第四章 物質(zhì)的跨膜運輸與信號轉(zhuǎn)導

第四章物質(zhì)的跨膜運輸與信號傳遞

物質(zhì)的跨膜運輸

細胞通訊與信號傳遞

第一節(jié)物質(zhì)的跨膜運輸

一、被動運輸（passivetransport）二、主動運輸（activetransport） 三、胞吞作用（endocytosis）與胞吐作用（exocytosis）物質(zhì)的跨膜運輸是細胞維持正常生命活動的基礎之一。

一、被動運輸（Passivetransport）（一）、簡單擴散（Simplediffusion）特點

運輸方向：高→低（順梯度）能量消耗：不需能量膜蛋白：不需要運輸物質(zhì)：疏水小分子被動運輸?shù)亩x：無需能量，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運轉(zhuǎn)。人工脂雙層膜對不同分子的相對透性（二）協(xié)助擴散2、特點：（1）轉(zhuǎn)運速率高；（2）存在最大轉(zhuǎn)運速率；（3）轉(zhuǎn)運具有特異性；（4）需要轉(zhuǎn)運蛋白。1、定義：是各種極性分子和無機離子，如：糖、氨基酸、核苷酸以及細胞代謝物等順其濃度梯度或電化學梯度減小方向的跨膜轉(zhuǎn)運。

低

低

（三）、載體蛋白

1、多次跨膜蛋白2、介導轉(zhuǎn)運的特點（1）有特異結(jié)合位點（2）構(gòu)象改變轉(zhuǎn)運物質(zhì)（3）主動和被動運輸（4）有通透酶性質(zhì)

（四）、通道蛋白1、多次跨膜蛋白形成親水通道2、介導轉(zhuǎn)運特點（1）具有離子選擇性（2）只介導被動運輸

⑴電壓門控型3、通道蛋白分類⑵配體門控型（胞外配體）⑶配體門控型（胞內(nèi)配體）⑷壓力激活型

被動運輸過程小結(jié)被動運輸不耗能，跨膜過程順梯度。簡單擴散分子小，無需蛋白來相助。協(xié)助擴散較不同，兩類蛋白有用處。載體蛋白含位點，構(gòu)象改變?yōu)檫\輸。介導主動與被動，兩種運輸都兼顧。通道蛋白種類多，離子選擇真特殊。被動運輸才需要，門控開啟現(xiàn)通途。

二、主動運輸（Activetransport）低特點：載體蛋白介導、需要能量、物質(zhì)逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運（一）類型：三種基本類型（根據(jù)所需能量來源的不同）

2、間接提供能量(偶聯(lián)轉(zhuǎn)運蛋白)；

協(xié)同運輸（cotransport）1、ATP直接提供能量；

P-型離子泵：鈉鉀泵、鈣泵（Ca2+-ATP酶）

質(zhì)子泵：P-型質(zhì)子泵、V-型質(zhì)子泵、H+-ATP酶

F-型質(zhì)子泵ABC超家族3、光能驅(qū)動

（二）由ATP直接提供能量的主動運輸—鈉鉀泵1、結(jié)構(gòu)組成:由α和β二個亞基組成α亞基是一個跨膜多次的整合膜蛋白，具有ATP酶活性;β亞基是具有組織特異性的糖蛋白。

2、工作模式（1）結(jié)合Na+→ATP水解→構(gòu)象變化→泵出Na+（2）結(jié)合K+→去磷酸化→構(gòu)象變化→泵入K+（3）兩種構(gòu)象變化有序交替發(fā)生,每循環(huán)消耗一個ATP分子，泵出3個Na+

，泵入2個K+誰結(jié)合Na+在哪一側(cè)？誰構(gòu)象變化？如何引起變化？誰結(jié)合K+在哪一側(cè)？

（三）、鈣泵和質(zhì)子泵1、鈣泵的結(jié)構(gòu)組成：多肽構(gòu)成的跨膜蛋白，每一泵單位中有約10個跨膜α螺旋，有鈣調(diào)蛋白結(jié)合鈣泵2、工作模式：⑴與ATP水解相偶聯(lián)⑵將Ca2+輸出細胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔中儲存起來⑶每消耗一個ATP，轉(zhuǎn)運出兩個Ca2+3、質(zhì)子泵的存在范圍：三種細胞的質(zhì)膜：植物細胞、真菌細胞、細菌細胞4、質(zhì)子泵分類

