5物质跨膜运输-课件.ppt

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1、物质的跨膜运输物质的跨膜运输与信号转导与信号转导第一节第一节 细胞膜是选择性半透膜细胞膜是选择性半透膜人工脂双层对各种分子的相对通透性 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，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度较慢；小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过；人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。小分子：疏水分子如O2、CO2、N2、磺胺、苯等脂溶性物质。小的不带电荷的极性分子如尿素、甘油、H2O、乙醇等。大的不带电荷的极性分子如葡萄糖、氨基酸等。离子：钠

2、离子、钾离子、钙离子、氢离子、碳酸根离子、磷酸根离子、镁离子、氯离子等 根据是否需要ATP的参入，分为：被被动动运运输输（passive transport）：不消耗细胞的代谢能（ATP），顺浓度梯度的运输。主动运输（主动运输（active transport）：消耗细胞的代谢能（ATP），逆浓度梯度的运输。被被动动运运输输和和主主动动运运输输简单扩散扩散现象：H2O中滴一滴墨水后的扩散现象；CO、CH4等气体的扩散知识；半透膜内外加入不同物质后的渗透现象。细胞膜有半透膜的特性，膜脂分子间有很小的间隙，部分小分子可直接通过此间隙由浓度高侧向浓度低侧扩散。注：扩散-高浓度到低浓度1、简单扩散、简

3、单扩散概念：又称为自由扩散（free diffusion）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。特点：沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需要提供能量；没有膜蛋白的协助。速度决定于：分子的大小，浓度差的大小，脂溶性大小。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。特点：转运速率高；存在最大转运速率；有膜转运蛋 白参与，有特异性。膜转运蛋白膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。载体蛋白（载体蛋白（carrier proteincarrier pr

4、otein）：）：通过构象变化运输物质 通道蛋白（通道蛋白（channel proteinchannel protein）：）：形成通道、运输物质2 2、协助扩散、协助扩散通道蛋白：概念：通道蛋白（概念：通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通道，允许适）是横跨质膜的亲水性通道，允许适 当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。特征：一是离子通道具有选择性；二是离子通道是门控的。特征：一是离子通道具有选择性；二是离子通道是门控的。配体闸门通道：配体与受体结合，通道开放。电压闸门通道：膜电位变化，启动通道开放

5、。离子闸门通道：特定离子浓度变化，启动通道。类型类型：通道蛋白形成通道：持续开放（如水通道）间断开放（闸门通道）进行通道扩散的分子有：离子、神经递质配体门通道配体门通道 表面受体与细胞外的特定物质（配体ligand）结合，引起门通道蛋白发生构象变化，结果使“门”打开乙乙酰酰胆胆碱碱受受体体钾电位门通道钾电位门通道 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。通道蛋白介导的被动运输例如：神经-肌肉兴奋，不到秒钟的时间内完成，这一过程包括四种通道顺次开放：A、刺激

6、神经冲动神经末梢，膜去极化，电压闸门通道钙离子通道开放，钙离子进入神经末梢，刺激乙酰胆碱（ACH）分泌到突触间隙中；B、ACH与突触后肌细胞膜上的受体结合，配体闸门钠离子通道开放，钠离子进入肌细胞，肌细胞膜去极化；C、肌细胞膜上电压闸门钠离子通道开放，更多的钠离子进入肌细胞，肌细胞膜进一步去极化，产生动作电位，扩散到肌细胞膜；D、肌浆网上的离子闸门通道钙离子通道开放，钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩。载体蛋白（载体蛋白（carrier protein）协协助助（易易化化）扩扩散散：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等分子量较大，属不带电荷的极性分子，不能扩散通过脂双分子层，没有相应通道，必须通过膜上载体蛋白

7、的协助才能通过膜，故名协助扩散。协协助助扩扩散散特特点点：高浓度低浓度；不消耗细胞代谢能；有载体帮助，当载体蛋白处于饱和状态时，速度最大。载体蛋白（载体蛋白（carrier carrier proteinprotein）是在生物膜上）是在生物膜上普遍存在的普遍存在的多次跨膜多次跨膜蛋白蛋白分子。可以和特定的溶质分子。可以和特定的溶质分子结合，通过分子结合，通过构象改变构象改变介导溶质的介导溶质的主动主动和和被动被动跨跨膜运输。膜运输。二、主动运输二、主动运输概念：主动运输（active transport）是指由载体蛋白介导的 物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低的一侧向 浓度高的一侧的跨膜

