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第五章物质的跨膜第一页，本课件共有103页据据估估计计细细胞胞膜膜上上与与物物质质转转运运有有关关的的蛋蛋白白占占核核基基因因编编码码蛋蛋白白 1530%，细细胞胞用用在在物物质质转转运运方方面面的的能能量量达达细细胞胞总总消消耗能量的耗能量的 2/3。细胞膜上两类主要的转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白。细胞膜上两类主要的转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白。载载体体蛋蛋白白又又称称做做载载体体、通通透透酶酶和和转转运运器器，有有的的需需要要能能量量驱驱动动，如如：各各类类 ATP 驱驱动动的的离离子子泵泵；有有的的则则不不需需要要能能量量，如如：缬缬氨霉素。氨霉素。通通道道蛋蛋白白能能形形成成亲亲水水的的通通道道，允允许许特特定定的的溶溶质质通通过过，所所有有通通道道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质。蛋白均以自由扩散的方式运输溶质。2第二页，本课件共有103页3第三页，本课件共有103页第一节第一节 膜转运蛋白与小分子物质的跨膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输膜运输一、脂双层的不透性与膜转运蛋白一、脂双层的不透性与膜转运蛋白二、小分子物质的跨膜运输类型二、小分子物质的跨膜运输类型第四页，本课件共有103页一、脂双层的不透性与膜转运蛋白一、脂双层的不透性与膜转运蛋白（一）、脂双层的不通透性脂双层的不通透性（二）、载体蛋白及其功能（三）、通道蛋白及其功能第五页，本课件共有103页6（一）脂双层的不同透性脂双层的不同透性组分组分细胞内浓度细胞内浓度/（mmolL-1）细胞外浓度细胞外浓度/（mmolL-1）阳离子阳离子Na+5-15145K+1405Mg2+0.51-2Ca2+10-41-2H+7x10-84x10-8氯离子氯离子Cl-5-15110固定的阴离子固定的阴离子高高0第六页，本课件共有103页典型哺乳动物细胞内外离子浓度的比较细胞内最丰富的阳离子是K+，细胞外最丰富的阳离子是Na+。离子浓度差异分布由脂双层的疏水特征和膜转运蛋白的活性来调控。膜 转 运 蛋 白（membranetransportprotein）即参与质膜上物质跨膜转运的蛋白质，包括载体蛋白（transporter,carrierprotein）和通道蛋白（channelprotein）两类。第七页，本课件共有103页（二）、载体蛋白及其功能载体蛋白（carrierproteintransporter）：存在于细胞膜上的一种具有特异性传导功能的蛋白质，与特异的溶质结合，通过自身构象的改变介导物质跨膜转运。不同部位的生物膜含有与各自功能相关的载体蛋白。作用：介导顺/逆浓度或电化学梯度的运输载体蛋白既可介导被动运输，又可介导主动运输。第八页，本课件共有103页载体蛋白通过构象改变介导溶质（葡萄糖）被动运输的模型第九页，本课件共有103页载体蛋白的举例第十页，本课件共有103页（二）、通道蛋白及其功能通道蛋白（channelprotein）：存在于细胞膜上的一种跨膜蛋白质，通过形成亲水性通道介导特异溶质的跨膜转运，其所介导的被动运输不需要与溶质分子结合。通道蛋白包括3种类型：离子通道（ionchannel）、孔蛋白（porin）和水孔蛋白（AQP）。通道蛋白形成高效性、选择性和门控性的跨膜通道。第十一页，本课件共有103页12通道蛋白的特点和分类通道蛋白的特点和分类特点特点分类分类第十二页，本课件共有103页131.特点特点具有极高的转运速率具有极高的转运速率没有饱和值没有饱和值并非连续性开放，而是门控的并非连续性开放，而是门控的第十三页，本课件共有103页142.分类分类离子通道离子通道孔蛋白孔蛋白水孔蛋白水孔蛋白/水通道水通道第十四页，本课件共有103页1）离子通道离子通道配体门通道配体门通道电位门通道电位门通道应力激活通道应力激活通道第十五页，本课件共有103页3种类型的离子通道示意图A：电压门通道B、C：配体门通道D：应力激活通道第十六页，本课件共有103页17I.