第五章物质的跨膜运输与信号传递

第一节物质的跨膜运输1.1被动运输（passivetransport）1.2主动运输（activetransport）1.3胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis）物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一，据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的5~30%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的三分之二。第二节细胞通讯与信号传递●细胞通讯与细胞识别●细胞的信号分子与受体●分子开关（molecularswitches）与蛋白激酶●通过细胞内受体介导的信号传递●通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递●由细胞表面整联蛋白介导的信号传递●细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合信息1.1被动运输（passivetransport）1.1.1简单扩散（simplediffusion）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。1.1.2协助扩散（facilitateddiffusion）特点：①比自由扩散转运速率高；②存在最大转运速率；③有特异性膜蛋白的协助，这类特殊的膜转运蛋白主要有载体蛋白和通道蛋白两种类型。膜转运蛋白●载体蛋白（carrierproteins）——通透酶（permease）性质，介导被动运输与主动运输。●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，又称离子通道。类型：电压门通道（voltage-gatedchannel）配体门通道（ligand-gatedchannel）压力激活通道（stress-activatedchannel）钾电位门通道钾电位门通道K+通道具有三种状态：开启、关闭和失活，S4段是电压感受器，S4段上的正电荷可能是门控电荷，当膜去极化时（膜外为负，膜内为正），引起带正电荷的氨基酸残基转向细胞外侧面，通道蛋白构象改变，“门”打开，大量K+外流，此时相当于K+的自由扩散。K+电位门和Ach配体门一样只是瞬间（约几毫秒）开放，然后失活。此时N端的球形结构，堵塞在通道中央，通道失活，稍后球体释放，“门”处于关闭状态。乙酰胆碱受体乙酰胆碱受体N型乙酰胆碱受体是目前了解较多的一类配体门通道。它是由4种不同的亚单位组成的5聚体，总分子量约为290kd。亚单位通过氢键等非共价键，形成一个结构为α2βγδ的梅花状通道样结构，其中的两个α亚单位是同两分子Ach相结合的部位。Ach门通道具有具有三种状态：开启、关闭和失活。当受体的两个α亚单位结合Ach时，引起通道构象改变，通道瞬间开启，膜外Na+内流，膜内K+外流。使该处膜内外电位差接近于0值，引起肌细胞动作电位，肌肉收缩。Ach释放后，瞬间即被乙酰胆碱酯酶水解，通道在约1毫秒内关闭。如果Ach存在的时间过长（约20毫秒后），则通道会处于失活状态。箭毒和α银环蛇毒素可与乙酰胆碱受体结合，但不能开启通道，导致肌肉麻痹。1.2主动运输（activetransport）1.2.1特点:①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要能量（由ATP直接供能）或与释放能量的过程偶联（协同运输）；③都有载体蛋白。1.2.2类型:三种基本类型●由ATP直接提供能量的主动运输钠钾泵（结构与机制）钙离子泵（Ca2+-ATP酶）质子泵：P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶●由ATP间接提供能量的主动运输协同运输（cotransport）:由Na+-K+泵（或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●光能驱动的主动运输，见于细菌。钙离子泵钙离子泵对于细胞是非常重要的，因为钙离子通常与信号转导有关，钙离子浓度的变化会引起细胞内信号途径的反应，导致一系列的生理变化。通常细胞内钙离子浓度（10-7M）显著低于细胞外钙离子浓度（10-3M），主要是因为质膜和内质网膜上存在钙离子转运体系。细胞内钙离子泵有两类：其一是P型离子泵，其原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。另一类叫做钠钙交换器（Na+-Ca2+exchanger），属于反向协同运输体系（antiporter），通过钠钙交换来转运钙离子。钙离子泵1.3胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis）作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，在转运过程中，质膜内陷，形成包围细胞外物质的囊泡，又称膜泡运输，属于主动运输。●胞吞作用●胞吐作用胞吞作用●吞噬作用（phagocytosis）细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用。吞噬现象是原生动物获取营养物质的主要方式，在后生动物中亦存在吞噬现象。如：在哺乳动物中，中性颗粒白细胞和巨噬细胞具有极强的吞噬能力，以保护机体免受异物侵害。●胞饮作用（pinocytosis）细胞吞入的物质为液体或极小的颗粒物质，这种内吞作用称为胞饮作用。胞饮作用存在于白细胞、肾细胞、小肠上皮细胞、肝巨噬细胞和植物细胞。胞吐作用与内吞作用的顺序相反，某些大分子物质通过形成小囊泡从细胞内部移至细胞表面，小囊泡的膜与质膜融合，将物质排出细胞之外，这个过程也称为外排作用（exocytosis），细胞内不能消化的物质和合成的分泌蛋白都是通过这种途径排出的。●组成型的外排途径（constitutiveexocytosispathway）●调节型外排途径（regulatedexocytosispathway）组成型的外排途径特点：存在于所有真核细胞连续分泌过程用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养或信号分子）调节型外排途径特点：存在于特化的分泌细胞储存——刺激——释放产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定