单扩散的动力学比较协助扩散与简单扩散的动力学比较 载体蛋白载体蛋白：与特定溶质结合改变构象使溶质穿越细胞膜。与特定溶质结合改变构象使溶质穿越细胞膜。 红细胞质膜载体蛋白促进葡萄糖扩散示意图红细胞质膜载体蛋白促进葡萄糖扩散示意图离子通道离子通道这类通道的构型变化依据细胞内外带电离子的状态，这类通道的构型变化依据细胞内外带电离子的状态，主要是通过膜电位的变化使其构型发生改变，主要是通过膜电位的变化使其构型发生改变， 从而将从而将门门打开。打开。几种不同的门控离子通道几种不同的门控离子通道 2009年诺贝尔生理学或医学奖年诺贝尔生理学或医学奖得主得主伊丽莎白伊丽莎白-布莱克本；布莱克

41、本； 卡罗尔卡罗尔-格雷德；格雷德； 杰克杰克-绍斯塔克绍斯塔克以表彰他们以表彰他们“发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的发现端粒和端粒酶是如何保护染色体的”。他。他们的研究成果揭示，端粒变短，细胞就老化；如果端粒酶们的研究成果揭示，端粒变短，细胞就老化；如果端粒酶活性很高，端粒的长度就能得到保持，细胞的老化就被延活性很高，端粒的长度就能得到保持，细胞的老化就被延缓。缓。三位三位2009年诺贝尔奖得主简历年诺贝尔奖得主简历伊丽莎白伊丽莎白-布莱克本布莱克本拥有美国和澳大利亚双重国籍，拥有美国和澳大利亚双重国籍，1948年年11月出月出生在澳大利亚霍巴特。伊丽莎白生在澳大利亚霍巴特。伊丽莎白-布莱

42、克本布莱克本1970年本科毕业于墨尔年本科毕业于墨尔本大学，本大学，1971年获得墨尔本大学理科硕士学位。之后前往英国剑桥年获得墨尔本大学理科硕士学位。之后前往英国剑桥大学深造，大学深造，1975年获得分子生物学博士。年获得分子生物学博士。1978年，她成为美国加年，她成为美国加州大学伯克利分校的助理教授。正是在这所大学工作期间，她做出州大学伯克利分校的助理教授。正是在这所大学工作期间，她做出了有关染色体和了有关染色体和DNA的开创性发现。的开创性发现。1990年伊丽莎白年伊丽莎白-布莱克本来布莱克本来到美国加利福尼亚旧金山大学。目前她是到美国加利福尼亚旧金山大学。目前她是旧金山大学莫里斯旧金

43、山大学莫里斯赫尔赫尔兹斯坦生物学和生理学教授兹斯坦生物学和生理学教授。卡罗尔卡罗尔-格雷德格雷德是美国人，是美国人，1961年出生在圣地亚哥，年出生在圣地亚哥，1987年在加州年在加州大学伯克利分校赢得分子和细胞生物学博士学位。在美国冷泉港实大学伯克利分校赢得分子和细胞生物学博士学位。在美国冷泉港实验室完成博士后研究后，验室完成博士后研究后，1997年卡罗尔年卡罗尔-格雷德被美国格雷德被美国巴尔的摩约巴尔的摩约翰翰-霍普金斯医学院分子生物学和遗传学系任命为教授。霍普金斯医学院分子生物学和遗传学系任命为教授。杰克杰克-绍斯塔克绍斯塔克1952年出生在英国，在加拿大长大。杰克年出生在英国，在加拿大长大。杰克-绍斯塔克绍斯塔克曾在蒙特利尔麦吉尔大学学习，曾在蒙特利尔麦吉尔大学学习，1977年在美国纽约伊萨卡康奈尔大年在美国纽约伊萨卡康奈尔大学获得博士学位。自学获得博士学位。自1979年起，杰克年起，杰克-绍斯塔克一直在绍斯塔克一直在美国哈佛医美国哈佛医学院工作学院工作，目前是波士顿马萨诸塞州综合医院遗传学教授。他还供，目前是波士顿马萨诸塞州综合医院遗传学教授。他还供职于哈佛休斯医学研究所。职于哈佛休斯医学研究所。