配体配体门门通道通道特特点点：受受体体与与细细胞胞外外的的配配体体结结合合，引引起起通通道道构构象象改改变变，“门门”打开，又称离子通道型受体打开，又称离子通道型受体分分类类：阳阳离离子子通通道道，如如乙乙酰酰胆胆碱碱受受体体；由由 4 种种亚亚单单位位（2）组组成，成，亚单亚单位是同两分子位是同两分子 Ach 相相结结合的部位。合的部位。阴离子通道，如阴离子通道，如-氨基丁酸受体。氨基丁酸受体。第十七页，本课件共有103页18Nicotinicacetylcholinereceptor第十八页，本课件共有103页19Three conformation of the acetylcholine receptor第十九页，本课件共有103页20II.电位门通道电位门通道特特点点：细细胞胞内内或或细细胞胞外外特特异异离离子子浓浓度度或或膜膜电电位位变变化可引起构象变化，化可引起构象变化，“门门”打开。打开。电位门结构：四聚体，每个单体跨膜电位门结构：四聚体，每个单体跨膜 6 次。次。Na+、K+、Ca2+电电压压门门通通道道结结构构相相似似，由由同同一一个个远远祖祖基因演化而来。基因演化而来。第二十页，本课件共有103页21Voltage gated K+channel K+电电位位门门有有四四个个亚亚单单位位，每每个个亚亚基基有有 6 个个跨跨膜膜 螺螺旋旋(S1-S6)，N 和和 C 端端均均位位于于胞胞质质面面。连连接接 S5-S6 段段的的发发夹夹样样 折折叠叠(P 区区或或 H5 区区)，构构成成通通道道内内衬衬，大大小小允允许许 K+通通过过。目前目前认为认为 S4 段是段是电压电压感受器感受器第二十一页，本课件共有103页22K+channel 4th subunit not shown第二十二页，本课件共有103页23Ion-channel linked receptors in neurotransmission神经肌肉接点由神经肌肉接点由 Ach 门控通道开放而出现终板电位时，可使肌细胞膜中的电位门门控通道开放而出现终板电位时，可使肌细胞膜中的电位门 Na+通道和通道和 K+通道相继激活，出现动作电位；引起肌质网通道相继激活，出现动作电位；引起肌质网 Ca2+通道打开，通道打开，Ca2+进入细胞进入细胞质，引发肌肉收缩。质，引发肌肉收缩。第二十三页，本课件共有103页24环核苷酸门通道环核苷酸门通道CNG 结结构构与与钠钠电电位位门门通通道道相相似似。细细胞胞内内的的 C 末末端端较长，有环核苷酸的结合位点。较长，有环核苷酸的结合位点。分布于化学和光感受器中。分布于化学和光感受器中。如如气气味味分分子子与与化化学学感感受受器器中中的的 G 蛋蛋白白偶偶联联型型受受体体结结合合，激激活活腺腺苷苷酸酸环环化化酶酶，产产生生 cAMP，开开启启 cAMP 门门控控阳阳离离子子通通道道，引引起起钠钠离离子子内内流流，膜膜去去极极化化，产产生生神神经经冲冲动动，最终形成嗅觉或味觉。最终形成嗅觉或味觉。第二十四页，本课件共有103页25III.机械门通道机械门通道感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。目前比较明确的有两类机械门通道：目前比较明确的有两类机械门通道：一一类类对对牵牵拉拉敏敏感感，为为 2 价价或或 1 价价的的阳阳离离子子通通道道，有有 Na+、K+、Ca2+，以以 Ca2+为为主主，几几乎乎存存在在于于所所有有的的细细胞胞膜。对离子的无选择性、无方向性、非线性以及无潜伏期。膜。对离子的无选择性、无方向性、非线性以及无潜伏期。另一类对剪切力敏感，仅见于内皮细胞和心肌细胞。另一类对剪切力敏感，仅见于内皮细胞和心肌细胞。第二十五页，本课件共有103页26应力激活通道应力激活通道通通道道的的打打开开受受一一种种力力的的作作用用，听听觉觉毛毛状状细细胞胞的的离子通道就是一个极好的例子。离子通道就是一个极好的例子。声声音音的的振振动动推推开开压压力力门门控控通通道道，允允许许离离子子进进入入毛毛状状细细胞胞，这这样样建建立立起起一一种种电电信信号号，并并且且从从毛毛状状细细胞胞传传递递到到听听觉觉神神经经，然然后后传传递递到脑。到脑。第二十六页，本课件共有103页27听觉毛状细胞的机械敏感门通道作用原理听觉神经细胞耳蜗覆膜听毛细胞支持细胞硬纤毛通道关闭正电子进入捆在一起不倾斜基膜内耳毛细胞顶部的听毛也是对牵拉力敏感的感受装置，内耳毛细胞顶部的听毛也是对牵拉力敏感的感受装置，听毛弯曲时，毛细胞会出现暂短的感受器电位。听毛弯曲时，毛细胞会出现暂短的感受器电位。