第五八章物质的跨膜运输与信号传递

2012年翟中和版《细胞生物学》考研参考笔记1————安雨（整理）第五章物质的跨膜运输与信号传递主要内容：第一节物质的跨膜运输第二节细胞通讯与信号传递第一节物质的跨膜运输一、被动运输（passivetransport）1、概念：是通过简单扩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。2、特点：1）运输方向：高→低；2）跨膜动力：物质的浓度梯度；3）能量消耗：无简单扩散：不需要4）膜转运蛋白：协助扩散：需要3、类型：简单扩散、协助扩散4、简单扩散（Simplediffusion）1）概念：又称为自由扩散（freediffusion），是疏水小分子或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。2）特点：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助。Simplediffusionmeansthatthemoleculescanpassdirectlythroughthemembrane.Diffusionisalwaysdownaconcentrationgradient.Thislimitsthemaximumpossibleconcentrationofthemoleculeinsidethecell(oroutsidethecellifitisawasteproduct).Theeffectivenessofdiffusionisalsolimitedbythediffusionrateofthemolecule.Therefore,thoughdiffusionisaneffectiveenoughtransportmechanismforsomesubstances(suchasH2O),thecellmustutilizeothermechanismsformanyofitstransportneeds.5、协助扩散（facilitateddiffusion）1）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下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。2）特点：①转运速率高；②存在最大转运速率；③有膜转运蛋白参与，有特异性.Facilitateddiffusionutilizesmembraneproteinchannelstoallowchargedmolecules(whichotherwisecouldnotdiffuseacrossthecellmembrane)tofreelydiffuseinandoutofthecell.ThesechannelscomesintogreatestusewithsmallionslikeK+,Na+,andCl-.Thespeedoffacilitatedtransportislimitedbythenumberofproteinchannelsavailable,whereasthespeedofdiffusionisdependentonlyontheconcentrationgradient.6、膜转运蛋白(TransportProtein)1）载体蛋白（carrierproteins）——通透酶（permease）性质；介导被动运输与主动运输。2）通道蛋白（channelproteins）——具有离子选择性，转运速率高；离子通道是门控的；只介导被动运输类型：a电压门通道（voltage-gatedchannel）b配体门通道（ligand-gatedchannel）c压力激活通道（stress-activatedchannel）TransportProteinscomeintwoforms:1)Carrierproteins:Thesearecarrierproteins.Theydonotextendthroughthemembrane.Theybondanddragmoleculesthroughthebilipidlayerandreleasethemontheoppositeside.2)Channelproteins:extendthroughthebilipidlayer.Theyformaporethroughthemembranethatcanmovemoleculesinseveralways.Insomecasesthechannnelproteinssimplyactasapassivepore.Moleculeswillrandomlymovethroughtheopeninginaprocesscalleddiffusion.Thisrequiresnoenergy,moleculesmovefromanareaofhighconcentrationtoanareaoflowconcentration.二、主动运输（activetransport）1、概念：载体蛋白所介导的的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向高浓度的一侧在耗能状态进行跨膜转运的方式。2012年翟中和版《细胞生物学》考研参考笔记2————安雨（整理）2、特点：1）运输方向：低→高；2）跨膜动力：ATP3）能量消耗：需要4）膜转运蛋白：需要3、类型：1）ATP间接供能的类型2）ATP直接供能类型3）光能驱动的类型Activetransportisthepumpingofmoleculesorionsthroughamembraneagainsttheirconcentrationgradient(i.e.fromareaoflowconcentrationtoareasofhighconcentration).Itrequires:1)atransmembraneprotein(usuallyacomplexofthem)calledatransporter2)energy.ThesourceofthisenergyisATP.TheenergyofATPmaybeuseddirectlyorindirectly.Category:1)Coupledtransporter(IndirectActiveTransport)2)ATP-drivenpump(DirectActiveTransport)3)Light-drivenpump（一）、ATP直接提供能量驱动的主动运输1、钠钾泵（sodium/potassiumpump）1）结构组成：①α-亚基：多次跨膜的整合蛋白，具有ATP酶的活性。