細(xì)胞生物學(xué) 復(fù)習(xí)資料整理

1、第四章 細(xì)胞質(zhì)膜 在所有細(xì)胞的表面都包圍著一層極薄的膜，稱為細(xì)胞膜(cell membrane)，又稱質(zhì)膜(plasma membrane)。真核細(xì)胞除質(zhì)膜外，在細(xì)胞器外同樣存在膜結(jié)構(gòu)，這些細(xì)胞膜稱為細(xì)胞內(nèi)膜。細(xì)胞質(zhì)膜與細(xì)胞內(nèi)膜統(tǒng)稱為生物膜(biomembrane)。 質(zhì)膜最基本的作用是維持細(xì)胞內(nèi)微環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定；與外界進(jìn)行物質(zhì)交換、能量和信息的傳遞；對(duì)細(xì)胞的生存、生長(zhǎng)、分裂、分化發(fā)揮重要作用。 生物膜的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)基本相同。第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)模型1. 片層模型（lamella structure model）1935年由H. Davson和J. Danielli提出。該模型認(rèn)為，細(xì)

2、胞膜由雙層脂類分子及其內(nèi)外表面附著的蛋白質(zhì)構(gòu)成。脂類分子平行排列并垂直于膜平面，其極性端朝向膜的內(nèi)外表面，非極性端在膜的內(nèi)部彼此相對(duì)，在膜的內(nèi)外表面各有一層球形蛋白分子，由此形成“蛋白質(zhì)磷脂蛋白質(zhì)”的三明治式的片層結(jié)構(gòu)。 為了解釋質(zhì)膜對(duì)水的通透性，對(duì)該模型進(jìn)行了修改。提出質(zhì)膜上有蛋白質(zhì)分子圍成的小孔穿過脂雙層，水和極性分子可通過小孔穿過質(zhì)膜，非極性分子則直接穿越脂雙層。 2. 單位膜模型（unit membrane model）1959年， J. D. Robertson根據(jù)電子顯微鏡觀察結(jié)果，提出了單位膜模型，認(rèn)為所有的生物膜都具有共同的“暗明暗”的膜結(jié)構(gòu)單位膜，膜的兩側(cè)為單層伸展的蛋白質(zhì)層

3、，而不是球形蛋白質(zhì)，厚度約為2 nm；膜的中間為磷脂雙分子層，厚度約3.5 nm，整個(gè)膜厚約7.5 nm 。 與電子顯微鏡觀察到的 “暗明暗” 3層結(jié)構(gòu)一致。3. 流動(dòng)鑲嵌模型（fluid mosaic model）1972年，S.J. Singer和G. Nicolson提出。該模型認(rèn)為，脂類雙分子層構(gòu)成膜的連續(xù)主體，球形蛋白質(zhì)分子有的鑲嵌在脂雙層的表面（外在蛋白），有的則部分或全部嵌入脂雙層內(nèi)，有的橫跨整個(gè)脂雙層（內(nèi)在蛋白）。流動(dòng)鑲嵌模型強(qiáng)調(diào)了膜的流動(dòng)性，球形蛋白質(zhì)分子在脂雙分子層中表現(xiàn)出不對(duì)稱性。4. 脂筏模型(lipid raft model)1988年Simon提出，認(rèn)為在以甘油磷脂

4、為主體的生物膜上，膽固醇、鞘磷脂等形成相對(duì)有序的脂相，如同漂浮在脂雙層上的“脂筏”一樣載著執(zhí)行某些特定生物學(xué)功能的各種膜蛋白。脂筏最初可能在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體上形成，最終轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)膜上。有些脂筏可在不同程度上與膜下細(xì)胞支架蛋白交聯(lián)。第二節(jié) 生物膜的化學(xué)組成一、膜脂1. 膜脂的成分膜脂的基本成分(50%以上)。主要包括三大類：磷脂、鞘脂和膽固醇。磷脂包括甘油磷脂和鞘磷脂兩類。甘油磷脂是磷脂酰堿基和脂肪酸兩部分通過甘油基團(tuán)結(jié)合而成，主要有：磷脂酰膽堿(卵磷脂)、磷脂酰絲氨酸、磷脂酰乙醇胺（腦磷脂）、磷脂酰肌醇、二磷脂酰甘油（心磷脂）等。甘油磷脂的特性： 一個(gè)短的磷脂酰堿基構(gòu)成極性頭部和兩個(gè)長(zhǎng)的脂肪

5、酸鏈構(gòu)成非極性的尾部（心磷脂除外）； 脂肪酸碳鏈碳原子為偶數(shù)，一般含1424個(gè)碳原子； 含飽和脂肪酸(如軟脂酸)及不飽和脂肪酸(如油酸)；鞘脂：含量較少，為鞘氨醇的衍生物。由鞘氨醇（一種含長(zhǎng)的碳?xì)滏湹陌被迹┩ㄟ^它的氨基連接一個(gè)脂肪酸而成的鞘脂稱為神經(jīng)酰胺(ceramide)。 以鞘氨醇為基礎(chǔ)衍生的各種不同鞘脂主要是在鞘氨醇的羥基上連接不同的基團(tuán)。如添加的是磷脂酰，就形成鞘磷脂；如添加的是糖類，則為糖脂，如腦苷脂、神經(jīng)節(jié)苷脂等。 糖脂普遍存在于動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜的外層，含量較少(5以下)，神經(jīng)細(xì)胞糖脂含量較高(5%10%)。膽固醇存在于真核細(xì)胞膜中： 動(dòng)物細(xì)胞膜膽固醇的含量較高 大多數(shù)植物細(xì)胞和細(xì)菌

6、細(xì)胞質(zhì)膜上無膽固醇 酵母細(xì)胞膜中是麥角固醇 膽固醇分子包括三部分: 羥基團(tuán)為極性的頭部 非極性的類固醇環(huán)結(jié)構(gòu) 一個(gè)非極性的碳?xì)湮膊?調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性與穩(wěn)定性： 膽固醇分子較小，為扁平和環(huán)狀，對(duì)磷脂脂肪酸尾部運(yùn)動(dòng)具有干擾作用，調(diào)節(jié)膜的流動(dòng)性、加強(qiáng)膜的穩(wěn)定性。2. 膜脂的運(yùn)動(dòng)方式側(cè)向擴(kuò)散 (lateral diffusion) 沿膜平面的側(cè)向運(yùn)動(dòng)(lateral diffusion)，為膜的基本運(yùn)動(dòng)方式，擴(kuò)散系數(shù)為10-8cm2/s (2mm/s)；旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) (rotation movement) u脂分子圍繞軸心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(rotation movement) ；彎曲運(yùn)動(dòng)(flex movemen

7、t) u脂分子尾部的彎曲運(yùn)動(dòng)(flex movement)，包括擺動(dòng)、伸縮、異構(gòu)運(yùn)動(dòng)等； 翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) (flip-flop) u雙層脂分子之間的翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(flip-flop) ，發(fā)生頻率不到脂分子側(cè)向交換頻率的10-10，但在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，新合成的磷脂分子翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)發(fā)生頻率很高。翻轉(zhuǎn)酶可幫助翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。3. 膜脂的功能構(gòu)成膜的基本骨架，去除膜脂，則膜解體；是膜蛋白的溶劑，一些蛋白通過疏水端同膜脂作用，使蛋白鑲嵌在膜上，得以執(zhí)行特殊的功能；膜脂為某些膜蛋白(酶)維持構(gòu)象、表現(xiàn)活性提供環(huán)境, 一般膜脂本身不參與反應(yīng)(細(xì)菌的膜脂參與反應(yīng))； 膜上有很多酶的活性依賴于膜脂的存在。有些膜蛋白只有在特異的磷脂頭部