第二十七页，本课件共有103页2）孔蛋白孔蛋白是存在于细菌质膜的外膜、线线粒粒体体和叶叶绿绿体体的外膜上的通道蛋白,它们允许较大的分子通过,其中线线粒粒体体孔蛋白可通过的最大分子为6000道道尔尔顿顿,而叶叶绿绿体体 的孔蛋白则可通过相相对对分分子子质质量量在10,000到13,000之间的物质。孔蛋白是膜整合蛋白,它的膜脂结合区与其他的跨膜蛋白不同,不是螺旋,而是折叠。膜孔蛋白就是细胞膜上的孔蛋白。第二十八页，本课件共有103页293）水通道）水通道1991 年年 Agre 发发现现第第一一个个水水通通道道蛋蛋白白 CHIP28（28 KD），CHIP 28 的的 mRNA 能能引引起起非非洲洲爪爪蟾蟾卵卵母母细细胞胞吸水破裂，已知这种吸水膨胀现象会被吸水破裂，已知这种吸水膨胀现象会被 Hg2+抑制。抑制。目目前前在在人人类类细细胞胞中中已已发发现现至至少少 11 种种此此类类蛋蛋白白，被被命名为水通道蛋白（命名为水通道蛋白（Aquaporin，AQP）。）。第二十九页，本课件共有103页水孔蛋白（AQP1）分布与结构示意图A：豚鼠质膜电镜照片B：水孔蛋白（AQP1）C：水孔蛋白一个亚基（由3对同源的跨膜螺旋组成）D：一个亚基三维结构的示意图第三十页，本课件共有103页部分水孔蛋白举例（表5-3）第三十一页，本课件共有103页322003年年，美美国国科科学学家家彼彼得得阿阿格格雷雷和和罗罗德德里里克克麦麦金金农农，分分别别因因对对细细胞胞膜膜水水通通道道，离离子子通通道道结结构构和和机机理理研研究究而而获获诺诺贝贝尔尔化学奖。化学奖。Peter AgreRoderick MacKinnon第三十二页，本课件共有103页二、小分子物质的跨膜运输类型二、小分子物质的跨膜运输类型（一）、被动运输（passivetransport）（二）、主动运输（activetransport）第三十三页，本课件共有103页跨膜运输类型第三十四页，本课件共有103页（一）、被动运输简单扩散易化扩散第三十五页，本课件共有103页1.简单扩散简单扩散（simplediffusion）：小分子物质以热自由运动的方式顺着电化学梯度或浓度梯度直接通过脂双层进出细胞，既不需要细胞供能，也不需要膜转运蛋白的协助。电化学梯度（electrochemicalgradient）：离子的电荷和浓度的总差异，决定物质在两个区域之间的运动扩散能力。不同性质的小分子物质跨膜运动的速率差异极大。第三十六页，本课件共有103页37简单扩散特点简单扩散特点也叫自由扩散（也叫自由扩散（free diffusion）：）：沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需要提供能量；不需要提供能量；没有膜蛋白协助。没有膜蛋白协助。通通透透性性 P=KD/d，K 为为分分配配系系数数，D 为为扩扩散散系系数数，d 为膜的厚度。为膜的厚度。第三十七页，本课件共有103页不同性质的分子通过无膜转运蛋白的人工脂双层第三十八页，本课件共有103页39人工膜对各类物质的通透率人工膜对各类物质的通透率脂溶性越高通透性越大；脂溶性越高通透性越大；小分子比大分子易透过；小分子比大分子易透过；非极性分子比极性容易透过；非极性分子比极性容易透过；极性不带电荷的小分子可透过人工脂双层极性不带电荷的小分子可透过人工脂双层;人工膜对带电荷的物质，如离子是高度不通透的。人工膜对带电荷的物质，如离子是高度不通透的。第三十九页，本课件共有103页2.易化扩散/协助扩散/促进扩散易化扩散（passivetransport）：是是指指非非脂脂溶溶性性物物质质或或亲亲水水性性物物质质，如如氨氨基基酸酸、糖糖和和金金属属离离子子等等在膜转运蛋白（通道蛋白或载体蛋白）的协助下，物质从高电化学势或高浓度一侧向低电化学势或低浓度一侧的跨膜运输形式，又称协助扩散（facilitateddiffusion）。不需要消耗能量，并且也是从高浓度向低浓度进行。不需要消耗能量，并且也是从高浓度向低浓度进行。第四十页，本课件共有103页41特点特点转运速率高；转运速率高；运输速率同物质浓度成非线性关系；运输速率同物质浓度成非线性关系；特异性；特异性；饱和性。饱和性。载体：离子载体、通道蛋白。载体：离子载体、通道蛋白。第四十一页，本课件共有103页42第四十二页，本课件共有103页（三）、主动运输主动运输（activetransport）的概念主动运输分类第四十三页，本课件共有103页1.主动运输的概念主动运输（activetransport）：由载体蛋白所介导的物质逆着电化学梯度或浓度梯度进行跨膜运输的方式。是一种需要消耗能量的物质跨膜运输过程。