②β-亚基：是具有特异性的糖蛋白2）机制：细胞膜内侧α-亚基与Na+结合→α-亚基在耗能情况下磷酸化→α-亚基构象发生变化→Na+泵出细胞→同时胞外K+与α-亚基另一结合位点结合→α-亚基去磷酸化→α-亚基构象再次发生变化→K+离子泵入细胞3）特征：①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；②维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。③存在于一切动物细胞上，每消耗一个ATP，泵入泵出3个Na+，泵入2个K+离子作用机制2、钙泵（Ca2+pumporCa2+ATPases)1)结构组成：由1000个氨基酸组成的多次跨膜蛋白，与钠钾泵α-亚基同源，有10个跨膜α-螺旋。2）机制：细胞内钙调蛋白与钙泵结合调节钙泵活性，钙泵工作与ATP水解相偶联，每消耗1个ATP分子转运出2个Ca2+。3）作用：①存在于细胞膜和内质网膜上；②维持细胞内低浓度的游离子的Ca2+环境Inrestingskeletalmuscle,thereisamuchhigherconcentrationofcalciumions(Ca2+)inthesarcoplasmicreticulumthaninthecytosol.ActivationofthemusclefiberallowssomeofthisCa2+topassbyfacilitateddiffusionintothecytosolwhereittriggerscontraction.Aftercontraction,thisCa2+ispumpedbackintothesarcoplasmicreticulum.ThisisdonebyaCa2+ATPasesthatusestheenergyfromeachmoleculeofATPtopump2Ca2+ions.ACa2+ATPasesisalsolocatedintheplasmamembraneofalleukaryoticcells.ItpumpsCa2+outofthecellhelpingtomaintainthelowconcentration3、质子泵（H+泵）（二）、ATP间接提供能量的主动运输----协同运输（cotransport）1、定义：协同运输（cotransport是一类由钠钾泵（H+泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式。2、跨膜动力：膜两侧电化学梯度1)动物细胞：膜两侧Na+电化学梯度2)植物细胞：膜两侧H+电化学梯度3、分类:2012年翟中和版《细胞生物学》考研参考笔记3————安雨（整理）1)共运输(SymportPumps):物质跨膜运输方向与离子转移方向相同;2)对运输(AntiportPumps):物质跨膜运输方向与离子转移方向相反.1、Indirectactivetransportusesthedownhillflowofaniontopumpsomeothermoleculeorionagainstitsgradient.Thedrivingionisusuallysodium(Na+)withitsgradientestablishedbytheNa+/K+ATPase.2、Category1)SymportPumpsInthistypeofindirectactivetransport,thedrivingion(Na+)andthepumpedmoleculepassthroughthemembranepumpinthesamedirection.2)AntiportPumpsInantiportpumps,thedrivingion(again,usuallysodium)diffusesthroughthepumpinonedirectionprovidingtheenergyfortheactivetransportofsomeothermoleculeorionintheoppositedirection.协同运输作用机制(三)、物质的跨膜运输和膜电位膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。静息电位（restingpotential）：细胞在静息状态下的膜电位。动作电位（activepotential）：细胞在刺激作用下的膜电位。极化：在静息电位状态下，质膜内为负值，外为正值的现象。去极化：由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消失。反极化：离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位的现象。超极化：离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。三、胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis）1、膜泡运输：完成大分子和颗粒性物质的跨膜运输，因质膜形成囊泡而得名，又称批量运输（bulktransport）。属于主动运输范畴。2、根据物质的运输方向分为：胞吞作用（endocytosis）胞吐作用（exocytosis）（一）胞吞作用1、概念：是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。2、类型：1)胞饮作用（pinocytosis):胞吞物为液体,囊泡较小2)吞噬作用（phagocytosis）:胞吞物为大的颗粒性物质,囊泡较大.3、胞饮作用（pinocytosis）1）特点：a胞吞物为液体和溶质；b形成的胞吞泡小（直径小于150nm）；c连续发生的过程；d网格蛋白和结合素蛋白。2）胞吞泡的形成：配体和受体结合→网格蛋白聚集→有被小窝→有被小泡→去被的囊泡和胞内体融合Pinocytosis:In