8、基團(tuán)存在時(shí)才有功能。4. 脂質(zhì)體可用作生物膜的研究模型，研究膜脂與膜蛋白及其生物學(xué)性質(zhì)；并可作為生物大分子與藥物的運(yùn)載體，在基因轉(zhuǎn)移、藥物治療方面有著誘人的應(yīng)用前景。二、膜蛋白1. 膜蛋白基本類型u 外在膜蛋白(extrinsic membrane protein) ： 或稱外周膜蛋白（peripheral protein)或附著蛋白，分布在膜的內(nèi)、外表面，為水溶性蛋白，靠離子鍵或其它弱鍵與膜表面的蛋白質(zhì)分子或脂分子結(jié)合，易分離。 u 內(nèi)在膜蛋白(intrinsic membrane protein)： 或稱整合膜蛋白( integral protein)或跨膜蛋白，水不溶性蛋白，嵌入脂雙層中

9、，多為跨膜蛋白，疏水區(qū)域與脂雙層中的脂分子尾部相互作用，親水區(qū)域暴露在膜一側(cè)或兩側(cè)表面。與膜結(jié)合緊密，需用去垢劑使膜崩解后才可分離。u 脂錨定膜蛋白(lipid-anchored protein)又稱為脂連接蛋白，通過共價(jià)鍵的方式同脂分子結(jié)合，位于脂雙層的兩側(cè)。部分膜錨定蛋白在膜的內(nèi)表面胞液中，以一個(gè)或多個(gè)共價(jià)結(jié)合的脂肪酸鏈或其他類型的脂鏈與脂雙層結(jié)合；部分存在于膜外側(cè)的膜蛋白完全暴露于膜表面，通過一個(gè)共價(jià)連接（或通過一特異寡糖）連接到質(zhì)膜外單層的磷脂酰肌醇(GPI)錨定到脂雙層。2. 膜蛋白與膜脂的結(jié)合方式 a 螺旋單次或多次跨膜v 以a 螺旋構(gòu)象單次（左）或多次（右）跨膜蛋白橫穿脂雙層，在

10、膜的兩側(cè)各露出一部分蛋白。疏水區(qū)域在脂雙層中與脂類分子相互作用，親水區(qū)域在膜的兩側(cè)。v 部分跨膜蛋白在細(xì)胞質(zhì)側(cè)的氨基酸（如半胱氨酸）殘基共價(jià)結(jié)合在脂肪鏈插入胞質(zhì)的脂單層中，增強(qiáng)了膜蛋白與脂雙層疏水力的結(jié)合。v 紅細(xì)胞的血型糖蛋白為單次跨膜蛋白，G蛋白耦聯(lián)受體為7次跨膜蛋白，Ca2+-ATP為10次跨膜蛋白。 b 折疊片一些多次跨膜蛋白，跨膜節(jié)段不是a 螺旋，而為排列封閉的b 折疊片，稱為 b 筒。蛋白質(zhì)多次跨膜，反向平行排列的b折疊片卷曲成筒狀結(jié)構(gòu)；極性側(cè)鏈位于筒的內(nèi)側(cè)形成跨膜通道，允許小的親水性溶質(zhì)通過，非極性側(cè)鏈與脂雙層的疏水部分相互作用。細(xì)菌質(zhì)膜以及線粒體和葉綠體外膜上都存在這種b 筒跨

11、膜蛋白。形成孔蛋白。 多亞基跨膜 細(xì)菌和植物葉綠體的光合作用中心為復(fù)雜的跨膜蛋白，多個(gè)蛋白結(jié)合在一起形成大的復(fù)合物跨膜。 形成一個(gè)功能單位，提高光能轉(zhuǎn)化效率，同時(shí)有利于轉(zhuǎn)換細(xì)胞外的信號(hào)為細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)。 通過共價(jià)結(jié)合的脂類基團(tuán) 脂錨定蛋白與膜脂的結(jié)合方式； 存在于質(zhì)膜外側(cè)，通過一個(gè)共價(jià)連接（或通過一特異寡糖）連接到質(zhì)膜外單層的磷脂酰肌醇(GPI)錨定到脂雙層上(上)； 存在于質(zhì)膜內(nèi)側(cè)，以一個(gè)或多個(gè)共價(jià)結(jié)合的脂肪酸鏈與脂雙層結(jié)合(下)。 通過與膜非共價(jià)的相互作用 外在蛋白與膜的結(jié)合方式； 外在蛋白不能伸入脂雙層，僅通過膜蛋白非共價(jià)的相互作用結(jié)合到膜的胞質(zhì)面或外表面； 結(jié)合不牢固，用溫和的提取方法，

12、如高或低離子強(qiáng)度或非常的pH，即可從膜上分離下來。3. 膜蛋白的功能 運(yùn)輸?shù)鞍祝耗さ鞍字杏行┦沁\(yùn)輸?shù)鞍?，轉(zhuǎn)運(yùn)特殊的分子和離子進(jìn)出細(xì)胞; 連接蛋白：有些是連接蛋白，起連接作用； 受體蛋白：起信號(hào)接收和傳遞作用； 酶：有些是酶，催化相關(guān)的代謝反應(yīng)。三、膜糖膜中的糖約占膜重量的2%10%，絕大多數(shù)膜糖同蛋白質(zhì)共價(jià)連接形成糖蛋白，少數(shù)與膜脂共價(jià)連接形成糖脂。細(xì)胞質(zhì)膜上的膜糖都位于細(xì)胞質(zhì)膜的外表面，內(nèi)膜系統(tǒng)中的膜糖則面向膜的腔面。 膜糖的存在方式： 90%以上的膜糖與膜蛋白連接形成糖蛋白，其余膜糖與膜脂連接形成糖脂。 糖同氨基酸的連接主要有兩種形式： N-連接： 糖鏈與肽鏈中天冬酰胺殘基相連，糖鏈一般有

13、10個(gè)以上的糖基。主要發(fā)生在rER上。 O-連接： 糖鏈與肽鏈中的絲氨酸或蘇氨酸殘基相連，糖鏈較短，約含4個(gè)糖基。發(fā)生在rER或Gol上。膜糖的功能： 保護(hù)作用 細(xì)胞識(shí)別和黏著 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 蛋白質(zhì)分選 接觸抑制第三節(jié) 生物膜結(jié)構(gòu)的特征與功能一、生物膜的結(jié)構(gòu)特征 1. 膜的流動(dòng)性 膜脂的流動(dòng)性 側(cè)向擴(kuò)散 (lateral diffusion) 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) (rotation movement) 彎曲運(yùn)動(dòng) (flex movement) 翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(flip-flop) 膜蛋白的流動(dòng)性 膜蛋白流動(dòng)性的證據(jù) 細(xì)胞融合實(shí)驗(yàn) 熒光漂白恢復(fù)技術(shù) 膜蛋白的運(yùn)動(dòng)方式 側(cè)向擴(kuò)展 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或旋轉(zhuǎn)擴(kuò)展 但不進(jìn)行翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)

