第五章物质的跨膜运输

调节型胞吐途径
一、胞吞作用
一、胞吞作用 胞饮作用与吞噬作用区别
（1）胞吞泡大小不同。胞饮泡<150nm； 吞 噬泡>250nm （2）转运方式不同。胞饮作用可连续转 运；吞噬作用需要受体介导的信号触发。 （3）胞吞泡形成机制不同。 胞饮泡需要网格蛋白形成包被及接合素蛋 白参与；吞噬泡需要有微丝及其结合蛋白 的帮助。
二、小分子物质的跨膜运输类型 （三）主动运输
由转运蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化 学梯度由低浓度一侧向高浓度一侧跨膜转运的 方式。
需与某种释放能量的过程耦联（耗能）。
根据能量的来源，主动运输的三种类型： （1）ATP驱动泵 （2）耦联转运蛋白（同向与反向转运蛋白使
两种不同溶质同时转运，其中一种是顺 浓度梯度转运） （3）光驱动泵（如细菌的菌紫红质利用光能 驱运H+的转运）
水孔蛋白结构
由4个亚基组成的四聚体；每亚基由3对同 源的跨膜α螺旋（1-4、2-5、3-6）组成
水孔蛋白特点： 只允许水而不允许离子或其他小分子溶
质通过通过。 原因：
①跨膜结构域中高度保守的氨基酸残基 （Arg、His及Asp）侧链与通过的水分子形 成氢键。
②4个亚基围成非常狭窄的孔径。
水分子通过水孔蛋白
第二节 ATP 驱动泵与主动运输 三种主动运输方式中， ATP 驱动泵最常见 ATP 驱动泵分类：
P-型离子泵 转运离子泵 V-型质子泵
F-型质子泵 转运小分子泵：ABC超家族
第二节 ATP 驱动泵与主动运输 一、P-型离子泵
2个独立的α亚基（绝大多数还有2个β 亚基——通常只起调节作用，而不直接参与 转运）。
• 状态A与状态B这两种构象的转变是随机发 生的，不依赖于是否有溶质与之结合或是 否完全可逆。
载体蛋白的特点： 1.具有高度选择性
特异性结合位点只能与特异性底物（溶质） 结合 2.具有饱和动力学特征 能被底物类似物竞争性抑制、或被某种 抑制剂非竞争性抑制——类似酶的特征，故 有人称载体蛋白为通透酶（permease）。 3.对转运的溶质分子不作任何共价修饰
（一）吞噬作用
（二）胞饮作用 网格蛋白依赖的胞吞作用
包被的结构
包被的组装
（二）胞饮作用 受体介导LDL的胞吞作用
三、胞吐作用 1、组成型的胞吐途径
所有真核细胞类型； 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）。 途径：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
选择性通道——绝大多数真核细胞膜，为 门控通道，如离子通道、水孔蛋白。
离子通道： 选择性和门控性跨膜通道。
类型： ①电压门 控通道(voltage-gated channel) 跨膜结构域随膜电位变化而位移，从而
使通道关闭或开启。
离子通道： ②配体门控通道(ligand-gated channel) 膜内外小分子配体与通道蛋白结合引起
一、P-型离子泵 （二）另外 P-type punps:
包括H+ 和 H+/K+ ATPases （1）H+ pump
在控制细胞内pH值 过程起关键作用。 （2）H+/K+ ATPases
存在于哺乳动物胃壁泌酸细胞膜上，能将高 达0.16N的盐酸进入胃腔，而将K+泵出。
二、V-型质子泵和F-型质子泵 1、V-type：
三、胞吐作用 2、调节型的胞吐途径
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。
二、小分子物质的跨膜运输类型 （二）被动运输 1.葡萄糖转运蛋白 葡萄糖转运蛋白家族：人类基因组编码12种
与糖转运相关的载体蛋白GLUT1～GLUT12，构 成GLUT。
GLUT家族特点： ①高度的同源序列 ②均有12次跨膜的α螺旋 ③跨膜结构域主要由疏水性氨基酸组成 有些α螺旋带有Ser、Thr、Asp和Glu残基，
位于小泡（vacuole）的膜上，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、动物细胞的内吞体、高 尔基体的囊泡膜、植物液泡膜上。
二、V-型质子泵和F-型质子泵 2、F-type：
是由许多亚基构成的管状结构，H＋沿浓 度梯度运动，所释放的能量与ATP合成耦联 起来，所以也叫ATP合酶（ATP synthase),F 是氧化磷酸化或光合磷酸化偶联因子（factor） 的缩写。位于线粒体、叶绿体相关膜上。
Hyperpolarizing phase: K+ channels remain open, Na+ channels inactivated.