8、运输方式。特点：运输方向；膜转运蛋白；消耗能量。主动运输所需能量的来源主要有：主动运输所需能量的来源主要有：1.ATP直接提供能量（Na+K+泵、Ca2+泵）2.ATP间接提供能量3.光能驱动主动运输所需能量的来源主动运输所需能量的来源1、载体蛋白介导的主动运输*膜上运输钠和钾离子的载体称“钠钾泵”或“钠钾ATP酶”。*下面以“钠钾泵”为例介绍载体蛋白介导的主动运输过程和特点：钠-钾泵的组成：大亚基（100000DN）：外侧：1、钾结合位点 2、鸟苯苷结合位点 内侧：1、钠结合点 2、ATP结合点小亚基（45000DN）：与大亚基结合，作用不明。进行主动运输的载体又称“离子泵”Na+-K+AT

9、P PUMP1.1.3Na+结合到结合位点上2.2.酶磷酸化3 3.酶构象变化4.4.3Na+释放到细胞外5.5.2K+结合到位点上，酶去磷酸化6.6.2K+释放到细胞内，酶 构象恢复原始状态。Na+-K+泵的作用：产生和维持膜电位；为葡萄糖、氨基酸的主动运输创造条件；维持细胞的渗透压，例如：当肾小管细胞间隙钠过高时会导致细胞内水分外渗，细胞内缺水，人会感到口渴而饮水多。钙泵（Ca2+pump）又称Ca2+ATP酶。钙泵主要存在于细胞膜和内质网膜细胞膜和内质网膜上，它将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔输出细胞或泵入内质网腔中储存起来，以维持细胞内低浓度的游离Ca2+。钙泵在肌质网内储存Ca2+，

10、对调节肌细胞的收缩与舒张是至关重要的。Ca+ATPaseCa+ATPaseMaintains low cytosolic Ca+Present In Plasma and ER membranes Model for mode of action for Ca+ATPase Conformation change 膜上有许多进行主动运输的载体：膜上有许多进行主动运输的载体：Na+-K+ATP酶Ca2+ATP酶H+ATP酶Na+-H+交换载体Cl-HCO3-交换载体等 2、离子梯度驱动的主动运输主动运输的能量不是由ATP直接提供，而是由储存在膜上离子梯度中的能量来驱动的。这类运输进行时，一种物质

11、的运输必须依赖另一种物质的同时运输，故称为协同运输。协同运输（协同运输（cotransport）是一类靠是一类靠间接提供能量间接提供能量完成的主动运输方式。完成的主动运输方式。物物质质跨跨膜膜运运动动所所需需要要的的能能量量来来自自膜膜两两侧侧离离子子的的电电化化学学浓浓度度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。动物细胞中常常利用膜两侧动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。浓度梯度来驱动。植物细胞和细菌常利用植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。浓度梯度来驱动。根根据据物物质质运运输输方方向向与与离离子子沿沿浓浓度度梯梯度度的的转转移

12、移方方向向，协协同同运运输又可分为：同向运输（输又可分为：同向运输（symport）与对向运输（）与对向运输（antiport）。协同运输包括协同运输包括同向运输和对向运输同向运输和对向运输协同运输两种物质两种物质同时相向同时相向转运，称转运，称对向运输对向运输（逆向协同运输）（逆向协同运输）如：Na+-K+Na+H+Cl-HCl3-如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。在某些细菌中，乳糖的吸收伴随着H+的进入。两种物质两种物质同时同向同时同向转运，称转运，称同向运输同向运输（同向协同运输）（同向协同运输）如：Na+-G Na+-aa 动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方式来转运H

13、+，以调节细胞内的PH值。还有一种机制是Na+驱动的Cl-HCO3-交换，即Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如存在于红细胞膜上的带3蛋白。浓度差+电位差电化学梯度动物细胞中，Na+的电化学梯度通常是驱动另一种分子主动运输的能量，如Na+梯度驱动G、aa的主动运输进入血液，运输到全身细胞细胞膜结构的方向性，决定其物质运输功能的方向性。单运输 （被动或主动运输）协同运输(主动运输）：同向运输 对向运输物质通过细胞膜的运输图示通道蛋白载体蛋白同向运输 对向运输单运输 协同运输膜转运蛋白（被动运输主动运输）（被动运输）3.3.主动运输的特点主动运输的特点逆浓度梯度（逆电化学梯度）运输

