第五章 物质的跨膜运输与信号传递

ATP直接提供能量驱动的主动运输 直接提供能量驱动的主动运输
钠钾泵（Na+-K+ -ATP酶） 钠钾泵（ 酶 结构和作用机制 作用： 维持细胞的渗透性，保持细胞的体积； 作用：①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积； 的细胞内环境， ②维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息 维持低Na 电位。 电位。 钙泵（Ca2+-ATP酶） 钙泵（ 酶 质子泵： 型质子泵 型质子泵、 型质子泵 型质子泵、 质子泵： P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶（或F –型） 酶 型 ABC转换器 ABC转换器
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； 网格蛋白和结合素蛋白。 网格蛋白和结合素蛋白。
胞吞泡的形成： 胞吞泡的形成：配体和受体结合 有被小窝 网格蛋白聚集 有被小泡
去被的囊泡和胞内体融合
载体蛋白（ 载体蛋白（carrier protein） ）
Leabharlann Baidu
载体蛋白（ 载体蛋白（carrier protein）是在生物膜上普遍存 ） 在的多次跨膜蛋白分子。 在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶质分子进 行暂时性可逆性的结合， 行暂时性可逆性的结合，通过自身构象的改变或移 动介导溶质的主动和被动跨膜运输。 动介导溶质的主动和被动跨膜运输。 主动 跨膜运输
钙泵（ 钙泵（Ca2+-ATP酶） 酶
质子泵
ABC转换器 ABC转换器
ATP间接提供能量的主动运输 间接提供能量的主动运输
概念：协同运输（cotransport） 概念：协同运输（cotransport）是指一种物质的运输伴随另 一种物质的运输。 一种物质的运输。它是一类靠间接提供能量完成的主动 运输方式。 运输方式。 能量：钠钾泵或质子泵通过消耗ATP产生膜两侧的电化学浓度 能量：钠钾泵或质子泵通过消耗ATP产生膜两侧的电化学浓度 ATP 梯度，驱动协同运输的进行。 梯度，驱动协同运输的进行。 类型：共运输（同向协同（symport）） 类型：共运输（同向协同（symport）） 对运输（反向协同（antiport）） 对运输（反向协同（antiport））
三、膜泡运输
膜泡运输完成大分子和颗粒性物质的跨膜运输， 膜泡运输完成大分子和颗粒性物质的跨膜运输，因质膜 大分子 的跨膜运输 形成囊泡而得名，又称批量运（ 形成囊泡而得名，又称批量运（bultransport）。 批量运 ）。 根据物质的运输方向分为：胞吞作用（endocytosis） 根据物质的运输方向分为：胞吞作用（ ） 胞吐作用（ 胞吐作用（exocytosis） ）
吞噬作用
特点：胞吞物为大分子和颗粒物质； 特点：胞吞物为大分子和颗粒物质； 大分子 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； 微丝和结合蛋白。 微丝和结合蛋白。 作用：防御侵染和垃圾清除工。 作用：防御侵染和垃圾清除工。
是最早发现的衣被小泡， （1）网格蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，介导高尔 ）网格蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡 基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输， 基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输，以及质膜到内膜区隔 的膜泡运输。 的膜泡运输。 衣被小泡负责回收 （2）COP I衣被小泡负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内 ） 衣被小泡负责回收、 质网。起初发现于高尔基体碎片，在含有 的溶液中温育时， 质网。起初发现于高尔基体碎片，在含有ATP的溶液中温育时， 的溶液中温育时 能形成非笼形蛋白包被的小泡。 能形成非笼形蛋白包被的小泡。 主要介导从内质网到高尔基体的物质运输。 （3）COP II主要介导从内质网到高尔基体的物质运输。最早 ） 主要介导从内质网到高尔基体的物质运输 发现于酵母ER在 存在的细胞质液中温育时， 膜上能形成 发现于酵母 在ATP存在的细胞质液中温育时，ER膜上能形成 存在的细胞质液中温育时 类似于COP I的衣被小泡，酵母COP II衣被蛋白的变异体，会在 类似于 的衣被小泡，酵母 衣被蛋白的变异体， 的衣被小泡 衣被蛋白的变异体 内质网中积累蛋白质。 内质网中积累蛋白质。
细胞通讯（cell communication） 细胞通讯（ ）
●概念：细胞通讯是指一个细胞发出的信息通过介质传 概念： 递到另一个细胞并产生相应的反应。 递到另一个细胞并产生相应的反应。 ●细胞通讯方式： 细胞通讯方式： 接触性依赖的通讯 间隙连接实现代谢偶联或电偶联 分泌化学信号进行通讯
内分泌（endocrine） 内分泌（endocrine）：①低浓度；②全身性；③长时效。 低浓度； 全身性； 长时效。 旁分泌（paracrine） 旁分泌（paracrine）：细胞分泌的信号分子通过扩散作用 于邻近的细胞。包括各类细胞因子和气体信号分子。 于邻近的细胞。包括各类细胞因子和气体信号分子。 自分泌（autocrine）：信号发放细胞和靶细胞为同类或同 自分泌（autocrine） 一细胞，常见于癌变细胞。 一细胞，常见于癌变细胞。 化学突触（ synapse） 化学突触（chemical synapse）：神经递质由突触前膜释 放，经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。 经突触间隙扩散到突触后膜，作用于特定的靶细胞。
二、主动运输（active transport） ）
意义： 意义：①保证细胞或细胞器从环境中或细胞表面摄取营养 ②细胞内分泌物或代谢物的排出 ③维持无机离子在细胞内的恒定和最适浓度
特点： 运输方向； 膜转运蛋白； 特点： ①运输方向； ②膜转运蛋白； ③消耗能量；④具有选择性和特异性。 消耗能量； 具有选择性和特异性。
细胞识别（cell recognition） 细胞识别
●概念：细胞通过其表面的受体与胞外信号物质分子选择性地相 概念： 互作用，进而导致胞内一系列生理生化变化， 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。 为细胞整体的生物学效应的过程。 ●信号通路（signaling pathway） 信号通路（ ） 细胞接受外界信号，通过一整套特定的机制，将胞外信号转 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 为胞内信号，最终调节特定基因的表达， 反应的过程称为细胞信号通路。 反应的过程称为细胞信号通路。