質(zhì)子泵位置機理功能P型真和細胞膜運轉(zhuǎn)過程中涉及磷酸化和去磷酸化轉(zhuǎn)運質(zhì)子V型動物細胞溶酶體膜植物細胞液泡膜運轉(zhuǎn)過程不形成磷酸化的中間體從細胞質(zhì)基質(zhì)中泵出H+，進入細胞器維持基質(zhì)中性和細胞器酸性H+-ATP酶線粒體內(nèi)膜植物類囊體膜細菌質(zhì)膜H+順濃度梯度運動釋放能量與ATP酶偶聯(lián)儲存能量（四）協(xié)同運輸1、定義：是一類由Na+-K+（或H+泵）與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動運輸方式。3、特點：

運輸方向：低→高能量消耗：直接動力來自膜兩側(cè)的電化學梯度；

間接動力是ATP；膜轉(zhuǎn)運蛋白：需要載體蛋白2、轉(zhuǎn)運過程：4、分類

對向運輸：物質(zhì)運輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相反協(xié)同運輸可分為：共運輸和對向運輸分類標準：物質(zhì)運輸方向與離子順電化學梯度轉(zhuǎn)移方向

的關系共運輸：物質(zhì)運輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相同

動、植物細胞內(nèi)由載體蛋白

介導的協(xié)同運輸異同點比較

（五）、主動運輸?shù)墓餐c1、都消耗能量（ATP直接供能或產(chǎn)生離子電化學梯度）2、都需要特異性載體蛋白

載體蛋白：結(jié)構(gòu)特異（特異結(jié)合位點）、可變（構(gòu)象可變）（六）、主、被動運輸比較形式物質(zhì)方向能量膜蛋白被動高→低不需要簡單擴散不需要協(xié)助擴散通道、載體蛋白主動低→高ATP直接供能產(chǎn)生電化學梯度需載體蛋白離子小分子離子小分子三、胞吞作用（endocytosis）與胞吐作用（exocytosis）

作用：完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運輸，又稱膜泡運輸或批量運輸（bulktransport）。屬于主動運輸。（一）胞吞作用2、分類：根據(jù)形成的胞吞泡的大小和胞吞物質(zhì)

胞飲作用（pinocytosis）：胞吞物為溶液，形成囊泡較小吞噬作用（phagocytosis）：胞吞物為大的顆粒性物質(zhì)，形成

囊泡較大1、定義：通過細胞膜內(nèi)陷形成囊泡，稱胞吞泡，將外界物質(zhì)裹進并輸入細胞的過程

3、胞飲作用與吞噬作用的區(qū)別作用內(nèi)吞泡大小轉(zhuǎn)運方式內(nèi)吞泡形成機制胞飲直徑小于150nm連續(xù)發(fā)生過程需要網(wǎng)格蛋白形成包被及接合素蛋白連接吞噬直徑大于250nm信號觸發(fā)過程需要微絲及其結(jié)合蛋白參與4、胞飲泡的形成機制（1）網(wǎng)格蛋白（clathrin）形成三角蛋白復合物；（2）配體和膜上受體結(jié)合（3）小分子GTP結(jié)合蛋白（dynamin）在有被小窩頸部裝配成環(huán)（4）dynamin蛋白水解

(稱網(wǎng)格蛋白有被小窩)→網(wǎng)格蛋白聚集在膜下一側(cè)形成質(zhì)膜凹陷

膜泡脫離質(zhì)膜形成有被小泡→與其結(jié)合的GTP引起頸部縊縮→（5）網(wǎng)格蛋白脫離有被小泡→重新使用

5、吞噬作用:很多原生動物攝取營養(yǎng)的方式多細胞動物體內(nèi),只有某些特化細胞才有

（二）、胞吐作用1、涵義2、組成型的胞吐途徑（constitutiveexocytosispathway）⑴存在：所有真核細胞中⑵過程：

囊泡（TGN分泌的）→運動質(zhì)膜→囊泡與質(zhì)膜融合⑶功能：Ⅰ新合成的蛋白質(zhì)和脂類供應質(zhì)膜更新Ⅱ囊泡的可溶性蛋白分泌到細胞外質(zhì)膜外周蛋白胞外基質(zhì)組分營養(yǎng)成分或信號分子

⑷defaultpathway內(nèi)容粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成的某些有特殊標志的蛋白駐留在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或高爾基體選擇性進入溶酶體和可調(diào)節(jié)性分泌泡其余蛋白轉(zhuǎn)運途徑：→→→粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)高爾基體分泌泡細胞表面

3、調(diào)節(jié)型胞吐途徑⑴存在：特化的分泌細胞⑵過程：⑶特點：Ⅰ所有哺乳動物細胞都采用的共同機制Ⅱ分選信號在于蛋白質(zhì)本身Ⅲ蛋白分選由TGN上的受體類蛋白決定（三）、膜泡運輸方式1、膜與泡的相互作用⑴囊泡只與特定的靶膜融合⑵動態(tài)過程：分泌細胞產(chǎn)生分泌物胞外信號刺激→儲存在分泌泡內(nèi)分泌泡與質(zhì)膜融合泡與質(zhì)膜融合并胞吐