14、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）都有载体蛋白4.4.主动运输所需的能量的直接来源主动运输所需的能量的直接来源ATP 驱动的泵通过水解ATP 获得能量协同运输中的离子梯度动力；光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。三三 、物质的跨膜转运与膜电位、物质的跨膜转运与膜电位膜电位：膜电位：对带电物质的跨膜运输在造成其浓度差的同时也造成其电位差，这些电位差的总和称为膜电位静息膜电位：静息膜电位：阴阳离子通过跨膜运输达到一个精确的平衡状态，此时的膜电位称为静息膜电位动作电位：动作电位：细胞受到刺激时，电压闸门钠离子通道通过运输离子使静息膜电位发生改变，此时的膜电位称为动作电位

15、极化现象：极化现象：细胞的静息膜电位膜内为负值膜外为正值，这个状态称为极化去极化：去极化：离子的转运使静息电位降低乃至消失的过程称为去极化第三节第三节 细胞表面受体与信号传导细胞表面受体与信号传导细胞通讯细胞通讯(cell communication)是指一个细胞发出的信息可通过介质传递到另一个细胞，通过受体的识别和信号传递作用引起细胞产生相应的生物效应。一、受体与配体的识别是信号转导的基础一、受体与配体的识别是信号转导的基础细胞通讯有三种方式：（1）细胞通过信号分子进行相互通讯；（2）细胞间直接接触相互通讯；（3）细胞间通过间隙连接相互通讯。路径：细胞识别 信号跨膜传递 生物效应。（一）配体

16、为细胞外的信号分子配体配体是细胞外的信号分子，如：激素、药物、神经递质、毒素等。*脂溶性配体：为疏水小分子，可通过细胞膜与核膜，进而与胞质内及核内受体结合形成配体受体复合物，直接调节基因的转录活性。*水溶性配体：不能穿过靶细胞的细胞膜或核膜，必须与细胞膜上的特异受体结合，由受体将信号转换为细胞可识别的胞内信号。受体是细胞膜或细胞内的功能性糖蛋白，可特异地识别配体并与之结合，引起相应的生物效应。至少包括两个功能区域：配体结合区域和产生效应的区域。膜受体膜受体：细胞膜上特异性的蛋白质或脂类分子。受体:膜受体 胞内受体（二）配体与受体的结合（二）配体与受体的结合胞浆受体核受体受体与配体的空间结构必须

17、互补，空间互补结构是产生受体配体效应的必要条件之一。1.膜受体的特性特异性高亲和性可饱和性可逆性 调节部位 催化单位 转换单位2.膜受体的分子结构3.膜受体类型 3.1 离子通道受体的信息传导机制：受体自身为离子通道，信号（神经递质）与受体识别结合，开闭通道，离子流动，改变细胞膜的兴奋性。如N-AchR为Na+通道，r-氨基丁酸受体的 Cl-通道 3.2 催化受体的信息传导机制：自身是酶，具有TPK活性，主要是一些生长因子的受体，与配体结合即活化，使靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化，引起细胞反应。有TPK活性，如EGFR、PDGFR等。（三）偶联G蛋白受体的信息传导机制：由G蛋白介导,将信息传递给第二

18、信使,引起一系列胞内生物效应。有G蛋白介导，如多巴胺受体等。单体型受体：一个蛋白分子复合型受体：两个或多个蛋白分子膜受体类型膜受体类型:离子通道受体 摧化受体偶联G蛋白受体图示 细胞表面信号三类受体模式图4.膜受体的功能膜受体的分布：同一个细胞上有不同的受体 不同的细胞上有相同和不同的受体膜受体的功能：信号跨膜传递 细胞识别细胞与细胞之间以及细胞内外之间存在着相互沟通、相互作用、相互依赖的关系，称为细胞的社会性。细胞与细胞之间信息传递的一系列过程统称为信号传导。信号传导的环节：1、信号分子和受体蛋白特异性结合 2、信号由细胞膜外传递到细胞膜内 3、启动细胞应答反应 4、信号分子的失活或胞外刺激