14、影響膜流動(dòng)性的因素u溫度對(duì)膜的流動(dòng)性的影響：膜脂由正常的擬液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w膠態(tài)時(shí)，膜的流動(dòng)性降低。 u膜的組成對(duì)膜流動(dòng)性的影響：脂肪酸鏈越短，不飽和程度越高，膜脂的流動(dòng)性越大。在動(dòng)物細(xì)胞中，膽固醇對(duì)膜的流動(dòng)性起重要的雙向調(diào)節(jié)作用。相變溫度以上膽固醇降低膜的流動(dòng)性；相變溫度以下可增強(qiáng)膜的流動(dòng)性。卵磷脂增加流動(dòng)性，鞘磷脂降低流動(dòng)性。u膜蛋白對(duì)膜流動(dòng)性的影響：膜蛋白與膜脂分子的相互作用影響膜流動(dòng)性；膜整合蛋白往往與細(xì)胞骨架或細(xì)胞外基質(zhì)相互作用，影響膜的流動(dòng)性；部分整合蛋白具有細(xì)胞連接的作用，影響其周圍膜的流動(dòng)性。 2. 膜的不對(duì)稱性 膜脂與糖脂的不對(duì)稱性 糖脂均分布于細(xì)胞膜的外表面和內(nèi)膜系統(tǒng)的內(nèi)表面，

15、是完成其生理功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。 膜蛋白與糖蛋白的不對(duì)稱性 膜蛋白的不對(duì)稱性是指所有的膜蛋白分子在細(xì)胞膜上都具有明確的方向性；如：糖蛋白糖殘基的分布。 膜脂和膜蛋白的不對(duì)稱性導(dǎo)致膜功能的不對(duì)稱性和方向性，保證了生命活動(dòng)的高度有序性。引起磷脂分子不對(duì)稱分布的可能原因： 合成場(chǎng)所不同：甘油磷脂在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的接觸面(PS)合成，鞘磷脂在高爾基體的腔面(ES)面合成。 磷脂分子的空間形狀不同：有的磷脂為筒狀(如磷脂酰膽堿、卵磷脂)，有的頭部小呈扇狀(如磷脂酰乙醇胺)；筒狀分子在細(xì)胞外小葉分布多，扇狀分子在細(xì)胞內(nèi)小葉分布多，有利于細(xì)胞膜形態(tài)的維持。二、細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能膜間和區(qū)室化：形成細(xì)胞的邊界和

16、細(xì)胞器，為細(xì)胞提供穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境；使細(xì)胞質(zhì)產(chǎn)生不同的功能區(qū)隔，更好地行駛不同的功能。選擇性的物質(zhì)運(yùn)輸：包括代謝底物的輸入與代謝產(chǎn)物的排出。參與細(xì)胞間的相互作用：介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)的相互作用，包括細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞黏著等。信號(hào)傳導(dǎo)：完成細(xì)胞內(nèi)外信息跨膜傳遞。能量轉(zhuǎn)換：類囊體膜進(jìn)行光能的捕獲與轉(zhuǎn)換，將光能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能；線粒體膜將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為高能化合物ATP。表面特化：參與形成不同功能的細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)。如鞭毛、細(xì)胞連接的形成。 凋亡細(xì)胞的吞噬：正常細(xì)胞的PS主要分布在細(xì)胞內(nèi)小葉，細(xì)胞凋亡形成凋亡小體時(shí)PS轉(zhuǎn)位到外小葉，巨噬細(xì)胞識(shí)別PS并吞噬凋亡小體。第四節(jié) 膜骨架 膜骨架的概念 指細(xì)胞質(zhì)膜

17、下與膜蛋白相連的由纖維蛋白組成的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，它參與維持細(xì)胞質(zhì)膜的形狀并協(xié)助質(zhì)膜完成多種生理功能。 紅細(xì)胞質(zhì)膜蛋白及膜骨架 紅細(xì)胞的膜骨架生物學(xué)特性賦予紅細(xì)胞膜既有很好的彈性又具有較高強(qiáng)度。構(gòu)成紅細(xì)胞膜的蛋白主要包括：血影蛋白、血型蛋白A、帶3蛋白、肌動(dòng)蛋白、錨蛋白、帶4.1蛋白等。血影蛋白：又稱收縮蛋白，是紅細(xì)胞膜骨架的主要成分，為紅細(xì)胞膜下蛋白，不為膜內(nèi)在蛋白。由兩條相似的亞基：a亞基和b亞基構(gòu)成，兩亞基鏈呈反向平行排列。血型糖蛋白A：?jiǎn)未慰缒さ鞍?，在?xì)胞膜外結(jié)合16個(gè)低聚糖側(cè)鏈（唾液酸）。帶3蛋白：多次跨膜蛋白，兩個(gè)相同亞基組成的二聚體，是紅細(xì)胞膜上Cl-/HCO3- 陰離子運(yùn)輸?shù)妮d體，又稱

18、為“陰離子通道”。 肌動(dòng)蛋白：肌動(dòng)蛋白含13個(gè)肌動(dòng)蛋白單體和一個(gè)原肌球蛋白分子，有多個(gè)與血影蛋白結(jié)合的位點(diǎn)，通過與血影蛋白游離端相連，參與膜骨架結(jié)構(gòu)的形成。 錨蛋白：是一種較大的細(xì)胞內(nèi)連接蛋白，一方面與血影蛋白相連，另一方面與跨膜蛋白的帶3蛋白的細(xì)胞質(zhì)結(jié)構(gòu)域部分相連，如此借助于帶3蛋白將血影蛋白連接到細(xì)胞質(zhì)膜上，也就將骨架固定到質(zhì)膜上。 帶4.1蛋白：由兩個(gè)亞基組成的球形蛋白，通過與血影蛋白結(jié)合，促使血影蛋白同肌動(dòng)蛋白結(jié)合；本身不同肌動(dòng)蛋白結(jié)合。本章小結(jié) 細(xì)胞膜與其他生物膜一樣都是由膜脂與膜蛋白構(gòu)成的。 膜脂主要包括磷脂、鞘脂和膽固醇。磷脂是構(gòu)成膜的主要成分，主要包括磷脂酰膽堿、磷脂酰絲氨酸、

19、磷脂酰乙醇胺和磷脂酰肌醇等；鞘脂是鞘氨醇的衍生物，主要包括神經(jīng)酰胺、腦苷脂和神經(jīng)節(jié)苷脂等。 膜蛋白可分為內(nèi)在蛋白、外在蛋白和脂錨定蛋白3大類。 內(nèi)在蛋白可以a單次或多次螺旋、b折疊片或形成大復(fù)合物的方式與膜脂結(jié)合；外在蛋白靠離子鍵或其他弱鍵與膜內(nèi)在蛋白或膜脂結(jié)合；脂錨定蛋白通過與之共價(jià)相連的脂肪酸（質(zhì)膜內(nèi)側(cè)）或糖基磷脂酰肌醇（質(zhì)膜外側(cè)）錨定在質(zhì)膜上。 膜的流動(dòng)性與膜的不對(duì)稱性是生物膜的最基本特性。 膜的流動(dòng)性表現(xiàn)：膜脂分子具有側(cè)向擴(kuò)散、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、彎曲運(yùn)動(dòng)與翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；膜蛋白具有側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，但不具備翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 膜的不對(duì)稱性表現(xiàn)：膜脂分布的不對(duì)稱性（質(zhì)膜外小頁(yè)SM、PC多，質(zhì)膜內(nèi)小頁(yè)P(yáng)S、P