第三节 胞吞作用与胞吐作用 作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜 运输，又称膜泡运输或批量运输。属于主动 运输。 胞吞作用 胞饮作用
吞噬作用 胞吐作用 组成型胞吐途径
F型质子泵不仅可以利用质子动力势将ADP转化成ATP，也可以利 用水解ATP释放的能量转移质子。
三、ABC超家族 4个核心结构域： 2个跨膜结构域（T），形成分子跨膜通道； 2个胞质侧ATP结合域（A）： 通过结合ATP
发生二聚化，ATP水解后解聚，通过构象的改变 将与之结合的底物转移至膜的另一侧 。
（二）Ca2+ pump 肌质网膜上的Ca2+泵： 1000个AA；与Na-K泵 的α亚基同源；10个
跨膜α螺旋；胞质侧有2个Ca2+结合位点和ATP
结合位点,但无钙调蛋白（CaM）结合位点。
一、P-型离子泵 （二）Ca2+ pump
②钠钙交换器（Na+-Ca2+ exchanger），属 于反向协同运输体系（antiporter），通过钠 钙交换来转运钙离子。
α亚基发生磷酸化和去磷酸化反应，从 而改变泵蛋白构象，实现离子的跨膜转运。
种类：
Na+-K+ pump 、Ca2+ pump 、H+ pump 、H+-K+ pump
一、P-型离子泵 （一）Na+-K+ pump
2个α亚基与2个β亚基组成的四聚体； α亚基在膜内外各有与Na+结合位点和与K +结合的位点。
可与葡萄糖-OH形成氢键——葡萄糖结合位点。
GLUT工作原理
GLUT协助葡萄糖转运的特点：
（1）比简单扩散转运率高得多
（2）具有酶动力学基本特征，存在最大转运 （速3）率不（同Vm的axG）U。LT可蛋用白K对m值溶（质达的到亲最和大力转不运同， 且速具率有一转半运的特葡异萄性糖溶浓质度的）偏来好衡性量。某如物GU质L的T5 偏转好运于速转率运。果如糖G。ULT2的Km≈20mmon/L、 G
第一节 膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输 一、脂双层的不透性与膜转运蛋白 *细胞质膜转运蛋白的种类
脂双层的不透性使得多数物质的跨膜转运需 要特定的膜转运蛋白。
载体蛋白（carrier protein） 通道蛋白（channel protein）
（一）载体蛋白及其功能 有多个跨膜结构域的膜蛋白质分子。
通道蛋白变构，从而使通道关闭或开启。 ③应力激活通道(stress-activated channel ) 通道蛋白感应应力而变构，从而开启通道
形成离子流，产生电信号。
离子通道的三种类型
电压门控离子通道实例：铰链细胞失
原理：含羞草的叶柄基部和复叶基部,都有一个膨大部分,叫 作叶枕。叶枕细胞 （铰链细胞）受刺激时，其膜钙离子门 控通道打开，钙内流，产生AP，致使铰链细胞的液泡快速 失水而失去膨压，从而叶枕就变得瘫软,小羽片失去叶枕的 支持,依次地合拢起来。
应力激活的离子通道实例：听毛细胞兴奋
离子通道的特征： （1）具有极高的转运速率 比载体转运速率高1000倍以上；带电离
子的跨膜转运动力来自跨膜电化学梯度。 （2）离子通道没有饱和值 离子浓度增大，通过率也随之增大。 （3）离子通道是门控的，并非连续开放 离子通道的开与闭受控于适当的细胞信号。
第一节 膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输 二、小分子物质的跨膜运输类型
第五章
物质的跨膜运输
第一节 膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输 一、脂双层的不透性与膜转运蛋白 *细胞质膜内外离子分布的不均匀性 产生的机制： ①取决于一套特殊的膜转运蛋白的活性。
如：钠泵、钾泵、钙泵等 ②取决于质膜本身脂双层所具有的疏水性特征。
脂双层形成疏水性分子和离子的渗透屏障， 对绝大多数溶质分子和离子是高度不透的。
①简单扩散（simple diffusion） ②被动运输（passive transport）：也称协助 扩散（facilitated diffusion） ③主动运输（a （一）简单扩散（simple diffusion） 小分子物质以热运动的方式顺电化学梯度
ULT1的Km ≈1.5mmon/L
二、小分子物质的跨膜运输类型 （二）被动运输 2.水孔蛋白（AQP）：水分子的跨膜通道
1988年在人体细胞膜上发现，不久在植 物细胞膜与液泡膜上证实了存在一种分子量 为28000D的通透水分的膜内在蛋白——水通 道蛋白(water channel protein)或称为水孔蛋 白(aquaporins,AQPs)
或浓度梯度直接通过脂双层，不需要细胞提供 能量，也无需转运蛋白的协助。
二、小分子物质的跨膜运输类型 1.简单扩散
A：对不同分子 的相对通透性； B：渗透系数
二、小分子物质的跨膜运输类型 （二）被动运输 溶质顺电化学梯度或浓度梯度，在膜转运蛋
白协助下通过脂双层的跨膜转运方式，又叫协 助扩散。不需要细胞提供能量，转运的动力来 自梯度势能。
A Model Mechanism for the Na+/K+