第四十四页，本课件共有103页45主动运输的特点主动运输的特点逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；需需要要能能量量（由由 ATP ATP 直直接接供供能能）或或与与释释放放能能量量的的过过程程偶联（协同运输）；偶联（协同运输）；都有载体蛋白。都有载体蛋白。第四十五页，本课件共有103页2.主动运输的分类ATP驱动泵（ATP-drivenpump）协同转运蛋白（cotransporter）光驱动泵（light-drivenpump）第四十六页，本课件共有103页主动运输3种类型第四十七页，本课件共有103页1）ATP驱动泵能直接把ATP水解（ATPase）并利用该能量介导离子或小分子物质逆电化学梯度或浓度梯度进行跨膜运输的载体蛋白（泵）。第四十八页，本课件共有103页协同转运蛋白介导两种物质协同（偶联）跨膜运输的两类跨膜转运蛋白，是一种间接消耗ATP的主动运输过程。一般前一种跨膜转运蛋白负责逆梯度跨膜运输一种物质，后一种跨膜转运蛋白则负责顺梯度跨膜运输另一种物质，两者偶联起来进行。两种物质运输方向相同者称为同向协同转运蛋白（symporter），相反者则称为反向协同转运蛋白（antiporter）。第四十九页，本课件共有103页50l同向协同（同向协同（symport）如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着 Na+的进入；的进入；某些细菌对乳糖的吸收伴随着某些细菌对乳糖的吸收伴随着 H+的进入。的进入。l反向协同（反向协同（antiport）如如 Na+驱驱动动的的 Cl-HCO3-交交换换，即即 Na+与与 HCO3-的的进进入入伴伴随随着着 Cl-和和 H+的的外外流流，如如存存在在于于红红细细胞胞膜膜上上的带的带 3 蛋白。蛋白。第五十页，本课件共有103页3）光驱动泵对物质的主动运输与光能的吸收相偶联（如菌紫红质）。第五十一页，本课件共有103页52Glucose is absorbed bysymport第五十二页，本课件共有103页第二节第二节 ATP 驱动泵与主动运输驱动泵与主动运输一、一、P 型泵型泵二、二、V 型质子泵和型质子泵和 F 型质子泵型质子泵三、三、ABC 超家族超家族四、离子跨膜转运与膜电位四、离子跨膜转运与膜电位第五十三页，本课件共有103页4种类型的ATP驱动泵前3种转运离子，后一种转运小分子。第五十四页，本课件共有103页55Four types of ATP-powered pumps第五十五页，本课件共有103页一、一、P 型泵型泵P型泵（P-typepump）：所有P型泵都有2个独立的催化亚基，具有ATP结合位点；绝大多数还具有2个起调节作用的小的亚基。由于这类转运泵水解ATP使自身形成磷酸化（phosphorylation）的中间体，因此称为P型泵。大多数P型泵都是离子泵。（一）Na+-K+泵（Na+-K+pump）（二）Ca2+泵（Ca2+pump）和P型H+泵（P-typeH+pump）第五十六页，本课件共有103页（一）、Na+-K+泵Na+-K+泵（Na+-K+pump）：又称Na+-K+ATPase，能水解ATP，使亚基磷酸化或去磷酸化，将3个Na+泵出细胞，而将2个K+泵入细胞的膜转运载体蛋白。1.Na+-K+泵结构与转运机制2.Na+-K+泵主要生理功能第五十七页，本课件共有103页58由由 2 个个大大亚亚基基、2 个个小小亚亚基基组组成成的的 4 聚聚体体。Na+-K+ATP 酶酶通通过过磷磷酸酸化化和和去去磷磷酸酸化化过过程程发发生生构构象象的的变变化化，导导致致与与 Na+、K+的的亲亲和和力力发发生生变变化化。钠钠钾钾泵泵的的一一个个特特性性是是他他对对离离子子的的转转运运循循环环依依赖赖自磷酸化自磷酸化过过程程。总总的的结结果果是是每每一一循循环环消消耗耗 1 个个 ATP；转转运运出出 3 个个 Na+，转转进进两个两个 K+。第五十八页，本课件共有103页59钠钾泵机制钠钾泵机制第五十九页，本课件共有103页Na+-K+泵的结构（A）与工作模式（B）Na+依赖性的磷酸化和K+依赖性的去磷酸化引起Na+-K+泵构象发生有序变化每个工作循环消耗1个ATP分子，可以逆着电化学梯度泵出3个Na+和泵入2个K+。