20、E多）；膜蛋白的不對(duì)稱性（糖蛋白全部分布于質(zhì)膜外小頁(yè)面）。 各種不同的膜蛋白與膜脂分子的協(xié)同作用不僅為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供了穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境，而且還行駛著物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、信號(hào)傳遞、細(xì)胞識(shí)別等多種復(fù)雜的功能。 胞膜窖是近年來發(fā)現(xiàn)的新的細(xì)胞質(zhì)膜結(jié)構(gòu)，可能是窖蛋白與脂筏結(jié)合形成的一種特殊結(jié)構(gòu)。在細(xì)胞的胞飲、蛋白質(zhì)分選、膽固醇的發(fā)生、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、腫瘤的發(fā)生中具有重要作用。 膜骨架是細(xì)胞質(zhì)膜與膜內(nèi)的細(xì)胞骨架纖維形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，它參與維持細(xì)胞的形態(tài)、并協(xié)助細(xì)胞質(zhì)膜完成多種的生理功能。難點(diǎn)與重點(diǎn) 膜脂與膜蛋白的主要類型 不同膜蛋白與膜脂的結(jié)合方式 膜脂與膜蛋白的運(yùn)動(dòng)方式 膜的流動(dòng)性與不對(duì)稱性特征 細(xì)胞質(zhì)膜的基本功能 紅細(xì)

21、胞膜骨架的基本結(jié)構(gòu)第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸 跨膜運(yùn)輸：是細(xì)胞與環(huán)境間的物質(zhì)交換，包括細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物和原材料的吸收以及代謝廢物的排出及產(chǎn)物的分泌。 胞內(nèi)運(yùn)輸：真核生物細(xì)胞內(nèi)膜結(jié)合細(xì)胞器與細(xì)胞內(nèi)環(huán)境間的物質(zhì)交換。包括細(xì)胞核、線粒體、葉綠體、溶酶體、過氧化物酶體、高爾基體和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等與細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)交換。 轉(zhuǎn)細(xì)胞運(yùn)輸：轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)從細(xì)胞一側(cè)進(jìn)入，從另一側(cè)出去，實(shí)際上是穿越細(xì)胞的運(yùn)輸。第一節(jié) 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括： 一、載體蛋白 (carrier protein) 載體蛋白是參與被動(dòng)運(yùn)輸或主動(dòng)運(yùn)輸?shù)目缒さ鞍?，能與特定的分子如一些小的有機(jī)分子（如糖、氨基酸、核苷酸）或離子等結(jié)合通過膜。載體蛋白具有

22、高度的選擇性，有特異性結(jié)合位點(diǎn)，可同特異性底物（溶質(zhì)）進(jìn)行暫時(shí)性、可逆的結(jié)合和分離。載體蛋白與底物的結(jié)合引起載體蛋白構(gòu)象改變，介導(dǎo)底物分子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。載體蛋白與底物的結(jié)合具有類似于酶與底物作用的飽和動(dòng)力學(xué)曲線，因此載體蛋白也可稱為通透酶 (permease)。在被動(dòng)運(yùn)輸過程中，載體蛋白協(xié)助物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)是順著濃度梯度進(jìn)行的，不需要ATP提供能量。在主動(dòng)運(yùn)輸過程中，載體蛋白消耗能量，逆濃度梯度進(jìn)行物質(zhì)運(yùn)輸。 二、通道蛋白 (channel protein)通道蛋白是一類跨膜蛋白，具有跨膜的親水通道，能使水、小的水溶性分子、離子等被動(dòng)地通過膜。在運(yùn)輸過程中，通道蛋白并不與被運(yùn)輸?shù)姆肿咏Y(jié)合，也不會(huì)移動(dòng)，

23、運(yùn)輸速度很快。 1. 離子通道（或稱門通道）離子通道具三個(gè)顯著特點(diǎn)： 具有離子選擇性，一種通道只允許一種類型的離子通過，其選擇性決定于離子通道的直徑、形狀和通道蛋白帶電氨基酸的分布； 離子通道轉(zhuǎn)運(yùn)效率極高且無飽和值； 離子通道是門控的，即離子通道的活性有開或關(guān)兩種構(gòu)象所調(diào)節(jié)，受控于適當(dāng)?shù)募?xì)胞信號(hào)。 A. 電壓門通道 (voltage-gated channel) B. 配體門通道 (ligand-gated channel) C. 應(yīng)力激活通道 (stress-actived channel) 2. 水通道（或稱水孔） 質(zhì)膜上部分通道蛋白帶電荷的親水區(qū)形成小的水通道（或稱水孔），水分子可通過水

24、通道直接經(jīng)擴(kuò)散作用進(jìn)行簡(jiǎn)單擴(kuò)散。這種運(yùn)輸?shù)乃俣容^快。 三、離子載體 (ionophore) 離子載體是小的疏水分子，溶于膜的脂雙層中，大多是微生物合成的，能保護(hù)帶電荷的離子順著電化學(xué)梯度通過脂雙層。 發(fā)現(xiàn)有兩類離子載體： 通道形成離子載體 (channel forming carrier) 短桿菌肽 A 可動(dòng)離子載體 (mobile ion carrier) 纈氨霉素第二節(jié) 物質(zhì)跨膜運(yùn)輸一、被動(dòng)運(yùn)輸（passive transport） 定義 被動(dòng)運(yùn)輸 (passive transport)是指通過簡(jiǎn)單擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散（又稱促進(jìn)擴(kuò)散）實(shí)現(xiàn)物質(zhì)由高濃度向低濃度的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力來自物質(zhì)的濃度梯

25、度，不需要細(xì)胞提供代謝的能量。簡(jiǎn)單擴(kuò)散不需要膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的協(xié)助，而協(xié)助擴(kuò)散需要膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的協(xié)助。 類型： 1. 簡(jiǎn)單擴(kuò)散 (simple diffusion) 小分子的熱運(yùn)動(dòng)使分子以簡(jiǎn)單擴(kuò)散的方式從濃度高的膜一側(cè)通過質(zhì)膜到達(dá)濃度低的另一側(cè)，疏水的小分子(如O2、N2等)或小的不帶電荷的極性分子(如水、甘油等)在以這種簡(jiǎn)單擴(kuò)散的方式跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)中，不需要細(xì)胞提供能量，也無膜蛋白的協(xié)助，因此稱為簡(jiǎn)單擴(kuò)散 (simple diffusion)，也稱為自由擴(kuò)散 (free diffusion)。 擴(kuò)散速度決定于濃度梯度、分子大小和分子的極性。 2. 協(xié)助擴(kuò)散 (facilitated diffusion)協(xié)

26、助擴(kuò)散是各種極性分子和無機(jī)離子，如氨基酸、糖、核苷酸以及細(xì)胞代謝物等順其濃度梯度或電化學(xué)梯度減小的方向跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，該過程不需要細(xì)胞提供能量，但特異的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白“協(xié)助”物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)使其轉(zhuǎn)運(yùn)速率增加。也稱促進(jìn)擴(kuò)散或易化擴(kuò)散。 簡(jiǎn)單擴(kuò)散與協(xié)助擴(kuò)散的比較u 協(xié)助擴(kuò)散需要膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與，擴(kuò)散速度比簡(jiǎn)單擴(kuò)散快幾個(gè)數(shù)量級(jí)；u 簡(jiǎn)單擴(kuò)散與溶質(zhì)濃度呈正比，而協(xié)助擴(kuò)散溶質(zhì)具最大擴(kuò)散濃度；u 協(xié)助擴(kuò)散溶質(zhì)具有特異性；而簡(jiǎn)單擴(kuò)散溶質(zhì)無特異性，結(jié)構(gòu)相同的物質(zhì)擴(kuò)散速度相同；u協(xié)助擴(kuò)散會(huì)受到其他因素抑制，簡(jiǎn)單擴(kuò)散無抑制性。 3. 水的被動(dòng)運(yùn)輸水分子不帶電荷但具有極性，它可以通過簡(jiǎn)單擴(kuò)散緩慢穿過質(zhì)膜進(jìn)行被動(dòng)運(yùn)輸，也可通過質(zhì)膜上的水