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（ 被动运输（passive transport） ）
主动运输（active transport） 主动运输（ ）
胞吞作用（ 胞吞作用（endocytosis） ） 胞吐作用（ 胞吐作用（exocytosis） ）
膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。分为载 膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。分为载 是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白 体蛋白（ protein）和通道蛋白（ protein）。 体蛋白（carrier protein）和通道蛋白（channel protein）。
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，称为跨细胞的转运。 ）被运至质膜的不同结构域，称为跨细胞的转运。
（三）胞吐作用
第二节 细胞通讯与信号传递
● 细胞通讯与细胞识别
● 细胞信号传递
● 细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息
一、细胞通讯与细胞识别
communication） ●细胞通讯（cell communication） 细胞通讯（
recognition） ●细胞识别（cell recognition） 细胞识别（
一、被动运输
概念：被动运输（ 概念：被动运输（passive transport）是通过简单扩 ） 散或协助扩散实现物质由高浓度向低 散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运 转。 特点：运输方向；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 类型：简单扩散（ 类型：简单扩散（simple diffusion） ） 协助扩散（ 协助扩散（facilitated diffusion） ）
（一）简单扩散
概念：又称为自由扩散（ ），是疏水小分子或 概念：又称为自由扩散（free diffusion），是疏水小分子或 ）， 小的不带电荷的极性分子， 小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋 白参与的跨膜运输方式。 白参与的跨膜运输方式。 特点：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提供 特点： 沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散； 能量； 没有膜蛋白的协助。 能量；③没有膜蛋白的协助。 通透性（ ） 某种物质对膜的通透性 某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在水和油中的分配 系数（ ）及扩散系数（ ）来计算： 为膜的厚度） 系数（K）及扩散系数（D）来计算：P=KD/t（t为膜的厚度） （ 为膜的厚度
简单扩散的限制因素： 简单扩散的限制因素：物质的脂溶性 分子大小 带电性
（二）协助扩散
概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助 概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助 膜转运蛋白 下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。 下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。 特点：①转运速率高； ②存在最大转运速率； ③有膜转运蛋 特点： 转运速率高； 存在最大转运速率； 白参与，有特异性。 白参与，有特异性。
和酶的异同点： 和酶的异同点：
相同点： 特异性，有特异的结合位点； 相同点：①特异性，有特异的结合位点； ②有饱和动力曲线； 有饱和动力曲线； ③受抑制剂的影响。 受抑制剂的影响。 不同点： 可改变过程的平衡点； 不同点：①可改变过程的平衡点； ②不对溶质分子作任何共价修饰。 不对溶质分子作任何共价修饰。
（二）受体介导的胞吞作用
受体介导的胞吞作用： 受体介导的胞吞作用：配体和受体结合 有被小窝 网格蛋白聚集 有被小泡 溶酶体
去被的囊泡和胞内体融合 去被的囊泡和胞内体融合 胞内体
胞内体是动物细胞内由膜包围的细胞器， 胞内体是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞 是动物细胞内由膜包围的细胞器 吞作用摄入的物质到溶酶体中被降解。 吞作用摄入的物质到溶酶体中被降解。
（一）胞吞作用
概念：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡）， 概念：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡）， 将外界物质裹进并输入细胞的过程。 将外界物质裹进并输入细胞的过程。 类型：胞饮作用（pinocytosis） 类型：胞饮作用（pinocytosis） 吞噬作用（phagocytosis） 吞噬作用（phagocytosis）
概念：主动运输（ 概念：主动运输（active transport）是指由载体蛋 ） 白介导的物质逆浓度梯度（或化学梯度） 白介导的物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低 的一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。 的一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。 主动运输所需能量的来源主要有： 主动运输所需能量的来源主要有： 来源主要有 1. ATP直接提供能量 直接提供能量 2. ATP间接提供能量 间接提供能量 3. 光能驱动
通道蛋白（ 通道蛋白（channel protein） ）
概念：通道蛋白（ 概念：通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通 ） 道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过， 允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过， 又称为离子通道。 又称为离子通道。 特征：一是离子通道具有选择性；二是离子通道是门控的。 特征：一是离子通道具有选择性；二是离子通道是门控的。 类型：电压门通道（ 类型：电压门通道（voltage-gated channel） ） 配体门通道（ 配体门通道（ligand-gated channel） ） 压力激活通道（ 压力激活通道（stress-activated channel） ）