細(xì)胞生物學(xué)物質(zhì)的跨膜運輸與信號傳遞

第五章物質(zhì)的跨膜運輸與信號傳遞物質(zhì)的跨膜運輸細(xì)胞通訊與信號傳遞目前一頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點物質(zhì)的跨膜運輸細(xì)胞膜是防止細(xì)胞外物質(zhì)自由進(jìn)入細(xì)胞的屏障，保證了細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定細(xì)胞必須與周圍環(huán)境發(fā)生信息、物質(zhì)與能量的交換，才能完成特定的生理功能目前二頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點物質(zhì)的跨膜運輸被動運輸主動運輸胞吞作用、胞吐作用目前三頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點被動運輸被動運輸(passivetransport)：

是指通過簡單擴散或協(xié)助擴散實現(xiàn)物質(zhì)由高濃度向低濃度方向的跨膜轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運動力：

來自物質(zhì)的濃度梯度，不需要細(xì)胞提供代謝能量目前四頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點被動運輸——簡單擴散(simplediffusion)也叫自由擴散(freediffusion)，可運輸疏水的小分子和小的不帶電荷的極性分子

特點：①沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度）擴散；②不需要提供能量；③沒有膜蛋白的協(xié)助通透性取決于分子的大小和極性，脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越?。环菢O性分子比極性容易透過，小分子比大分子容易透過目前五頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點被動運輸——簡單擴散目前六頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點被動運輸——協(xié)助擴散(facilitateddiffusion)也叫促進(jìn)擴散，可運輸各種極性分子和無機離子特點：①轉(zhuǎn)運速率高；②存在最大轉(zhuǎn)運速率，在一定限度內(nèi)運輸速率同物質(zhì)濃度成正比；③有特異性，依賴于質(zhì)膜上的膜轉(zhuǎn)運蛋白(membranetransportproteins)目前七頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點被動運輸——協(xié)助擴散載體蛋白(carrierproteins)——既可介導(dǎo)被動運輸，又可介導(dǎo)逆濃度或電化學(xué)梯度的主動運輸通道蛋白(channelproteins)——只能介導(dǎo)順濃度或電化學(xué)梯度的被動運輸膜轉(zhuǎn)運蛋白目前八頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點被動運輸——協(xié)助擴散也稱為通透酶(permease)，因與酶的作用很相似有特異性結(jié)合位點，與某一物質(zhì)暫時、可逆的結(jié)合與分離一種特異載體只轉(zhuǎn)運一種類型的分子(離子)與酶的區(qū)別：可改變過程的平衡點；對轉(zhuǎn)運的溶質(zhì)分子不作任何共價修飾載體蛋白目前九頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點被動運輸——協(xié)助擴散特點：不需要與溶質(zhì)分子結(jié)合，橫跨膜形成親水通道，允許適宜大小的分子和帶電荷的離子通過分為兩類：

非選擇性的通道——G-細(xì)菌、線粒體、葉綠體的外膜

有選擇性開關(guān)的多次跨膜通道——離子通道離子通道具有兩個顯著特征：

①對被轉(zhuǎn)運離子的大小與電荷都有高度的選擇性，轉(zhuǎn)運速率高

②離子通道是門控的，即離子通道的活性由通道開或關(guān)兩種構(gòu)象所調(diào)節(jié)通道蛋白目前十頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點被動運輸——協(xié)助擴散目前十一頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點被動運輸——協(xié)助擴散目前十二頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點被動運輸——協(xié)助擴散乙酰膽堿受體目前十三頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點被動運輸——協(xié)助擴散鉀電位門通道目前十四頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸主動運輸(activetransport)：