第六十页，本课件共有103页小肠上皮细胞吸收葡萄糖的示意图Na+-K+泵主要生理功能：一般动物细胞要消耗1/3（神经细胞消耗2/3）的总ATP供Na+-K+泵工作以维持细胞内高K+低Na+的离子环境，其意义如下：（1）维持细胞膜电位（2）维持动物细胞渗透平衡（3）吸收营养（见左图）第六十一页，本课件共有103页（二）、Ca2+泵和P型H+泵lCa2+泵（Ca2+pump）lP型H+泵（P-typeH+pump）第六十二页，本课件共有103页1.Ca2+泵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），这种浓度差由钙泵维持。Ca2+泵工作与ATP水解相偶联，每消耗1分子ATP，从细胞质基质中泵走2个Ca2+。细胞质基质中低Ca2+浓度的维持主要得益于质膜或内质网膜上的Ca2+泵将Ca2+泵到细胞外或内质网腔内。如在肌细胞中，Ca2+泵将Ca2+从细胞质基质泵到肌质网内。第六十三页，本课件共有103页肌质网Ca+泵转运Ca+前（A）和后（B）的工作模型N:核苷酸结合部位P:磷酸化部位A:活化部位第六十四页，本课件共有103页65第六十五页，本课件共有103页2.P型H+泵植物细胞、真菌和细菌细胞、泌酸细胞质膜上无Na+-K+泵，但有P型H+泵。P型H+泵将H+泵出细胞，建立和维持跨膜的H+电化学梯度，并用来驱动协同转运或使得细胞周围环境呈酸性。第六十六页，本课件共有103页二、二、V 型质子泵和型质子泵和 F 型质子泵型质子泵V 型质子泵（型质子泵（V-type proton pump）：）：广广泛泛存存在在于于动动物物细细胞胞的的胞胞内内体体膜膜、溶溶酶酶体体膜膜，破破骨骨细细胞胞和和某某些些肾肾小小管细胞的质膜，以及植物和真菌细胞的液泡（首字母为管细胞的质膜，以及植物和真菌细胞的液泡（首字母为 v）膜上。）膜上。V 型质子泵型质子泵 H+将从细胞质基质中泵入细胞器。将从细胞质基质中泵入细胞器。F 型质子泵（型质子泵（F-type proton pump，F1F0-ATPase）：）：广广泛泛存存在在于于细细菌菌质质膜膜、线线粒粒体体内内膜膜和和叶叶绿绿体体的的类类囊囊体体膜膜上上（F 为为 factor 的首字母）。的首字母）。F型质子泵常利用质子动力势合成型质子泵常利用质子动力势合成 ATP。V 型型质质子子泵泵和和 F 型型质质子子泵泵比比 P 型型泵泵结结构构更更复复杂杂，在在功功能能上上都都只只转转运运 H+，但在转运过程中不形成磷酸化的中间体。，但在转运过程中不形成磷酸化的中间体。第六十七页，本课件共有103页三、三、ABC 超家族超家族ABC 超超家家族族：ABC超家族（ATPbindingcassettesuper-family）即ATP结合盒超家族，又叫ABC转运蛋白，也是一类ATP驱动泵，利用ATP水解释放的能量将糖、氨基酸、磷脂、胆固醇、肽和其它多种小分子物质进行跨膜转运。ABC转运蛋白是分布最广的一类转运蛋白，从细菌到人类都有。ABC 转转运运蛋蛋白白结结构构：所有ABC转运蛋白（1条到多条肽链）共享一种由4个“核心”结构域组成的结构模式：2个跨膜结构域（T），每个含6个跨膜螺旋，形成底物运输的通路并决定底物的特异性；2个凸向胞质侧的ATP结合域（A），具有ATPase活性。每种ABC转运蛋白对于底物或底物的某些基团有特异性。有些ABC转运蛋白能够将抗生素或其它亲脂性抗癌药物泵出细胞，赋予细胞抗药性；遗传病囊性纤维化（肺、汗腺和胰腺等中）的发生也是ABC转运蛋白突变引起。第六十八页，本课件共有103页原核细胞（A）和真核细胞（B）ABC超家族结构与工作示意图ABC 转运蛋白工作模式：转运蛋白工作模式：（1）、ATP结合前，ABC转运蛋白的底物结合位点暴露于一侧（原核细胞胞外一侧或真核细胞胞内一侧）；（2）、ATP结合，ATP结合域二聚化并转运底物到ABC转运蛋白通路的另一侧内；（3）、ATP水解及ADP解离，ATP结合域解离（恢复原状），同时释放底物。第六十九页，本课件共有103页四、离子跨膜转运与膜电位四、离子跨膜转运与膜电位膜电位（膜电位（membrane potential）：）：细胞质膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。静静息息电电位位（resting potential）：可兴奋细胞在其不受外来刺激时测得的膜电位差（-30-70mV）。静息电位是细胞质膜内外相对稳定的电位差质膜内为负值，质膜外为正值，这种现象又称极化（极化（polarization）。动动作作电电位位（active potential）：指细胞在刺激作用下产生的行使通讯功能的快速变化的膜电位。静静息息电电位位的的形形成成：动物细胞质膜对K+的通透性大于Na+是产生静息电位的主要原因。