27、通道蛋白（或稱水孔）進(jìn)行水分子的快速跨膜運(yùn)輸。水分子無論是通過簡(jiǎn)單擴(kuò)散還是通過水通道運(yùn)輸，都只能順濃度梯度運(yùn)輸，都屬于被動(dòng)運(yùn)輸。二、主動(dòng)運(yùn)輸（active transport） 定義 主動(dòng)運(yùn)輸 (active transport) 是由載體蛋白所介導(dǎo)的物質(zhì)逆濃度梯度或電化學(xué)梯度由濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的方式。在物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程中需要供給能量。 特點(diǎn)： 逆濃度梯度運(yùn)輸 依賴于運(yùn)輸?shù)鞍?需要代謝能 具選擇性和特異性（一）ATP驅(qū)動(dòng)泵 ATP直接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸 利用ATP水解提供的能量驅(qū)動(dòng)離子或小分子逆濃度梯度或電化學(xué)梯度進(jìn)行跨膜主動(dòng)運(yùn)輸，類似于“泵”的作用，故也稱為ATPase

28、。當(dāng)運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)為離子時(shí)常稱為離子泵(Ion pump)。這種主動(dòng)運(yùn)輸方式直接利用水解ATP提供能量，所以又稱為初級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸。 主要類型： 1. P型離子泵 所有的P-型離子泵都有2個(gè)獨(dú)立的a催化亞基，具有ATP結(jié)合位點(diǎn)；絕大多數(shù)還具有2個(gè)小的b亞基，起調(diào)節(jié)作用。在轉(zhuǎn)運(yùn)離子過程中，至少一個(gè) a亞基發(fā)生磷酸化和去磷酸化反應(yīng)。 主要類型： A. Na+K+ 泵 結(jié)構(gòu)： 由a 和 b 二個(gè)亞基各兩個(gè)組成， a為多次跨膜的大亞基， b為一次跨膜的小亞基組成。 a亞基具有Na+、K+和ATP結(jié)合位點(diǎn)。 工作原理： 細(xì)胞內(nèi)側(cè)a亞基與Na+結(jié)合激活了ATP酶活性，使ATP水解， a亞基的Asp殘基被磷酸化，引

29、起a亞基構(gòu)象改變，將Na+泵出細(xì)胞；同時(shí)，細(xì)胞外K+與a亞基的另一個(gè)位點(diǎn)結(jié)合，使其去磷酸化， a亞基構(gòu)象再度發(fā)生改變，將K+泵入細(xì)胞，完成整個(gè)循環(huán)。每次循環(huán)消耗1個(gè)ATP，泵出3個(gè)Na+ ，泵入2個(gè)K+。Na+K + 泵的功能： 維持細(xì)胞內(nèi)適當(dāng)?shù)腘a+/ K+濃度梯度，維持細(xì)胞的滲透平衡； 維持了細(xì)胞的膜電位，為神經(jīng)和肌肉電傳導(dǎo)提供了基礎(chǔ)； 驅(qū)動(dòng)細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物 (如糖、氨基酸)的運(yùn)輸。 B. Ca2+ 泵 結(jié)構(gòu)： 是由1000個(gè)氨基酸殘基組成的多肽構(gòu)成的跨膜蛋白，每一泵單位中有10個(gè)跨膜a螺旋，內(nèi)側(cè)有兩個(gè)大的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。 工作原理： 是Ca2+ATP酶，工作原理與Na+K+泵類似，每循環(huán)1次消耗1個(gè)

30、ATP，將2個(gè)Ca 2+泵出細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)到細(xì)胞外或肌質(zhì)網(wǎng)。動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜上的Ca2+泵在靜息狀態(tài)下，其羧基端與泵的激活位點(diǎn)結(jié)合，抑制泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)胞內(nèi)Ca2+濃度升高時(shí)，Ca2+與CaM結(jié)合形成Ca2+/CaM復(fù)合物，并與Ca2+泵的激活位點(diǎn)結(jié)合，解除抑制作用從而激活Ca2+泵。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)型的Ca2+泵沒有鈣調(diào)蛋白的結(jié)合域。Ca2+ 泵功能：主要存在于細(xì)胞膜和某些細(xì)胞器（如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、葉綠體和液泡）膜上，它將Ca2+輸出細(xì)胞或泵入細(xì)胞器中儲(chǔ)存起來，以維持細(xì)胞內(nèi)低濃度的游離Ca2+，調(diào)節(jié)細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Ca2+的濃度，對(duì)調(diào)節(jié)肌肉細(xì)胞的收縮和舒張以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的終止至關(guān)重要。 C. P型質(zhì)子泵 結(jié)構(gòu)： P型H+泵的結(jié)構(gòu)與

31、Na+K+泵結(jié)構(gòu)類似。 工作原理： P型H+泵的工作原理與Na+-K+泵的工作原理相同，在的運(yùn)輸過程中涉及亞基的磷酸化和去磷酸化，利用水解ATP所釋放的能量將H+泵出細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。 功能： P型H+泵存在于植物細(xì)胞膜，將H+泵出細(xì)胞，建立和維持跨膜的H+電化學(xué)梯度，用于植物細(xì)胞其他物質(zhì)的協(xié)同運(yùn)輸。動(dòng)物的胃表皮細(xì)胞（分泌胃酸）利用P型H+泵將H+泵出細(xì)胞質(zhì)，產(chǎn)生胃酸，調(diào)節(jié)細(xì)胞的pH。 2. V型質(zhì)子泵和F型質(zhì)子泵 結(jié)構(gòu)： V型和F型H+泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多個(gè)亞基構(gòu)成，詳細(xì)結(jié)構(gòu)在線粒體結(jié)構(gòu)中講述。 工作原理： V型和F型H+泵工作時(shí)不涉及亞基的磷酸化和去磷酸化，以后講述。 功能： V型H+泵位于動(dòng)物細(xì)胞

32、胞內(nèi)體、溶酶體、液泡膜上，利用水解ATP的能量逆電化學(xué)梯度將基質(zhì)的中H+泵入細(xì)胞器中，維持細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的pH中性和細(xì)胞器內(nèi)pH的酸性。F型H+泵存在于線粒體內(nèi)膜、植物類囊體膜和細(xì)菌質(zhì)膜上，主要用于合成ATP (ATP合酶)。 3. ABC超家族(ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白)ABC超家族(ATP-bing cassette superfamily)也稱ABC運(yùn)載體(ABC transporter)，最初是在細(xì)菌的內(nèi)膜、線粒體、葉綠體上發(fā)現(xiàn)，此后在真核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)膜上也發(fā)現(xiàn)ABC超家族成員。主要參與糖、氨基酸和小肽的運(yùn)輸，運(yùn)輸時(shí)需要水解ATP提供能量。ABC運(yùn)輸?shù)鞍椎倪\(yùn)輸作用所有ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白都共享一種由4個(gè)“

33、核心”結(jié)構(gòu)域組成：2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域(T)，形成運(yùn)輸分子的跨膜通道；2個(gè)胞質(zhì)側(cè)ATP結(jié)合域(A)。ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的每個(gè)T結(jié)構(gòu)域由6個(gè)跨膜a螺旋組成，形成跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)通道并決定每個(gè)ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白底物的特異性。 在正常生理?xiàng)l件下，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是細(xì)菌質(zhì)膜上糖、氨基酸、磷脂和肽的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，是哺乳類細(xì)胞質(zhì)膜上磷脂、親脂性藥物、膽固醇和其他小分子的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。 每一種ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白為單向性的運(yùn)載蛋白，在細(xì)菌質(zhì)膜上發(fā)現(xiàn)輸入型和輸出型運(yùn)載蛋白，而真核生物的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白幾乎全部為輸出型的，將細(xì)胞基質(zhì)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外或運(yùn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等膜包細(xì)胞器。 在肝、小腸和腎等器官的細(xì)胞質(zhì)膜上分布豐富，可將天然毒物和代謝廢物