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)向高濃度的一側(cè)進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運的方式特點：①逆濃度梯度（逆化學(xué)梯度）運輸；②需要能量；③都有載體蛋白能量來源：①ATP直接驅(qū)動；②間接能量驅(qū)動(協(xié)同運輸中的離子梯度動力)；③光驅(qū)動(見于細(xì)菌)目前十五頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——鈉鉀泵目前十六頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——鈉鉀泵目前十七頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——鈉鉀泵目前十八頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——鈣離子泵目前十九頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——鈣離子泵目前二十頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——質(zhì)子泵目前二十一頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——質(zhì)子泵四種ATP驅(qū)動的離子泵目前二十二頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——ABC轉(zhuǎn)運器目前二十三頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——ABC轉(zhuǎn)運器目前二十四頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——協(xié)同運輸（cotransport）目前二十五頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——協(xié)同運輸質(zhì)子泵協(xié)同運輸目前二十六頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——協(xié)同運輸目前二十七頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點主動運輸——協(xié)同運輸目前二十八頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點目前二十九頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞吞作用與胞吐作用真核細(xì)胞通過胞吞作用(內(nèi)吞作用，endocytosis)和胞吐作用(外排作用，exocytosis)完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運輸，如蛋白質(zhì)、多核苷酸、多糖等在轉(zhuǎn)運過程中，質(zhì)膜內(nèi)陷，形成包圍細(xì)胞外物質(zhì)的囊泡，因此又稱膜泡運輸可同時轉(zhuǎn)運一種或一種以上數(shù)量不等的大分子和顆粒性物質(zhì)，因此也稱批量運輸(bulktransport)運輸過程中涉及膜的融合與斷裂，需要消耗能量，屬于主動運輸目前三十頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞吞作用胞吞作用——通過細(xì)胞膜內(nèi)陷形成囊泡(胞吞泡)，將外界物質(zhì)裹進(jìn)并輸入細(xì)胞的過程根據(jù)胞吞泡的大小和胞吞物質(zhì)可分為：

-胞飲作用(pinocytosis)——胞吞物為溶液，形成

的囊泡較小，稱胞飲泡

-吞噬作用(phagocytosis)——胞吞物為大的顆粒

性物質(zhì)，形成的囊泡較大，稱吞噬泡目前三十一頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞吞作用目前三十二頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞吞作用類別泡的大小不同發(fā)生的過程不同形成機制不同胞飲作用直徑＜150nm連續(xù)發(fā)生的過程需要網(wǎng)格蛋白或這一類蛋白的幫助吞噬作用直徑＞250nm需要被吞噬物與細(xì)胞表面結(jié)合并激活細(xì)胞表面受體，是一個信號觸發(fā)過程需要有微絲及其結(jié)合蛋白的幫助目前三十三頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞吐作用胞吐作用——將細(xì)胞內(nèi)的分泌泡或其他某些膜泡中的物質(zhì)通過細(xì)胞質(zhì)膜運出細(xì)胞的過程類型：

-組成型胞吐途徑(constitutiveexocytosispathway)

-調(diào)節(jié)型胞吐途徑(regulatedexocytosispathway)目前三十四頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞吐作用組成型胞吐途徑：①確保新合成的囊泡膜的蛋白和脂類不斷地供應(yīng)質(zhì)膜更新；②確保細(xì)胞分裂前質(zhì)膜的生長；③囊泡內(nèi)可溶性蛋白分泌到細(xì)胞外（成為質(zhì)膜外周蛋白、胞外基質(zhì)組分、營養(yǎng)成分、信號分子擴散到胞外液）調(diào)節(jié)型胞吐途徑：特化的分泌細(xì)胞，這些分泌細(xì)胞產(chǎn)生的分泌物儲存在分泌泡內(nèi)，當(dāng)細(xì)胞在受到胞外信號刺激時，分泌泡與質(zhì)膜融合并將內(nèi)含物釋放出去目前三十五頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞吐作用目前三十六頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點細(xì)胞通訊與信號傳遞生命是一個完整的自然

的信息處理系統(tǒng)單細(xì)胞生物——反饋調(diào)節(jié)多細(xì)胞生物是由各種

細(xì)胞組成的細(xì)胞社會，

更有賴于細(xì)胞間的通

訊與信號傳導(dǎo)