19、强度的消退（三）细胞外信号转化为细胞内第二信使（三）细胞外信号转化为细胞内第二信使Gene transcriptionCell proliferationCell survivalCell deathCell differentiationCell functionCell motilityImmune responsesFUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION几个容易混淆的概念几个容易混淆的概念细胞信号发放（cell signaling）：细胞释放信号分子，将信息传递给其它细胞。细胞通讯（cell communication）：细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生

20、相应反应的过程。细胞识别（cell recognition）：细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞反应的现象。信号转导（signal transduction）：指外界信号（如光、电、化学分子）作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过程。1.信号分子信号分子种类：激素、神经递质、局部介质。激素：为内分泌细胞分泌的一种化学物质，分为甾族和非甾族两大类，后者又可分为蛋白质（肽）类激素和氨基酸衍生类两种。神经递质：是一类信号分子，由突触释放，能够瞬间传递到邻近的神经细胞。局部介质：由多种细胞于局部释放的一类信号分子，只在局部发挥作用。细胞外来的信号分子不

21、论是与细胞表面受体结合还是与细胞质内或核内受体结合，这类信号分子称为第一信使。将在第一信使与受体介导下最早产生的可将信号向下游传递的信号分子称为第二信使。第二信使主要有：cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+。第二信使的作用：信号转换、信号放大。2.信使分为三大类：第一信使：配体，如激素、药物、神经递质等第二信使：胞质中的信号物质 CAMP 、CGMP、Ca2+、IP3、DG第三信使：细胞核中的信号物质第一信使通过膜受体的转导作用将信息指令传给第二信使，由第二信使启动并指导完成胞内一系列生物效应。第二信使的作用：直接作用于效应蛋白如离子通道，产生相应的生物效应或激活细胞内的蛋白激酶系统，引

22、起级联反应，产生生物效应。第三信使直接调节基因的活动。细细胞胞对对信信号号的的反反应应不不仅仅取取决决于于其其受受体体的的特特异异性性，而且与细胞的固有特征有关。而且与细胞的固有特征有关。有时相同的信号可产生不同的效应，如乙酰胆碱可引起骨骼肌收缩、降低心肌收缩频率，引起唾腺细胞分泌。有时不同信号产生相同的效应，如肾上腺素、胰高血糖素，都能促进肝糖原降解而升高血糖。二、由二、由G G蛋白偶联受体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体属于一类经过7次跨膜形成的超家族蛋白，有两个特性：其一受体中含有7段疏水性跨膜序列，N端在细胞外用以结合配体，C端位于细胞内用以激活G

23、蛋白，其二受体必须与G蛋白结合才能产生信号传导效应。G蛋白偶联的受体多为一些激素类受体。G-protein linked receptor G G蛋白蛋白：鸟苷酸结合蛋白的总称，其共同特征是：由三个亚单位组成，和亚基属于脂锚定蛋白；位于细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白；具有结合GDP或GTP的能力，有GTP酶活性；可激活效应蛋白，实现信息转导功能。作用：分子开关，激活第二信使。亚基结合GDP处于关闭状态，结合GTP处于开启状态。亚基具有GTP酶活性，能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体状态，其GTP酶的活性能被GAP增强。G蛋白的类型蛋白的类型受体：激活型受体（Rs）或抑制型受体（Ri

24、）G蛋白：活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi）同一个信号分子作用到不同的G蛋白偶联受体，可能产生截然相反的效果。GTP-binding regulatory proteinG蛋白偶联受体的信息传导途径：CAMP信号途径 CGMP信号途径 IP3信号途径 DG信号途径 Ca2+信号途径 （一）（一）cAMP信号途径信号途径n通过调节通过调节cAMP的浓度，将细胞外信号转的浓度，将细胞外信号转变为细胞内信号。变为细胞内信号。腺腺苷苷酸酸环环化化酶酶：跨跨膜膜12次次。在在Mg2+或或Mn2+的的存存在在下下，催催化化ATP生生成成cAMP。G活活化化后后可可催催化化细细胞胞内内侧侧的的腺