34、排出體外。 在腫瘤細(xì)胞和抗藥性細(xì)胞上，ABC超家族可將疏水性藥物從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞外，提高細(xì)胞對(duì)藥物的抗性。（二）協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)ATP間接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸 協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)(co-transport)是一類由Na+K+泵（或H+泵）與載體協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式。物質(zhì)跨膜運(yùn)輸所需要的直接動(dòng)力來自膜兩側(cè)離子電化學(xué)濃度梯度，而維持這種離子電化學(xué)濃度梯度則是通過Na+K+泵（或H+泵）消耗ATP所實(shí)現(xiàn)的。 根據(jù)物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子梯度順電化學(xué)梯度的轉(zhuǎn)移方向，可分為同向轉(zhuǎn)運(yùn) (symport)和反向轉(zhuǎn)運(yùn)(antiport) 。動(dòng)植物細(xì)胞載體蛋白介導(dǎo)的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)的比較動(dòng)物細(xì)胞的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)由膜兩側(cè)的N

35、a+電化學(xué)梯度驅(qū)動(dòng)，而植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H+電化學(xué)梯度來驅(qū)動(dòng)。（三）光能驅(qū)動(dòng)泵細(xì)菌視紫紅質(zhì)吸收光能，引起分子構(gòu)象改變，導(dǎo)致H+從細(xì)胞內(nèi)運(yùn)送到細(xì)胞外。主動(dòng)運(yùn)輸與被動(dòng)運(yùn)輸?shù)谋容^簡(jiǎn)單擴(kuò)散協(xié)助擴(kuò)散主動(dòng)運(yùn)輸參與運(yùn)輸?shù)哪こ煞帜さ鞍椎鞍妆贿\(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)是否需要結(jié)合否是是能量來源濃度梯度濃度梯度ATP或其他能源運(yùn)輸方向順濃度梯度順濃度梯度逆濃度梯度特異性無有有運(yùn)輸?shù)姆肿痈邼舛葧r(shí)的飽和性無有有主動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊饬x： 保證了細(xì)胞或細(xì)胞器從周圍環(huán)境中或表面攝取必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)； 能夠?qū)⒓?xì)胞內(nèi)的各種物質(zhì)，如分泌物、代謝廢物以及一些離子排到細(xì)胞外； 能夠維持一些無機(jī)離子在細(xì)胞內(nèi)恒定和最適的濃度，特別是K+、Na+、Ca2+、H+

36、的濃度； 維持一定的膜電位和滲透壓，是細(xì)胞生命活動(dòng)的基礎(chǔ)。三、胞吞作用與胞吐作用胞吞作用(又稱內(nèi)吞作用）和胞吐作用(又稱外排作用）完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，主要由囊泡運(yùn)輸來完成，又稱膜泡運(yùn)輸或批量運(yùn)輸(bulk transport)。在物質(zhì)跨膜運(yùn)輸過程中需要消耗能量，屬于主動(dòng)運(yùn)輸。 1. 胞吞作用A. 胞飲作用(pinocytosis)與吞噬作用(phagocytosis)胞飲作用與吞噬作用的三點(diǎn)主要區(qū)別特 征胞吞泡的大小轉(zhuǎn)運(yùn)方式胞吞泡形成機(jī)制胞飲作用小于150nm所有細(xì)胞具有的連續(xù)發(fā)生過程多需受體介導(dǎo)，需要網(wǎng)格蛋白形成包被及接合素蛋白連接吞噬作用大于250nm受體介導(dǎo)的信號(hào)觸發(fā)過程需

37、要微絲及其結(jié)合蛋白的參與 B. 受體介導(dǎo)的胞吞作用： 根據(jù)胞吞的物質(zhì)是否具有專一性，將胞吞作用分為受體介導(dǎo)的胞吞作用和非特異性的胞吞作用。 受體介導(dǎo)的胞吞作用是大多數(shù)動(dòng)物細(xì)胞通過網(wǎng)格蛋白有被小泡從胞外基質(zhì)攝取特定大分子的有效途徑。該途徑具有選擇性濃縮作用，既可保證細(xì)胞大量攝入特定的大分子，又避免了吸入細(xì)胞外大量的液體，比非特異性的胞吞作用效率明顯提高。 2. 胞吐作用 組成型的胞吐途徑(constitutive exocytosis pathway) 所有真核細(xì)胞都具備的、連續(xù)分泌過程。缺省途徑：除某些有特殊標(biāo)志的駐留蛋白和調(diào)節(jié)的分 泌泡外，其余蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑：粗面內(nèi)質(zhì) 網(wǎng)高爾基體分泌泡細(xì)胞表

38、面 調(diào)節(jié)型胞吐途徑(regulated exocytosis pathway) 特化的分泌細(xì)胞，儲(chǔ)存刺激釋放。產(chǎn)生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分選機(jī)制，分選信號(hào)存在于蛋白本身，分選主要由高爾基體TGN上的受體類蛋白來決定。 膜流：細(xì)胞的胞吞與胞吐作用對(duì)質(zhì)膜更新(膜脂、膜蛋白、胞外基質(zhì)組分、營(yíng)養(yǎng)或信號(hào)分子)和維持細(xì)胞的生存與生長(zhǎng)是必要的。本章小結(jié) 細(xì)胞質(zhì)膜具有選擇通透性，是細(xì)胞與細(xì)胞外環(huán)境之間物質(zhì)運(yùn)輸?shù)钠琳?。廣義的細(xì)胞物質(zhì)運(yùn)輸包括跨膜運(yùn)輸、胞內(nèi)運(yùn)輸與轉(zhuǎn)細(xì)胞運(yùn)輸。 幾乎所有小的有機(jī)分子和帶電荷的無機(jī)離子的跨膜運(yùn)輸都需要膜運(yùn)輸?shù)鞍住ＤまD(zhuǎn)運(yùn)蛋白包括：載體蛋白、通道蛋白以及微生物分泌的離子

39、載體。 載體蛋白是多次跨膜的整合蛋白，每種載體蛋白能與特定的溶質(zhì)分子結(jié)合，通過構(gòu)象改變介導(dǎo)溶質(zhì)分子的被動(dòng)或主動(dòng)跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。 通道蛋白形成跨膜的親水性通道，介導(dǎo)溶質(zhì)的被動(dòng)跨膜運(yùn)輸?？煞譃殡x子通道與水通道。 根據(jù)應(yīng)答信號(hào)的不同，離子通道可分為：電壓門通道、配體門通道和壓力激活通道。離子通道具有3個(gè)顯著特征：具有離子選擇性；不與轉(zhuǎn)運(yùn)離子結(jié)合，轉(zhuǎn)運(yùn)速率高且無飽和性；非連續(xù)性開放而是門控的。 水通道是細(xì)胞膜上四個(gè)相同水通道蛋白亞基構(gòu)成的四聚體，每個(gè)亞基為6次跨膜蛋白，特異性被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)水。 離子載體大多是微生物合成的小的疏水分子，溶于膜的脂雙層中，能保護(hù)帶電離子被動(dòng)通過脂雙層?？煞譃橥ǖ佬纬呻x子載體（短桿菌肽