静息膜允许K+通过开放的非门控的渗漏通道顺电化学梯度流向胞外，（此时Na+和K+电压门控通道都关闭，Na+-K+泵不工作），产生外正内负的静息电位。动动作作电电位位的的形形成成：极化（静息）（K+渗漏出）去极化（Na+通道流入）反极化（Na+通道关闭，K+通道流出）再极化（K+通道流出）超极化（K+通道关闭）。详见生理学有关内容详见生理学有关内容第七十页，本课件共有103页离子流与动作电位的关系示意图A：动作电位的产生和膜电位改变B：动作电位产生过程中，膜通透性改变C：动作电位产生过程中，离子通道开启与关闭示意图第七十一页，本课件共有103页第三节第三节 胞吞作用与胞吐作用胞吞作用与胞吐作用一、胞吞作用的类型一、胞吞作用的类型二、胞吞作用与细胞信号转导二、胞吞作用与细胞信号转导三、胞吐作用三、胞吐作用第七十二页，本课件共有103页共同特点共同特点双向、特异、有序、化学修饰双向、特异、有序、化学修饰第七十三页，本课件共有103页一、胞吞作用的类型一、胞吞作用的类型膜泡运输（vesiculartransport）：以膜泡的形式将蛋白质、脂分子等物质从细胞一个区间转运到另一个区间。胞吞作用（endocytosis）：通过质膜内陷形成膜泡，将细胞外或细胞质膜表面的物质包裹到膜泡内并转运到细胞内（吞噬作用和胞饮作用）。（一）、吞噬作用（phagocytosis）（二）、胞饮作用（pinocytosis）第七十四页，本课件共有103页膜膜泡泡运运输输过过程程中中，囊囊泡泡以以出出芽芽方方式式从从细细胞胞的的一一种种内内膜膜细细胞胞器器脱脱离离后后又又与与另另一一内内膜膜细细胞胞器器发发生生融融合合，这这一一转转运运过过程称为程称为囊泡转运。囊泡转运。第七十五页，本课件共有103页胞吞作用的类型第七十六页，本课件共有103页（一）、吞噬作用吞吞噬噬作作用用（phagocytosis）：针对胞外较大的颗粒性物质和细胞碎片的胞吞作用。在原生生物中，吞噬作用是摄取食物的一种方式；在高等多细胞生物体中，吞噬作用往往发生于巨噬细胞和中性粒细胞，其作用不仅仅是摄取营养物，主要是清除侵染机体的病原体以及衰老或凋亡的细胞。胞胞吞吞泡泡（endocytic vesicle）与与吞吞噬噬体体（phagosome）：胞吞时质膜内陷脱落形成的囊泡，称胞吞泡；通过吞噬作用形成的胞吞泡称吞噬体。第七十七页，本课件共有103页抗体诱发的吞噬作用第七十八页，本课件共有103页（二）、胞饮作用胞饮作用（胞饮作用（pinocytosis）的概念）的概念胞饮作用的分类第七十九页，本课件共有103页1.胞饮作用的概念胞胞饮饮作作用用（pinocytosis）：针对胞外生物大分子或液体物质的胞吞作用。第八十页，本课件共有103页2.胞饮作用的分类网格蛋白依赖的胞吞作用胞膜窖依赖的胞吞作用大型胞饮作用非网格蛋白/胞膜窖依赖的胞吞作用根据胞吞的物质是否具有特异性，胞饮作用可分为受体介导型（具有专一性和浓缩性）和非受体介导型。第八十一页，本课件共有103页1）网格蛋白依赖的胞吞作用）网格蛋白依赖的胞吞作用网格蛋白（clathrin）：又称笼形蛋白，是一类包被蛋白，由3个二聚体（1条重链和1条轻链）组成三腿蛋白（triskelion），作为包被的结构单位，组装形成多面体笼形结构。当配体与膜上受体结合后，网格蛋白聚集在膜下，逐渐形成直径50100nm的质膜凹陷，即网格蛋白包被小窝（clathrin-coatedpit）。网格蛋白介导高尔基体到溶酶体的小泡以及胞吞泡等的形成过程。衔衔接接蛋蛋白白（adaptin）：对转运分子有特异性选择作用，它既能结合网格蛋白，又能识别跨膜受体胞质面的尾部肽信号，从而通过网格蛋白包被泡介导跨膜受体及其结合配体的选择性运输。发发动动蛋蛋白白（dynamin）：一种小G蛋白，在深陷的包被小窝的颈部组装成环，水解与其结合的GTP，引起颈部缢缩，最终脱离质膜形成网格蛋白包被膜泡。网网格格蛋蛋白白依依赖赖的的胞胞吞吞作作用用：被转运分子受体内化网格蛋白包被膜泡脱包被膜泡胞内体（分选）被转运分子到溶酶体降解，受体返回质膜第八十二页，本课件共有103页通过网格蛋白包被膜泡介导的选择性运输示意图第八十三页，本课件共有103页受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用受受体体（receptor）：受体是任何能与特定信号分子（配体）结合的（膜）蛋白分子，通常导致细胞摄取反应或细胞信号转导。受受体体介介导导的的胞胞吞吞作作用用（receptor mediated endocytosis）：通过网格蛋白有被小泡从胞外基质摄取特定大分子途径。