-調(diào)節(jié)代謝

-實現(xiàn)細(xì)胞功能

-調(diào)節(jié)細(xì)胞周期

-控制細(xì)胞分化

-影響細(xì)胞的存活目前三十七頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——幾個容易混淆的概念不同的作者往往使用不同的名詞來描述細(xì)胞的信息傳遞現(xiàn)象目前三十八頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——細(xì)胞信號分子(signalmolecule)目前三十九頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——細(xì)胞信號分子目前四十頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——受體(receptor)目前四十一頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——受體目前四十二頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——受體目前四十三頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——分子開關(guān)(molecularswitches)在細(xì)胞內(nèi)一系列信號傳遞的級聯(lián)反應(yīng)中，必須有正、負(fù)兩種相輔相成的反饋機制進(jìn)行精確控制——分子開關(guān)很重要一類開關(guān)蛋白(switchprotein)的活性由蛋白激酶使之磷酸化而開啟，蛋白磷酸酶去磷酸化而關(guān)閉，常為蛋白激酶本身另一類開關(guān)蛋白由GTP結(jié)合蛋白組成，結(jié)合GTP而活化，結(jié)合GDP而失活目前四十四頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——細(xì)胞通訊的主要類型（一）細(xì)胞間隙連接是細(xì)胞間的直接通訊方式。兩個相鄰的細(xì)胞以連接子相聯(lián)系，連接子中央為直徑1.5nm的親水性孔道，允許小分子物質(zhì)如Ca2+、cAMP通過，有利于相鄰?fù)图?xì)胞對外界信號的協(xié)同反應(yīng)，如可興奮細(xì)胞的點耦聯(lián)現(xiàn)象細(xì)胞間隙連接、膜表面分子接觸通訊、化學(xué)通訊目前四十五頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——細(xì)胞通訊的主要類型（二）膜表面分子接觸通訊是指細(xì)胞通過其表面信號分子(受體)與另一細(xì)胞表面的信號分子(配體)選擇性地相互作用，最終產(chǎn)生細(xì)胞應(yīng)答的過程，即細(xì)胞識別(cellrecognition)。如精子和卵子之間的識別，T與B淋巴細(xì)胞間的識別目前四十六頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——細(xì)胞通訊的主要類型（三）化學(xué)通訊間接的細(xì)胞通訊，指細(xì)胞分泌一些化學(xué)物質(zhì)(如激素)至細(xì)胞外，作為信號分子作用于靶細(xì)胞，調(diào)節(jié)其功能根據(jù)化學(xué)信號分子可以作用的距離范圍分為4類目前四十七頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——細(xì)胞通訊的主要類型目前四十八頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點基本概念——細(xì)胞通訊的主要類型目前四十九頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點目前五十頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點目前五十一頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點目前五十二頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞胞內(nèi)受體實質(zhì)是激素激活的基因調(diào)控蛋白。種類多，構(gòu)成細(xì)胞內(nèi)受體超家族受體與抑制性蛋白(如Hsp90)結(jié)合形成復(fù)合物，處于非活化狀態(tài)；配體(如皮質(zhì)醇)與受體結(jié)合，導(dǎo)致抑制性蛋白解離，受體暴露其DNA結(jié)合位點而被激活一般都有三個結(jié)構(gòu)域：C端的激素結(jié)合位點，N端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)位點，中部的DNA或Hsp90結(jié)合位點目前五十三頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點目前五十四頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點信號傳遞過程甾類激素分子（親脂性小分子）跨越質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)簡單擴散皮質(zhì)酮、黃體酮等與胞質(zhì)內(nèi)受體結(jié)合甲狀腺素、維生素D、雌激素等與核中受體結(jié)合改變受體的構(gòu)象，活化基因的轉(zhuǎn)錄目前五十五頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞內(nèi)受體介導(dǎo)——甾類激素目前五十六頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞內(nèi)受體介導(dǎo)——NO目前五十七頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞內(nèi)受體介導(dǎo)——NO目前五十八頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點胞內(nèi)受體介導(dǎo)——NO目前五十九頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點NO在導(dǎo)致血管平滑肌舒張中的作用目前六十頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點膜表面受體介導(dǎo)的信號傳遞目前六十一頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點目前六十二頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點膜表面受體介導(dǎo)目前六十三頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點（一）離子通道偶聯(lián)的受體1.概念：