25、腺苷苷酸酸环环化酶，使其活化化酶，使其活化Adenylate cyclase蛋蛋白白激激酶酶A A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催化亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激活蛋白激酶A的活性。环腺苷酸磷酸二酯酶cAMP phosphodiesterase,PDE）：降解cAMP生成5-AMP，起终止信号的作用。Degredation of cAMPCAMPCAMP信号途径信号途径：信号与受体结合，受体活化，构象改变，暴露与G蛋白的结合部位。配体受体复合物与G蛋白结合，G活化，Gs构象改变，结合GTP Gs-GTP复合物与

26、分离，暴露与AC的结合部位。Gs-GTP与 AC结合，AC活化，分解 ATP为CAMP Gs分解GTP为 GDP，构型改变，与 AC分离，AC失活，Gs与结合，恢复静息状态。信号（配体）cAMP途径cAMP信号通路对基因转录的激活信号通路对基因转录的激活cAMP信号途径可表示为：信号途径可表示为：激素 G蛋白耦联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP依赖cAMP的蛋白激酶A基因调控蛋白磷酸化基因转录。不同细胞对不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同：信号途径的反应速度不同：在肌肉细胞，1秒钟内可启动糖原降解为葡糖1-磷酸，而抑制糖原合成。在某些分泌细胞，需要几个小时，激活的PKA 进入细胞核，将CR

27、E结合蛋白磷酸化，调节相关基因的表达。CRE（cAMP response element）是DNA上的调节区域。Gi调节模型调节模型通过亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性；通过亚基复合物与游离Gs的亚基结合，阻断Gs的亚基对腺苷酸环化酶的活化。百日咳毒素抑制Gi的活性。CAMP信号途径信号途径刺激型信号途径 抑制型信号途径 刺激型信号 抑制型信号 Rs Ri Gs Gi AC ATPCAMP 抑制 被磷酸二酯酶降解胞胞外外信信号号分分子子与与细细胞胞表表面面G蛋蛋白白耦耦联联受受体体结结合合，激激活活质质膜膜上上的的磷磷脂脂酶酶C（PLC-），使使质质膜膜上上4，5-二二磷磷酸酸磷磷脂脂

28、酰酰肌肌醇醇（PIP2）水水解解成成1，4，5-三三磷磷酸酸肌肌醇醇（IP3）和和二二酰酰基基甘甘油油（diacylglycerol,DAG）。）。DAG激活蛋白激酶激活蛋白激酶C（PKC）：）：IP3开启胞内开启胞内IP3门控钙通道，门控钙通道，Ca2+浓度升高，激活钙调蛋白。浓度升高，激活钙调蛋白。（二）磷脂酰肌醇途径（二）磷脂酰肌醇途径细胞膜中约5%的肌醇磷脂（PI），分布于膜内层，在ATP作用下，PI磷酸化形成PIP2（4，5二磷酸肌醇）。受体+配体 活化Gp Gp+磷脂酶C 磷脂酶C活化 P1P2 IP3+DAG （第二信使）PIP2 HydrolysisInositol phosp

29、holipid signalingMimicked byionomycin 钙钙调调蛋蛋白白（calmodulin，CaM）可可结结合合钙钙离离子子将将靶靶蛋蛋白白（如如：CaM-Kinase）活化。）活化。蛋蛋白白激激酶酶C位位于于细细胞胞质质，Ca2+浓浓度度升升高高时时，PKC转转位位到到质质膜膜内表面，被内表面，被DG活化，活化，PKC属蛋白丝氨酸属蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶。苏氨酸激酶。IP3信信号号的的终终止止是是通通过过去去磷磷酸酸化化形形成成IP2、或或磷磷酸酸化化为为IP4。Ca2+被被质质膜膜上上的的钙钙泵泵和和Na+-Ca2+交交换换器器抽抽出出细细胞胞，或或被被内内质网膜上

30、的钙泵抽回内质网。质网膜上的钙泵抽回内质网。DAG通通过过两两种种途途径径终终止止其其信信使使作作用用：一一是是被被DAG激激酶酶磷磷酸酸化化成成为为磷磷脂脂酸酸，进进入入磷磷脂脂酰酰肌肌醇醇循循环环；二二是是被被DAG酯酯酶酶水水解成单酯酰甘油。解成单酯酰甘油。Controls on Cytosolic Calcium磷脂酰肌醇途径与CAMP途径比较：CAMP途径途径 磷脂酰肌醇途径磷脂酰肌醇途径 G蛋白 Gs Gi Gp 效应器 AC 磷脂酶C 底物 ATP P1P2 第二信使 CAMP IP3 DAG（三）其它（三）其它G蛋白偶联型受体蛋白偶联型受体1化学感受器中的化学感受器中的G蛋白蛋