被转运的大分子物质与细胞表面互补性受体结合，形成受体-配体复合物并引发细胞质膜局部内化作用，然后小窝脱离质膜形成有被小泡将物质吞入细胞内。胞胞内内体体（endosome）：动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是转运由胞吞作用新摄取的物质到溶酶体被降解。胞内体（具有质子泵）被认为是胞吞物质的主要分选站，其中的酸性环境在分选过程中起着关键作用（被吞物到溶酶体降解，受体返回质膜、入溶酶体或运至另一侧质膜跨细胞转运）。第八十四页，本课件共有103页LDL（低密度脂蛋白）通过受体介导的胞吞作用进入细胞受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用（receptor mediated endocytosis）：）：通过网格蛋白有被小泡从胞外基质摄取特定大分子的途径。被转运的大分子物质与细胞表面互补性的受体结合，形成受体-配体复合物并引发细胞质膜局部内化作用，然后小窝脱离质膜形成有被小泡而将物质吞入细胞内。第八十五页，本课件共有103页86大分子物质运输中的三种有被小泡大分子物质运输中的三种有被小泡网格蛋白（网格蛋白（clathrin）COP ICOP II第八十六页，本课件共有103页87(1)(1)网格蛋白（网格蛋白（clathrinclathrin）冷冷冻冻蚀蚀刻刻技技术术发发现现，有有被被小小凹凹和和小小泡泡上上的的外外被被呈呈网网网网格格格格样样样样结结结结构构构构，这这种种物物质质由由几几种种蛋蛋白白组组成成，其其中中一一种种就就是是网网格蛋白。格蛋白。网网格格蛋蛋白白在在进进化化上上高高度度保保守守，分分子子由由 3 3 条条大大肽肽链链和和 3 3 条条小小肽肽链链形形成成三三足足结结构构，许许多多三三足足结结构构再再组组装装成成六六边边形形或五边形的网格样结构。或五边形的网格样结构。网网网网格格格格蛋蛋蛋蛋白白白白位位位位于于于于转转转转运运运运小小小小泡泡泡泡的的的的表表表表面面面面，大大大大大大大大提提提提高高高高了了了了小小小小泡泡泡泡的的的的表表表表面面面面张力。张力。张力。张力。第八十七页，本课件共有103页88第八十八页，本课件共有103页89http:/ COP I 衣衣被被小小泡泡负负责责回回收收、转转运运内内质质网网逃逃逸逸蛋蛋白白返返回回内内质质网网。起起初初发发现现于于高高尔尔基基体体碎碎片片，在在含含有有 ATP 的的溶溶液液中中温温育育时时，能能形形成成非非笼笼形形蛋蛋白白包被的小泡。包被的小泡。（2）COP I第九十一页，本课件共有103页92 COP II 主主要要介介导导从从内内质质网网到到高高尔尔基基体体的的物物质质运运输输。最最早早发发现现于于酵酵母母 ER 在在 ATP 存存在在的的细细胞胞质质液液中中温温育育时时，ER 膜膜上上能能形形成成类类似似于于 COP I 的的衣衣被被小小泡泡，酵酵母母 COP II 衣衣被蛋白的变异体，会在内质网中积累蛋白质。被蛋白的变异体，会在内质网中积累蛋白质。（3）COP II第九十二页，本课件共有103页93不同类型受体的胞内体的分选途径：不同类型受体的胞内体的分选途径：（1 1）返回原来的质膜结构域，重新发挥受体的作用；）返回原来的质膜结构域，重新发挥受体的作用；（2 2）进入溶酶体中被消化掉，称为受体下行调节；）进入溶酶体中被消化掉，称为受体下行调节；（3 3）被运至质膜的不同结构域，称为跨细胞的转运。）被运至质膜的不同结构域，称为跨细胞的转运。第九十三页，本课件共有103页2）胞膜窖依赖的胞吞作用被转运分子胞膜窖（脂筏区）膜泡（窖蛋白包被）膜窖体（胞内体样细胞器）（分选）/质膜另一侧胞膜窖的形成部位位于质膜的脂筏区域；胞膜窖所在部位含大量信号转导的受体和蛋白激酶，暗示胞膜窖很可能发挥一种信号转导平台的作用。第九十四页，本课件共有103页3）大型胞饮作用通过质膜皱褶包裹内吞物形成囊泡完成胞饮作用。质膜皱褶形成依赖微丝及其结合蛋白；胞吞泡比较大；启动大型胞饮作用和其它生理功能的受体位于很多类型的细胞表面。第九十五页，本课件共有103页4）非网格蛋白/胞膜窖依赖的胞吞作用如位于淋巴细胞膜上的白介素-2（interleukin-2，IL-2）受体介导的胞吞作用属于此类。第九十六页，本课件共有103页二、胞吞作用与细胞信号转导二、胞吞作用与细胞信号转导胞吞作用不仅调控细胞对营养物的摄取、病原菌的吞噬、质膜构成，还参与细胞信号转导。