40、）和可動(dòng)離子載體（纈氨霉素）。 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸分為被動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸，載體蛋白既有介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體又有介導(dǎo)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體，而通道蛋白只介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸。 被動(dòng)運(yùn)輸是指通過簡(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)輸。協(xié)助擴(kuò)散需載體蛋白參與，具有運(yùn)輸物質(zhì)的選擇性和轉(zhuǎn)運(yùn)飽和性，比簡(jiǎn)單擴(kuò)散高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。 主動(dòng)運(yùn)輸是由載體蛋白所介導(dǎo)的物質(zhì)逆濃度梯度或電化學(xué)梯度由濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的方式。主動(dòng)運(yùn)輸需要與某種釋放能量的過程相耦聯(lián)，主動(dòng)運(yùn)輸可分為ATP直接提供能量(ATP驅(qū)動(dòng)泵)、ATP間接提供能量(協(xié)同運(yùn)輸)和光能驅(qū)動(dòng)3種類型。 ATP直接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸可分為4類：P-型

41、離子泵、 V-型離子泵、F-型離子泵和ABC超家族。前3種只轉(zhuǎn)運(yùn)離子，后一種主要轉(zhuǎn)運(yùn)小分子。 P-型離子泵包括：Na+/K+-泵、Ca2+-泵、P-型H+泵等。 在轉(zhuǎn)運(yùn)離子過程中， P-型離子泵發(fā)生磷酸化與去磷酸化引起構(gòu)象改變，實(shí)現(xiàn)離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。 Na+/K+-泵每個(gè)循環(huán)消耗1個(gè)ATP泵出3個(gè)Na+泵入2個(gè)K+。動(dòng)物細(xì)胞借助Na+/K+-泵維持細(xì)胞滲透平衡；同時(shí)利用胞外高濃度的Na+所儲(chǔ)存的能量，通過協(xié)同運(yùn)輸從胞外攝取營(yíng)養(yǎng)。植物細(xì)胞、真菌和細(xì)菌質(zhì)膜上沒有Na+/K+-泵而具有P-型H+泵，將H+泵出細(xì)胞，建立跨膜H+的電化學(xué)勢(shì)，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞的協(xié)同運(yùn)輸。 Ca2+-泵每消耗1分子ATP泵出2個(gè)Ca2

42、+。Ca2+-泵將Ca2+-泵出細(xì)胞或泵入細(xì)胞內(nèi)鈣庫(kù)(內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等)，維持細(xì)胞內(nèi)低濃度的Ca2+。 V-型離子泵、F-型離子泵結(jié)構(gòu)相似但功能不同。 V-型離子泵分布于動(dòng)物細(xì)胞胞內(nèi)體、溶酶體和植物細(xì)胞液泡膜上等，是利用ATP水解供能從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中逆H+電化學(xué)梯度泵出H+進(jìn)入細(xì)胞器，以維持基質(zhì)pH中性和細(xì)胞器內(nèi)pH酸性；F-型離子泵又稱為H+-ATP合酶，分布于細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜和葉綠體類囊體膜上，利用H+順濃度梯度運(yùn)動(dòng)所釋放的能量合成ATP。 ABC超家族由2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域(T)和2個(gè)胞質(zhì)側(cè)ATP結(jié)合域(A)構(gòu)成，T結(jié)構(gòu)域形成運(yùn)輸分子的跨膜通道。正常生理?xiàng)l件下，ABC蛋白是細(xì)菌質(zhì)膜上糖、氨基

43、酸、磷脂和肽的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；是哺乳類細(xì)胞親脂性藥物、膽固醇和其他小分子的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。 協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)是一類由Na+/K+泵（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?？煞譃橥蜣D(zhuǎn)運(yùn)和反向轉(zhuǎn)運(yùn)。 真核細(xì)胞通過胞吞作用和胞吐作用完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，又稱為批量運(yùn)輸。 胞吞作用又可分為胞飲作用和吞噬作用。胞飲作用是所有真核細(xì)胞都具有的一個(gè)連續(xù)發(fā)生的過程，攝入溶液和分子；胞飲泡的形成多為受體介導(dǎo)的過程，需要網(wǎng)格蛋白、結(jié)合素蛋白等參與。吞噬作用是某些特化的細(xì)胞具有的信號(hào)觸發(fā)過程，攝入大的顆粒性物質(zhì)，需要微絲及其結(jié)合蛋白的幫助。 胞吐作用是將細(xì)胞內(nèi)的分泌泡或其他某些膜泡中的物質(zhì)

44、通過細(xì)胞質(zhì)膜運(yùn)出細(xì)胞的過程，可分為組成型胞吐途徑和調(diào)節(jié)型胞吐途徑。組成型胞吐是所有真核細(xì)胞都有的胞吐，其缺省途徑是：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體分泌泡細(xì)胞表面。調(diào)節(jié)型胞吐是特化的分泌細(xì)胞受到信號(hào)刺激是，儲(chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)的分泌泡與質(zhì)膜融合釋放內(nèi)含物的途徑。 胞吞作用與胞吐作用均涉及膜的融合，需要細(xì)胞提供為此提供能量，因此屬于主動(dòng)運(yùn)輸。 胞吞作用與胞吐作用的動(dòng)態(tài)過程對(duì)質(zhì)膜更新（膜流）和維持細(xì)胞的生存與生長(zhǎng)是必要的。難點(diǎn)與重點(diǎn) 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的類型和功能 被動(dòng)運(yùn)輸?shù)闹饕愋秃透髯蕴攸c(diǎn) 主動(dòng)運(yùn)輸?shù)?種主要類型 ATP驅(qū)動(dòng)泵的類型及其作用機(jī)制 協(xié)同運(yùn)輸?shù)膬煞N主要類型 胞飲作用與吞噬作用的聯(lián)系與區(qū)別 組成型胞吐與調(diào)節(jié)型胞吞

45、的聯(lián)系與區(qū)別第七章 真核細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)第一節(jié) 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì) 一、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的涵義 基本概念： 細(xì)胞質(zhì)中除去細(xì)胞核、線粒體、溶酶體、高爾基體和細(xì)胞質(zhì)膜等細(xì)胞器或細(xì)胞結(jié)構(gòu)后，剩余的較為均質(zhì)半透明的液態(tài)膠狀物質(zhì)即為細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)。生物化學(xué)家稱之為胞液(cytosol)。 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是細(xì)胞的重要的結(jié)構(gòu)成分，其體積約占細(xì)胞質(zhì)的一半 。 成分：細(xì)胞質(zhì)的主要成分有水、無機(jī)離子等小分子，還有脂類、糖類（如葡萄糖、果糖、蔗糖）、氨基酸及其衍生物等中等分子，以及蛋白質(zhì)、RNA、多糖等大分子。細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中含有代謝有關(guān)的酶類、構(gòu)成細(xì)胞骨架的各種蛋白。 特點(diǎn)：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)是一個(gè)高度有序、處于動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)構(gòu)體系；多種成分通過弱鍵而

46、相互作用（如酶與細(xì)胞骨架）。二、細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的功能 完成各種中間代謝過程 如糖酵解過程，糖元、蛋白質(zhì)和脂肪酸的合成等。 與細(xì)胞質(zhì)骨架相關(guān)的功能 維持細(xì)胞形態(tài)、運(yùn)動(dòng)、胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸及能量傳遞等。 蛋白質(zhì)的修飾、蛋白質(zhì)選擇性降解 蛋白質(zhì)的修飾 v 輔酶或輔基與酶的共價(jià)作用v 磷酸化和去磷酸化v 糖基化：N乙酰葡萄糖胺v N端甲基化v ?；?控制蛋白質(zhì)的壽命蛋白質(zhì)N端的第一個(gè)氨基酸殘基決定蛋白質(zhì)的壽命。若第一個(gè)氨基酸殘基為Met、Ser、Thr、Ala、Val、Cys、Gly或Pro，則蛋白質(zhì)是穩(wěn)定的；若第一個(gè)氨基酸為其余12種氨基酸，則蛋白質(zhì)是不穩(wěn)定的。 降解變性和錯(cuò)誤折疊的蛋白質(zhì) 幫助變性或錯(cuò)誤折