31、白存在于嗅觉和味觉化学感受器中，类型繁多，不同细存在于嗅觉和味觉化学感受器中，类型繁多，不同细胞具有不同的受体，感受不同的气味。胞具有不同的受体，感受不同的气味。气味分子与气味分子与G蛋白偶联型受体结合，可激活腺苷酸环化蛋白偶联型受体结合，可激活腺苷酸环化酶，产生酶，产生cAMP，开启，开启cAMP门控阳离子通道（门控阳离子通道（cAMP-gated cation channel），引起钠离子内流，膜去极化，），引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。2视觉感受器中的G蛋白黑暗条件下视杆细胞中黑暗条件下视杆细胞中cGMP浓度较高，浓度较高，

32、cGMP门控钠离子门控钠离子通道开放，钠离子内流，膜去极化，突触持续向次级神经通道开放，钠离子内流，膜去极化，突触持续向次级神经元释放递质。元释放递质。有光时有光时cGMP浓度下降的负效应起传递光刺激的作用。浓度下降的负效应起传递光刺激的作用。光信号光信号Rh激活激活Gt活化活化cGMP磷酸二酯酶激活磷酸二酯酶激活胞内胞内cGMP减少减少Na+离子通道关闭离子通道关闭离子浓度下降离子浓度下降膜超极化膜超极化神经递质释放减少神经递质释放减少视觉反视觉反应。应。视紫红质（视紫红质（rhodopsin,Rh）为）为7次跨膜蛋白，由视蛋白和视黄醛组成次跨膜蛋白，由视蛋白和视黄醛组成。三、第二信使的作用

33、三、第二信使的作用 cAMPcAMP的作用的作用cAMP PKA（绝大多数细胞），调节代谢，促进细胞分化。离子通道（嗅上皮细胞），调节离子通道的通透性。cGMP的作用的作用cGMP PKG（绝大多数细胞），调节代谢，促进细胞分裂。离子能道（视网膜光感受器），调节离子通透性。IP3 ER上 IP3受体钙库释放Ca2+胞内Ca2+上升级联反应 生物效应；DAG 蛋白激酶 C 蛋白酶的磷酸化生物效应；Ca2+CaM，Ca2+的作用广泛，如肌肉收缩、Ach释放等。IPIP3 3、DAGDAG 、CaCa2+2+的作用：的作用：例如：肾上腺素引起肝细胞糖元分解在信号转导过程中，信号逐级放大在信号转导过程

34、中，信号逐级放大 信号与细胞效应总结图示 第一信号、第二信号与细胞效应第四节第四节 膜转运系统及膜受体与疾病膜转运系统及膜受体与疾病膜转运系统及膜受体与疾病，根据相关的理论了解教材介绍疾病的发病机理一、一、大分子物质的转运大分子物质的转运囊泡运输囊泡运输（vesicular transport）胞吐作用胞吐作用（exocytosis）胞吞作用胞吞作用（endocytosis）（一）囊泡运输（一）囊泡运输（vesicular transport）细胞内膜系统之间的物质传递常常通过囊泡运输方细胞内膜系统之间的物质传递常常通过囊泡运输方式进行。各类运输囊泡之所能够被准确地运到靶细式进行。各类运输囊泡

35、之所能够被准确地运到靶细胞器，主要取决于膜的表面识别特征。胞器，主要取决于膜的表面识别特征。大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（被（coat）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。融合之前解体。囊泡运输囊泡运输一、衣被类型一、衣被类型 已知三类：已知三类：1.网格蛋白（网格蛋白（clathrin）2.COPI3.COPII 主要作用：主要作用：1.选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡；选择性的将特定蛋