（一）、胞吞作用对信号转导的下调（一）、胞吞作用对信号转导的下调当引起下游信号级联反应后，细胞通过胞吞作用将EGF（表皮生长因子）和EGF受体吞入细胞内降解，从而导致细胞信号转导活性下调。这种 调 节 作 用 称 为 受 体 下 行 调 节。这 种 调 控 与 受 体 的 泛 素 化（ubiquitination）有关。（二）、胞吞作用对信号转导的激活（二）、胞吞作用对信号转导的激活Notch信号是细胞与细胞间相互作用的主要信号通路之一，对多细胞生物中细胞分化命运（旁侧抑制）的决定起关键作用。在信号转导过程中，除了配体（DSL）与Notch受体结合外，信号通路的激活还依赖于DSL和Notch的胞吞作用。第九十七页，本课件共有103页胞吞作用对Notch信号转导的激活Notch及其配体DSL的胞吞作用对Notch活化是必需的，其中DSL的胞吞依赖泛素。DSL:Delta/Serrate/Lag2家族NICD：Notch受体胞内活性片段第九十八页，本课件共有103页三、胞吐作用三、胞吐作用胞吐作用（exocytosis）：携带有细胞内内容物的分泌泡或其它膜泡与质膜融合，将内容物释放到胞外的过程。组成型胞吐途径（constitutiveexocytosispathway）：新合成的蛋白质和脂质在高尔基体反面管网区（TGN）形成分泌泡后，连续不断地稳定地流向质膜，并与之融合，供应质膜更新，囊泡内可溶性蛋白则分泌到细胞外，有的成为质膜外周蛋白，有的形成胞外基质组分，有的作为营养成分或信号分子扩散到胞外液。调节型胞吐途径（regulatedexocytosispathway）：特化分泌细胞产生的分泌物（如激素、消化酶或黏液）先储存在细胞质周边的分泌泡内，当细胞在受到适宜的胞外信号刺激后，分泌泡才与质膜融合并将内含物释放到细胞表面或细胞外。第九十九页，本课件共有103页100结构性分泌途径几乎存在于所有细胞中结构性分泌途径几乎存在于所有细胞中 调节性途径主要存在于特化的分泌细胞中调节性途径主要存在于特化的分泌细胞中胞吐作用消耗能量胞吐作用消耗能量,属于细胞膜的主动运输属于细胞膜的主动运输功能功能 补充质膜更新所需的物质补充质膜更新所需的物质 分泌各种分子分泌各种分子第一百页，本课件共有103页跨细胞转运跨细胞转运（transcytosis）：以胞吞作用从细胞的一侧摄取物质，形成膜泡在细胞内运输，并以胞吐作用从细胞的另一侧释放出去的膜泡转运方式。第一百零一页，本课件共有103页本章概要本章概要细胞膜是细胞与细胞外环境之间选择性通透屏障。几乎所有小分子、无机离子的跨膜转运都需要膜转运蛋白参与。膜转运蛋白可分为两类：一类称载体蛋白，另一类称通道蛋白。载体蛋白能通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运，而通道蛋白形成跨膜亲水性通道，有离子通道、孔蛋白以及水孔蛋白三大类型。小分子物质跨膜运输有3种类型，即简单扩散、被动运输与主动运输。主动运输需要与能量释放相偶联，有ATP直接提供能量和间接提供能量以及光能驱动的3种基本类型。而ATP驱动泵可分为4类：P型泵、V型质子泵、F型质子泵和ABC超家族。前3种只转运离子，后一种主要是转运小分子。Na+-K+泵是典型的P型泵。对维持动物细胞渗透平衡、摄取营养以及膜电位有重要生理意义。V型质子泵是利用ATP水解供能从细胞质基质中将H+逆着电化学梯度泵入细胞器，以维持细胞质基质pH中性和细胞器内的pH酸性；F型质子泵以相反的方式发挥其生理作用。ABC超家族是一类ATP驱动泵。在正常生理条件下，ABC蛋白是细菌质膜上糖、氨基酸、磷脂和肽的转运蛋白，是哺乳类细胞质膜上磷脂、亲脂性药物、胆固醇和其他小分子的转运蛋白。真核细胞通过胞吞作用和胞吐作用完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。胞吞作用又可分为两种类型：胞饮作用和吞噬作用。胞饮作用可以分为网格蛋白依赖的胞吞作用、胞膜窖依赖的胞吞作用、非网格蛋白/胞膜窖依赖的胞吞作用以及大型胞饮作用。其中，了解最多的胞饮作用就是网格蛋白依赖的胞吞作用。胞吞作用与信号转导过程相互调节、彼此整合，在细胞生长、发育、代谢以及增殖等过程中发挥着重要作用。胞吞作用既可以下调信号转导活性，也可以激活信号转导活性。胞吐作用是将细胞内的分泌泡或其他膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。第一百零二页，本课件共有103页103第一百零三页，本课件共有103页