物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸與信號傳遞學(xué)時(shí)

第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)當(dāng)前第1頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)第一節(jié)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸1被動運(yùn)輸（passivetransport）2主動運(yùn)輸（activetransport）3胞吞作用（endocytosis）與

胞吐作用（exocytosis）物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸是細(xì)胞維持正常生命活動的基礎(chǔ)之一。當(dāng)前第2頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)一、膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Transportproteins）膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：鑲嵌在質(zhì)膜上的，與物質(zhì)運(yùn)輸有關(guān)的跨膜蛋白質(zhì)?！糨d體蛋白（carrierproteins）◆通道蛋白(Channelproteins）當(dāng)前第3頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)1

載體蛋白(Carrierproteins)◆概念:

細(xì)胞膜上具特異性的跨膜運(yùn)輸?shù)鞍住?/p>

特點(diǎn):多次跨膜；特異性；載體蛋白既參與被動運(yùn)輸，也參與主動運(yùn)輸當(dāng)前第4頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)載體蛋白當(dāng)前第5頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)目前發(fā)現(xiàn)的通道蛋白已有50多種，主要是離子通道(ionchannels)。絕大多數(shù)通道蛋白組成離子通道，對轉(zhuǎn)運(yùn)的離子的大小和電荷具有高度選擇性。轉(zhuǎn)運(yùn)速率高沒有飽和值離子通道是門控的，不是持續(xù)開放的。只參與被動運(yùn)輸.2通道蛋白(Channelproteins）最典型的特征當(dāng)前第6頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)通道蛋白的類型電壓門控；配體門控；壓力激活當(dāng)前第7頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)二、被動運(yùn)輸（passivetransport）

特點(diǎn)：

運(yùn)輸方向：順濃度梯度能量消耗：不需要提供能量類型：

簡單擴(kuò)散（simplediffusion）協(xié)助擴(kuò)散（facilitateddiffusion）

-------需要特異膜蛋白協(xié)助 當(dāng)前第8頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)簡單擴(kuò)散中物質(zhì)的通透性：極性越小越容易過膜分子越小越容易過膜離子不能過膜（一）簡單擴(kuò)散當(dāng)前第9頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)◆水分子不溶于脂,并具有極性,依靠簡單擴(kuò)散通過質(zhì)膜,速度很小，但實(shí)際卻是很容易通過膜。原因是:Aquaporins（水孔蛋白）通道thekidneytubuleandplantroots當(dāng)前第10頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)各種極性分子和無機(jī)離子等沿著濃度梯度或電化學(xué)梯度減小的方向的跨膜運(yùn)動，該過程不需要能量，但需要特異的膜蛋白協(xié)助物質(zhì)運(yùn)輸。

（二）協(xié)助擴(kuò)散當(dāng)前第11頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)特征：存在膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率；不同物質(zhì)有特異Km值當(dāng)前第12頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)三、主動運(yùn)輸（activetransport）●特點(diǎn)：逆濃度梯度運(yùn)輸；需要能量供給；膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與●類型：ATP直接提供能量的主動運(yùn)輸

由ATP間接提供能量的主動運(yùn)輸—協(xié)同運(yùn)輸

光能驅(qū)動的主動運(yùn)輸P-型離子泵：鈉鉀泵、鈣泵、氫泵V-質(zhì)子泵F-質(zhì)子泵ABC超家族當(dāng)前第13頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)三、主動運(yùn)輸（activetransport）三種類型當(dāng)前第14頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)（一）直接供能

1.

P-型離子泵2個(gè)α催化亞基-ATP結(jié)合位點(diǎn)；2個(gè)β調(diào)節(jié)亞基；在轉(zhuǎn)運(yùn)離子過程中，利用ATP水解能，形成磷酸化(phosphorylation)中間體，因此為P-型離子泵。當(dāng)前第15頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)Na+-K+pump,Na+-K+ATPase

●又稱Na+泵或Na+/K+交換泵，或Na+-K+ATP酶；●Na+-K+ATPase是由兩個(gè)大亞基(α亞基)和兩個(gè)小亞基(β亞基)組成；

當(dāng)前第16頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)鈉鉀泵的結(jié)構(gòu)當(dāng)前第17頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)鈉鉀泵的機(jī)制當(dāng)前第18頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)生物學(xué)意義：維持細(xì)胞內(nèi)一定的Na+/K+濃度，維持滲透壓；該濃度梯度為葡萄糖協(xié)同運(yùn)輸提供驅(qū)動力；當(dāng)前第19頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)結(jié)構(gòu)：與Na+-K+泵的α亞基同源，MW=100,000Da，10個(gè)α螺旋Ca2+泵功能：在細(xì)胞膜和肌質(zhì)網(wǎng)膜上，儲存Ca2+