36、白聚集在一起，形成运输小泡；2.如同模具一样决定运输小泡的外部特征如同模具一样决定运输小泡的外部特征。网格蛋白网格蛋白(clathrin)因其覆盖在囊泡表面呈一层纤维状，因此得名。因其覆盖在囊泡表面呈一层纤维状，因此得名。它由它由3个外展得臂组成，每一臂含有个外展得臂组成，每一臂含有1条重链和条重链和1条轻条轻链，重链的分子量链，重链的分子量180kD，轻链为，轻链为3540kD。结合素结合素(adaptin)网格蛋白和囊泡之间是通过转接蛋白来连接，这类转网格蛋白和囊泡之间是通过转接蛋白来连接，这类转接蛋白统称为结合素。接蛋白统称为结合素。它一端与网格蛋白重链末端结合，另一端与被转运的它一端与

37、网格蛋白重链末端结合，另一端与被转运的“货物货物”分子衔接，具有催化网格蛋白聚合的作用。分子衔接，具有催化网格蛋白聚合的作用。结合素目前发现有四种：结合素目前发现有四种：AP1、AP2、AP3和还在研和还在研究中的一种。究中的一种。1、网格蛋白衣被小泡、网格蛋白衣被小泡动力素（动力素（dynamin)动力素：是一种小分子动力素：是一种小分子GTP结合蛋白，由结合蛋白，由900个氨基酸组个氨基酸组成，在质膜内凹有被小窝的颈部形成环状结构，可与成，在质膜内凹有被小窝的颈部形成环状结构，可与GTP结合并水解，将囊泡结合并水解，将囊泡“缢缢”割下来。割下来。Clathrin coated vesicl

38、es2、COP I衣被小泡衣被小泡 COP I包包被被蛋蛋白白为为多多亚亚基基组组成成的的多多聚聚体体，包包括括、和和。功功能能：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（escaped proteins）返回内质网。）返回内质网。回回收收信信号号：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）和和Lys-Lys-X-X（KKXX）。）。COP I还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）Cop I Vesicles3、COP衣被小泡衣被小泡 介导从内质网到高尔基体的物质运输。介导从内质网到高尔基体的

39、物质运输。由多种蛋白质构成，由多种蛋白质构成，Sar1GTP酶与酶与Sec22/Sec24复合体结合在复合体结合在一起，一起，Sec13/Sec31复合体覆盖在外层。复合体覆盖在外层。衣被小泡形成的部位，称为内质网出口（衣被小泡形成的部位，称为内质网出口（exit sites），该处），该处没有核糖体。没有核糖体。大多数跨膜蛋白是直接结合在大多数跨膜蛋白是直接结合在COP II衣被上，少数跨膜蛋白衣被上，少数跨膜蛋白和多数可溶性蛋白通过受体与和多数可溶性蛋白通过受体与COP II衣被结合。衣被结合。分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样，有些分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样，

40、有些包含双酸性基序包含双酸性基序DEXDE，如，如Asp-X-Glu序列序列。Cop I and II Vesicles衣被类型 GTP酶组成与衔接蛋白运输方向clathrin三种衣被小泡的功能ARFClathrin重链与轻链，AP2质膜内体Clathrin重链与轻链，AP1高尔基体内体Clathrin重链与轻链，AP3高尔基体溶酶体，植物液泡COP IARFCOP高尔基体内质网COP IISar 1Sec23/Sec24复合体，Sec 13/31复合体，Sec 16内质网高尔基体三种衣被小泡的功能二、衣被形成衣被是在一类叫作衣被召集GTP酶（coat-recruitment GTPase）作

41、用下形成的，为单体GTP酶（monomeric GTPase），即G蛋白。调节因子有：鸟苷酸交换因子（guanine-nucleotide exchange factor,GEF）GTP酶激活蛋白（GTPase activating protein,GAP）。衣被召集GTP酶包括ARF蛋白和SAR 1蛋白。ARF参与高尔基体上笼形蛋白衣被与COP I衣被的形成。SAR 1参与内质网上COP II衣被的形成。衣衣被被召召集集GTP酶酶存存在在于于细细胞胞质质中中，但但处处于于结结合合GDP的的失失活活状状态。态。内内质质网网上上形形成成COPII衣衣被被小小泡泡时时，SAR1释释放放GDP，结结