是由多亞基組成的受體-離子通道復(fù)合體2.特點：

本身既有信號結(jié)合位點，又是離子通道，其跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)無需中間步驟。3.分布：

神經(jīng)細(xì)胞或其他可興奮細(xì)胞間的突觸信號傳遞。

目前六十四頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點4.作用機理神經(jīng)遞質(zhì)受體通道蛋白構(gòu)象變化離子通道的開啟或關(guān)閉改變質(zhì)膜的離子通透性

目前六十五頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點膜表面受體介導(dǎo)——離子通道型受體目前六十六頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點膜表面受體介導(dǎo)——離子通道型受體目前六十七頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點（二）G蛋白偶聯(lián)的受體1.概念：是指配體-受體復(fù)合物與靶蛋白的作用要通過與G蛋白的偶聯(lián)，在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生第二信使從而將胞外信號跨膜傳遞到胞內(nèi)影響細(xì)胞的行為。目前六十八頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點

G蛋白的位置及組成（1）G蛋白是三聚體GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白的簡稱，位于質(zhì)膜內(nèi)胞漿一側(cè)，（2）由α、β、γ三個亞基組成，α亞基本身具有GTP酶活性；βγ二聚體通過共價結(jié)合錨于膜上，起穩(wěn)定α亞基的作用。目前六十九頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點

當(dāng)胞外配體與受體結(jié)合形成復(fù)合物時，導(dǎo)致受體胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域與G蛋白α亞基偶聯(lián)，

促使α亞基結(jié)合的GDP被GTP交換而被活化，即處于開啟態(tài)，從而傳遞信號。目前七十頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點膜表面受體介導(dǎo)——G蛋白耦聯(lián)型受體鈣調(diào)蛋白(calmodulin,CaM)是一種真核細(xì)胞內(nèi)普遍存在的Ca2+應(yīng)答蛋白，單條多肽鏈含4個結(jié)構(gòu)域，每個結(jié)構(gòu)域結(jié)合一個Ca2+CaM本身無活性，Ca2+與CaM結(jié)合形成活化態(tài)的Ca2+-CaM復(fù)合體，再與靶酶結(jié)合將其活化目前七十一頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點膜表面受體介導(dǎo)——酶耦聯(lián)型受體與酶連接的細(xì)胞表面受體，又稱催化性受體(catalyticreceptor)目前已知的都是跨膜蛋白，當(dāng)胞外配體與受體結(jié)合即激活受體胞內(nèi)段的酶活性特點：不需信號耦聯(lián)蛋白（G蛋白），而是通過受體本身的酶活性的激活來完成信號跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)；配體的結(jié)合導(dǎo)致受體的二聚化目前七十二頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點至少包括5類：

①受體酪氨酸激酶

②受體絲氨酸/蘇氨酸激酶

③受體酪氨酸磷酸酯酶

④受體鳥苷酸環(huán)化酶

⑤酪氨酸蛋白激酶聯(lián)系的受體目前七十三頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點膜表面受體介導(dǎo)——酶耦聯(lián)型受體受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路受體酪氨酸激酶的胞外配體：可溶性或膜結(jié)合的多肽或蛋白類激素，包括胰島素和多種生長因子受體酪氨酸激酶的胞外區(qū)與配體結(jié)合后，胞內(nèi)區(qū)通過二聚化和自磷酸化激活酪氨酸蛋白激酶活性目前七十四頁\總數(shù)七十九頁\編于二十一點細(xì)胞表面整聯(lián)蛋白介導(dǎo)的信號傳遞整聯(lián)蛋白是細(xì)胞表面的跨膜蛋白，由α和β兩個亞基組成的異二聚體整聯(lián)蛋白的胞外結(jié)構(gòu)域與胞外配體(如纖連蛋白)相互作用可產(chǎn)生