調(diào)節(jié)肌細(xì)胞的收縮與舒張質(zhì)子泵功能：建立H+電化學(xué)梯度，驅(qū)動轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞當(dāng)前第20頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)

2.V-型質(zhì)子泵V-type：位于小泡（vacuole）的膜上，由許多亞基構(gòu)成，利用ATP水解供能從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中逆濃度梯度泵出H+進(jìn)入細(xì)胞器，位于溶酶體膜、動物細(xì)胞的內(nèi)吞體、高爾基體的囊泡膜、植物液泡膜等上。又稱膜泡質(zhì)子泵當(dāng)前第21頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)存在于線粒體內(nèi)膜、葉綠體類囊體膜和細(xì)菌質(zhì)膜上,運(yùn)輸方式是H+順著濃度梯度運(yùn)動,將釋放的能量同ATP合成偶聯(lián)起來。F是氧化磷酸化或光合磷酸化偶聯(lián)因子（factor）的縮寫。

3F-typeATPases:當(dāng)前第22頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)4ABC超家族具有4個(gè)“核心”結(jié)構(gòu)域組成的結(jié)構(gòu)模型：2個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域（T）：特異性；2個(gè)胞質(zhì)側(cè)的ATP結(jié)合域（A）：同源性；當(dāng)前第23頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)由鈉鉀泵或氫泵與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動運(yùn)輸方式。（二）協(xié)同運(yùn)輸：當(dāng)前第24頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)共運(yùn)輸對向運(yùn)輸共運(yùn)輸和對向運(yùn)輸當(dāng)前第25頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)共運(yùn)輸（symport）Fig.小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖(Glc)示意圖：葡萄糖分子通過Na+驅(qū)動的供運(yùn)輸方式進(jìn)入上皮細(xì)胞；再經(jīng)載體介導(dǎo)的協(xié)助擴(kuò)散方式進(jìn)入血液；Na+-K+泵消耗ATP維持Na+的電化學(xué)梯度。當(dāng)前第26頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)在動物、植物細(xì)胞由載體蛋白介導(dǎo)的協(xié)同運(yùn)輸異同點(diǎn)的比較當(dāng)前第27頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)四、胞吞作用與胞吐作用

作用：完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜

運(yùn)輸，又稱膜泡運(yùn)輸或批量運(yùn)輸

（bulktransport）。屬于主動運(yùn)輸。

當(dāng)前第28頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)（一）胞吞作用（endocytosis）作用：營養(yǎng)物質(zhì)的內(nèi)化，信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，質(zhì)膜更新類型：胞飲作用與吞噬作用

胞飲作用與吞噬作用的區(qū)別：

1.胞吞泡的大小不同：胞飲泡<150nm,吞噬泡>250nm2.轉(zhuǎn)運(yùn)方式不同：連續(xù)發(fā)生過程；信號觸發(fā)過程

3.胞吞泡形成的機(jī)制不同：需要網(wǎng)格蛋白和接合素的參與；需要微絲及其結(jié)合蛋白的參與當(dāng)前第29頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)胞飲作用當(dāng)前第30頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)通過網(wǎng)格蛋白有被小泡介導(dǎo)的胞飲作用示意圖當(dāng)前第31頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)吞噬作用當(dāng)前第32頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)胞吞過程某些大分子與受體特異性結(jié)合，啟動內(nèi)化作用，質(zhì)膜在網(wǎng)格蛋白等的參與下內(nèi)陷形成有被小窩→內(nèi)吞泡的形成→溶酶體。（二）受體介導(dǎo)的胞吞作用當(dāng)前第33頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)LDL的受體介導(dǎo)的胞吞作用（選擇濃縮機(jī)制）當(dāng)前第34頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)（三）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(yùn)出細(xì)胞的過程。當(dāng)前第35頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)（二）胞吐作用（exocytosis）●組成型的外排途徑（constitutiveexocytosispathway） 分布：所有真核細(xì)胞分泌特點(diǎn)：連續(xù)分泌過程分泌物質(zhì)：用于質(zhì)膜更新

defaultpathway：粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)→高爾基體→分泌泡→細(xì)胞表面