質(zhì)膜表面積增加

→→質(zhì)膜其他區(qū)域減少表面積2、膜融合蛋白：克服能量障礙、催化膜融合過程

第二節(jié)細胞通訊與信號轉(zhuǎn)導概述

一、細胞通訊（一）細胞通訊1、涵義：一個細胞發(fā)出的信息通過介質(zhì)傳遞到另一個細胞產(chǎn)生相應的反應。2、細胞通訊方式：(1)分泌化學信號的通訊：多細胞生物最普遍的通訊方式Ⅰ內(nèi)分泌：

→→→內(nèi)分泌細胞分泌信號分子于血液血液循環(huán)將信號分子送到體內(nèi)各部位作用于靶細胞Ⅱ旁分泌：分泌局部化學介質(zhì)→局部擴散到鄰近靶細胞存在于創(chuàng)傷和感染組織，刺激細胞增殖

Ⅲ自分泌：對自身分泌的物質(zhì)產(chǎn)生反應常見于病理條件下Ⅳ化學突觸：神經(jīng)元接受刺激→信號傳到末梢（通過動作電位的形式）→刺激突起終末分泌化學信號→作用于靶細胞→→影響突觸后膜→產(chǎn)生電信號⑵接觸性依賴的通訊：細胞間直接接觸→信號分子（與質(zhì)膜結(jié)合）與受體分子（存在于靶細胞質(zhì)膜上）結(jié)合

（二）、信號分子與受體1、信號分子親脂性代表：甾類激素和甲狀腺素特點疏水性強可穿過膜進入細胞與胞質(zhì)或核中受體形成激素-受體復合物親水性代表：神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子局部化學遞質(zhì)和大多數(shù)激素特點不能穿過脂雙層與細胞表面受體結(jié)合經(jīng)信號轉(zhuǎn)導產(chǎn)生第二信使或特殊酶

2、受體⑴涵義：是一種能夠識別和選擇性結(jié)合某種配體的大分子⑵特點：Ⅰ多為糖蛋白Ⅱ包括兩個功能域

結(jié)合配體的功能域（具有結(jié)合特異性）產(chǎn)生效應的功能域（具有效應特異性）⑶分類Ⅰ細胞內(nèi)受體：可被胞外親脂信號分子激活的基因調(diào)控蛋白Ⅱ細胞表面受體：可被胞外親水信號分子激活■離子通道偶聯(lián)受體（存在于神經(jīng)、肌肉等可興奮細胞）■G-蛋白偶聯(lián)受體■酶偶聯(lián)受體存在于不同組織的幾乎所有細胞中

細胞內(nèi)受體

離子通道偶聯(lián)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）

3、第二信使⑴涵義：在細胞內(nèi)產(chǎn)生的小分子，其濃度變化應答于胞外信號與細胞表面受體的結(jié)合，并在細胞信號轉(zhuǎn)導中行使功能⑵常見的第二信使：cAMP、cGMP、Ca2+、DAG、IP3二、信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)及其特性（一）信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)的基本組成與信號蛋白1、細胞表面介導的信號途徑的組成步驟：⑴特異受體識別胞外信號⑵產(chǎn)生第二信使⑶信號放大⑷細胞反應終止或降低

2、信號蛋白⑴細胞表面受體⑵轉(zhuǎn)承蛋白⑶信使蛋白⑷接頭蛋白⑸放大和轉(zhuǎn)導蛋白⑹傳感蛋白⑺分歧蛋白⑻整合蛋白⑼潛在基因調(diào)控蛋白

（二）、細胞內(nèi)信號蛋白的相互作用信號分子結(jié)合受體→激活受體胞內(nèi)段酪氨酸殘基磷酸化磷酸化殘基與信號蛋白1的SH2結(jié)合信號蛋白2的酪氨酸殘基被磷酸化磷酸化的殘基分別結(jié)合信號蛋白1和接頭蛋白的SH2→→→→接頭蛋白的SH3與信號蛋白3的脯氨酸結(jié)構(gòu)域結(jié)合→→信號蛋白3被磷酸化→信號向下游傳遞（三）、信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)的主要特性1、特異性2、放大作用3、信號終止或下調(diào)4、細胞對信號的整合

一、受體結(jié)構(gòu)第三節(jié)細胞內(nèi)受體介導的信號轉(zhuǎn)導1、位于C端的激素結(jié)合位點2、位于中部的富含Cys且具有鋅指結(jié)構(gòu)的DNA或Hsp90結(jié)合位點3、位于N端的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域

二、作用機理1、細胞內(nèi)，