47、疊的蛋白質(zhì)重新折疊第二節(jié) 內(nèi) 質(zhì) 網(wǎng) 1945年，K. R. Porter和A. D. Claude等在電鏡下觀察培養(yǎng)的小鼠成纖維細(xì)胞時(shí)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞質(zhì)中有一些形狀大小略不相同的小管、小囊連續(xù)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，故名內(nèi)質(zhì)網(wǎng) (endoplasmic reticulum, ER)。一、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)和類型 1. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)l 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是由膜所形成的一些大小不同的小管、小囊和扁囊構(gòu)成的的一個(gè)連續(xù)的網(wǎng)狀膜系統(tǒng)，其內(nèi)腔相通。l 膜厚約56 nm.l 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜和外層核膜是連續(xù)的，ER內(nèi)的腔與兩層核膜中間的腔相通。有時(shí)向內(nèi)折疊的細(xì)胞質(zhì)膜與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)相連接，甚至有管道相通。l ER的形態(tài)、數(shù)量和分布隨細(xì)胞類型、細(xì)胞質(zhì)

48、區(qū)域、細(xì)胞所處的發(fā)育階段和生理機(jī)能不同而分布不同。 2. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的類型內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的兩種基本類型： 粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（rough endoplasmic reticulum, rER）rER多呈扁囊狀，排列較為整齊，其外表面附有核糖體顆粒。普遍存在于分泌蛋白質(zhì)的細(xì)胞中，分泌旺盛的細(xì)胞含量越多。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上有一種稱為易位子的蛋白復(fù)合體，其功能與新合成的多肽進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)有關(guān)。 光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（smooth endoplasmic reticulum, sER）sER膜光滑，無核糖體附著，其單位成分不是扁囊，而常為小管或小囊。小管直徑為50100nm，相互連接成網(wǎng)，廣泛存在于能合成類固醇的細(xì)胞。大多細(xì)胞中sER不多，僅

49、存在于一小區(qū)域，但橫紋肌和平滑肌的ER為sER。 微粒體（microsome） 微粒體不是細(xì)胞內(nèi)的固有結(jié)構(gòu)，而是細(xì)胞勻漿在差速離心過程中，由破碎的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成的近似球形的囊泡結(jié)構(gòu)，它包含內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜與核糖體兩種基本組分。二、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的功能 1. rER的功能A. 蛋白質(zhì)的合成和轉(zhuǎn)移n 細(xì)胞中蛋白質(zhì)都是在核糖體上合成的， 并且起始于細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中“游離”核糖體。n 有些蛋白質(zhì)在合成開始后不久便轉(zhuǎn)移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成，這些蛋白質(zhì)主要有：A. 向細(xì)胞外分泌的蛋白質(zhì)（如抗體、激素）；B. 膜整合蛋白；C. 內(nèi)膜系統(tǒng)細(xì)胞器內(nèi)的可溶性留駐蛋白（如溶酶體的各種水解酶）；D. 需要進(jìn)行修飾的蛋白質(zhì)（如糖蛋白）。n 在細(xì)胞質(zhì)

50、基質(zhì)合成的蛋白質(zhì)包括：細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的駐留蛋白、質(zhì)膜外周蛋白、核輸入蛋白、轉(zhuǎn)運(yùn)到線粒體、葉綠體和過氧化物酶體的蛋白。B. 蛋白質(zhì)的修飾與加工n rER合成的大部分可溶蛋白或膜結(jié)合蛋白，包括注定到高爾基體、溶酶體、質(zhì)膜或細(xì)胞外空間的蛋白質(zhì)都需要進(jìn)行糖基化，形成糖蛋白。n 細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中合成的可溶性蛋白一般不進(jìn)行糖基化。n 修飾加工包括：N-糖基化、羥基化、酰基化、二硫鍵形成和形成脂錨定蛋白等，其中最主要的是N-糖基化。n 糖基供體主要是N乙酰葡萄糖胺、甘露糖和葡萄糖，這些寡糖在寡糖轉(zhuǎn)移酶的作用下與蛋白質(zhì)的天冬酰胺殘基側(cè)鏈上的氨基基團(tuán)連接；n 連接脂類的前體寡糖是通過高能的焦磷酸鍵一個(gè)個(gè)地連到載體多萜

51、醇上的。寡糖的合成開始于ER膜的胞液面，在中間物形成后通過翻轉(zhuǎn)橫穿脂雙層到達(dá)腔面繼續(xù)合成。n 蛋白質(zhì)一進(jìn)入ER腔，預(yù)先形成的寡糖就在寡糖轉(zhuǎn)移酶的催化下轉(zhuǎn)移到天冬酰胺上，與天冬酰胺直接結(jié)合的糖都是N-乙酰葡萄糖胺。C. 新生肽的折疊與組裝ER具有非還原性的內(nèi)腔，蛋白質(zhì)在ER腔內(nèi)易于 形成 二硫鍵，對(duì)新生肽的折疊與組裝不利。n 蛋白質(zhì)在ER腔內(nèi)折疊時(shí)二硫鍵的形成需要蛋白二硫鍵異構(gòu)酶(protein disulfide isomerase，PDI)，作用過程： 切斷二硫鍵，幫助新合成的蛋白重新形成二硫鍵并處于正確折疊的狀態(tài) 需要分子伴侶結(jié)合蛋白(Binding protein, Bip)，Bip可識(shí)

52、別錯(cuò)誤折疊的蛋白或未裝配好的蛋白亞單位，并促進(jìn)重新折疊與裝配。n 正確折疊涉及駐留內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白具有 Lys-Asp-Glu-Leu (KDEL) 或 His-Asp-Glu-Leu (HDEL)信號(hào)肽序列； 2. sER的功能 脂類的合成：sER膜能合成幾乎所有細(xì)胞膜需要的脂類，包括磷脂和膽固醇。主要的磷脂是磷脂酰膽堿。n 細(xì)胞所需的絕大多數(shù)膜脂(包括磷脂和膽固醇)都是在 ER的胞液面上合成的 ；但鞘磷脂和糖脂開始于ER腔面并在高爾基體內(nèi)完成， Mit/Chl某些單一脂類是在自身的膜上合成的。n 磷脂的轉(zhuǎn)運(yùn)： ERGC、Ly、PM通過膜泡運(yùn)輸實(shí)現(xiàn)。 ER MT、Chl、過氧化物體通過磷脂調(diào)換蛋白完成。 肝細(xì)胞葡萄糖的釋放：葡萄糖-6-磷酸酶存在于sER膜上，可將胞液中的G-6-P分解為葡萄糖和磷酸，提高細(xì)胞質(zhì)中葡萄糖的濃度，并經(jīng)細(xì)胞膜釋放到血液中。 肝的解毒作用：細(xì)胞色素P450、NADPH-細(xì)胞色素P450還原酶等酶系存在于sER上，通過電子傳遞，使藥物、毒物、類固醇等氧化，消除毒性，從而起到解毒的作用。 儲(chǔ)存鈣離子：肌質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+-ATP酶將細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中Ca2+ 泵入肌質(zhì)網(wǎng)