當(dāng)前第36頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)胞吐作用（exocytosis）●調(diào)節(jié)型外排途徑（regulatedexocytosispathway） 分布：特化的分泌細(xì)胞分泌特點(diǎn)：儲存—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當(dāng)前第37頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)組成型與調(diào)節(jié)型的外排途徑

當(dāng)前第38頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)第二節(jié)細(xì)胞通訊與信號傳遞1細(xì)胞通訊與細(xì)胞識別2細(xì)胞的信號分子與受體3通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞4通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞5細(xì)胞信號傳遞的基本特征與蛋白激酶的網(wǎng)

絡(luò)整合信息當(dāng)前第39頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)1.細(xì)胞通訊與細(xì)胞識別●細(xì)胞通訊（cellcommunication）●細(xì)胞識別（cellrecognition）當(dāng)前第40頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)細(xì)胞通訊（cellcommunication）

一個(gè)細(xì)胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個(gè)細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的反應(yīng)。細(xì)胞間的通訊對于多細(xì)胞生物體的發(fā)生和組織的構(gòu)建，協(xié)調(diào)細(xì)胞的功能，控制細(xì)胞的生長、分裂、分化和凋亡是必須的。

●細(xì)胞通訊方式：

分泌化學(xué)信號進(jìn)行通訊

接觸性依賴的通訊

間隙連接實(shí)現(xiàn)代謝偶聯(lián)或電偶聯(lián)當(dāng)前第41頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)細(xì)胞的通訊方式當(dāng)前第42頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)細(xì)胞間通過化學(xué)信號進(jìn)行通訊當(dāng)前第43頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)細(xì)胞識別（cellrecognition）

●概念：細(xì)胞通過其表面的受體與胞外信號物質(zhì)分子（配體）選擇性地相互作用，從而導(dǎo)致一系列生理生化變化，最終表現(xiàn)為整體的生物學(xué)效應(yīng)的過程●信號通路（signalingpathway） 細(xì)胞接受外界信號，通過一整套特定的機(jī)制，將胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為胞內(nèi)信號，最終調(diào)節(jié)特定基因的表達(dá)，引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)，這種反應(yīng)系列稱之為細(xì)胞信號通路。

細(xì)胞識別是通過各種不同的信號通路實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)前第44頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)細(xì)胞信號通路當(dāng)前第45頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)2.細(xì)胞的信號分子與受體

●信號分子（signalmolecule） 信號：物理信號（光信號、電信號、磁場等）化學(xué)信號：親脂性信號分子

親水性信號分子

氣體性信號分子(NO)

●受體（receptor）多為糖蛋白；兩個(gè)功能區(qū)

●第二信使（secondmessenger）

●

分子開關(guān)（molecularswitches）當(dāng)前第46頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)受體

受體的概念受體是一種能識別和選擇性結(jié)合某種配基（信號分子）的大分子，當(dāng)與配體結(jié)合后，通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用，將細(xì)胞外信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)化學(xué)或物理的信號，以啟動一系列過程，最終表現(xiàn)為生物學(xué)效應(yīng)。受體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)糖蛋白；至少兩個(gè)功能區(qū)當(dāng)前第47頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)受體類型細(xì)胞內(nèi)受體:受胞外親脂性信號分子的激活細(xì)胞表面受體:受胞外親水性信號分子的激活

細(xì)胞表面受體分屬三大家族：離子通道偶聯(lián)的受體（ion-channel-linkedreceptor）G-蛋白偶聯(lián)的受體（G-protein-linkedreceptor）酶偶連的受體（enzyme-linkedreceptor）當(dāng)前第48頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)受體的功能

受體的功能

介導(dǎo)物質(zhì)跨膜運(yùn)輸(受體介導(dǎo)的內(nèi)吞作用)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體的特點(diǎn)

（不是簡單的一對一的關(guān)系）不同細(xì)胞對同一信號分子可能具有不同受體，從而誘導(dǎo)不同的反應(yīng)一種細(xì)胞對同一信號分子具備了兩個(gè)或更多受體，啟動不同的反應(yīng)同一受體出現(xiàn)在不同細(xì)胞上，與同一信號分子結(jié)合時(shí)，產(chǎn)生不同反應(yīng)一種細(xì)胞中不同的受體誘發(fā)相同的反應(yīng)當(dāng)前第49頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)主要的胞內(nèi)第二信使20世紀(jì)70年代

Southerland

提出第二信使學(xué)說

第一信使：

胞外信號分子

第二信使：

第一信使與受體作用后胞內(nèi)最早產(chǎn)生的信號分子。第二信使學(xué)說當(dāng)前第50頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)信號傳遞過程中控制反應(yīng)開（激活——進(jìn)行）或關(guān)（失活——終止）的分子。分子開關(guān)：當(dāng)前第51頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)3.通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞

●信號分子：甾類激素、甲狀腺素、NO等。

●甾類激素介導(dǎo)的信號通路

當(dāng)前第52頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)甾類激素介導(dǎo)的信號通路當(dāng)前第53頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)3.通過細(xì)胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信號傳遞●信號分子：甾類激素、甲狀腺素、NO等?！耒揞惣に亟閷?dǎo)的信號通路

●一氧化氮介導(dǎo)的信號通路當(dāng)前第54頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)一氧化氮合酶(NOS)L-Arg------L-瓜氨酸+NO鳥苷酸環(huán)化酶(GC)GTP-------cGMP一氧化氮介導(dǎo)的信號通路當(dāng)前第55頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)4.通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞

●G-蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞

●酶偶聯(lián)的受體當(dāng)前第56頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)G-蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞G-蛋白活化與調(diào)節(jié)G-蛋白偶聯(lián)受體cAMP信號通路磷脂酰肌醇信號通路當(dāng)前第57頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)G蛋白GTP（結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白）G蛋白結(jié)構(gòu)功能：在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起“分子開關(guān)”作用活化機(jī)制當(dāng)前第58頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)

G蛋白：GTP結(jié)合調(diào)節(jié)蛋白，三聚體結(jié)構(gòu)。其中a亞基具有GTP酶的活性。在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中起著分子開關(guān)的作用。G-蛋白活化與調(diào)節(jié)當(dāng)前第59頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)結(jié)構(gòu)：7次跨膜的受體，在真核細(xì)胞中分布廣泛信號分子包括：感覺信號（光、嗅、聲等；激素、神經(jīng)遞質(zhì)等）。GPLR的效應(yīng)器：AC、PLC、PLA2、GRK（GPLR激酶）、PDE、PI3K、離子通道等G蛋白偶聯(lián)受體（GPLR）當(dāng)前第60頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)cAMP信號通路組分及其分析

G-蛋白偶聯(lián)受體（Rs；Ri）；

G-蛋白（Gs；Gi）：細(xì)菌毒素對G蛋白的修飾作用腺苷酸環(huán)化酶AC：催化ATP→cAMP（可被PDE降解）

PKA：兩個(gè)調(diào)節(jié)亞基和兩個(gè)催化亞基信號通路

當(dāng)前第61頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)cAMP信號通路信號分子↓G-蛋白偶聯(lián)受體↓G-蛋白↓腺苷酸環(huán)化酶↓cAMP↓cAMP依賴的蛋白激酶A↓

下游靶蛋白↓

基因調(diào)控蛋白↓

基因轉(zhuǎn)錄當(dāng)前第62頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)磷脂酰肌醇信號通路

“雙信使系統(tǒng)”反應(yīng)鏈：胞外信號分子→G-蛋白偶聯(lián)受體→G-蛋白→

→IP3→胞內(nèi)Ca2+濃度升高→Ca2+結(jié)合蛋白(CaM)→細(xì)胞反應(yīng)磷脂酶C(PLC)→DG→激活PKC→蛋白磷酸化→細(xì)胞長期效應(yīng)或短期效應(yīng)雙信使系統(tǒng)信號終止

IP3降解：IP3去磷酸化變成肌醇；

DG降解：磷酸化成磷脂酸；脂酶水解成單酰甘油

Ca2＋信號的終止：鈣泵PIP2當(dāng)前第63頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)“雙信使系統(tǒng)”反應(yīng)鏈當(dāng)前第64頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)4.通過細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞

●G-蛋白偶聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號跨膜傳遞

●酶偶聯(lián)的受體當(dāng)前第65頁\共有74頁\編于星期四\4點(diǎn)與酶偶聯(lián)的受體（催化性受體）受體類型受體絲氨酸/蘇氨酸激酶受體酪氨酸磷酸酯酶受體鳥苷酸環(huán)化酶受體酪氨酸蛋白激酶受體酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信號通路

當(dāng)前第66頁\共有74頁\編于星