42、合合GTP而激活。而激活。激激活活的的SAR 1暴暴露露出出一一条条脂脂肪肪酸酸的的尾尾巴巴，插插入入内内质质网网膜膜，促促进衣被蛋白的核化和组装，形成运输小泡。进衣被蛋白的核化和组装，形成运输小泡。活活化化的的SAR1还还可可以以激激活活磷磷脂脂酶酶D（phospholipase D），将将一一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白牢固地结合在膜上。些磷脂水解，使形成衣被的蛋白牢固地结合在膜上。当衣被小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。当衣被小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。Coat assembly三、囊泡运输的定向机制三、囊泡运输的定向机制（一）（一）SNAREs soluble NSF attac

43、hment protein receptor的的作作用用是是介介导导运运输输小小泡与靶膜的融合。泡与靶膜的融合。动动物物细细胞胞中中已已发发现现20多多种种SNAREs，位位于于运运输输小小泡泡上上的的叫叫作作v-SNAREs，位于靶膜上的叫作，位于靶膜上的叫作t-SNAREs。v-和和t-SNAREs都都具具有有一一个个螺螺旋旋结结构构域域，能能相相互互缠缠绕绕形形成成跨跨SNAREs复复合合体体（trans-SNAREs complexes），将将运运输输小小泡泡的膜与靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。的膜与靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。SNAREs in vesi

44、cle transport 在神经细胞中在神经细胞中SNAREs负责突触小泡的停泊和融合。负责突触小泡的停泊和融合。破破伤伤风风毒毒素素和和肉肉毒毒素素等等细细菌菌分分泌泌的的神神经经性性毒毒素素实实际际上上是是一一类类特特殊殊的的蛋蛋白白酶酶，能能够够选选择择性性地地降降解解SNAREs，从从而而阻阻断断神经传导。神经传导。病病毒毒融融合合蛋蛋白白的的工工作作原原理理与与SNAREs相相似似，介介导导病病毒毒与与宿宿主主质膜的融合。质膜的融合。SNAP25由两条由两条-螺旋肽链组成，常与螺旋肽链组成，常与t-SNAREs相伴，相伴，为为v-SNAREs的受体。的受体。SNAP25通过两条通过

45、两条链分别与链分别与t-SNAREs和和v-SNAREs结合，结合，将双方牢牢系住。将双方牢牢系住。四、囊泡的融合机制四、囊泡的融合机制Rabs也也叫叫targeting GTPase，属属于于单单体体GTP酶酶，已已知知30余余种种，不不同同膜膜上上具具有有不不同同的的Rabs。Rabs对对运运输输小小泡泡的的融融合合起起重重要要作用。作用。（二）胞吐作用（二）胞吐作用（exocytosis）胞吐作用胞吐作用exocytosis包包含含大大分分子子物物质质的的小小囊囊泡泡从从细细胞胞内内部部移移至至细细胞胞表表面面，与与质质膜膜融融，将将物物质质排排出出细细胞之外。胞之外。蛋白质转入内质网合

46、成的过程：蛋白质转入内质网合成的过程：信号肽与信号肽与SRP结合结合肽链延伸终止肽链延伸终止SRP与受体结合与受体结合SRP脱离信号肽脱离信号肽肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔新生肽链进入内质网腔信号肽切除信号肽切除肽链延伸至终止。肽链延伸至终止。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为co-translation。Insertion of a Multipass Transmembrane protein into the ER membrane（二）、蛋白质的修饰与加工 包括糖基化和

47、二硫键形成等，其中最主要的是糖包括糖基化和二硫键形成等，其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。基化。糖基化的作用：糖基化的作用：使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；使蛋白质能够抵抗消化酶的作用；赋予蛋白质传导信号的功能；赋予蛋白质传导信号的功能；某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。某些蛋白只有在糖基化之后才能正确折叠。糖基一般连接在天冬酰胺残基的糖基一般连接在天冬酰胺残基的NH2连接，糖为连接，糖为N-乙酰葡糖乙酰葡糖胺。胺。内质网上进行内质网上进行N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如CMP-唾

48、液酸、唾液酸、GDP-甘露糖、甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。乙酰葡糖胺。糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的多萜醇（糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的多萜醇（dolichol phosphate）分子上，装配成寡糖链。）分子上，装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上。）的天冬酰胺残基上。Protein glycosylation in RER（三）、新生肽链的折叠、组装和运输（三）、新生肽链的折叠、组装和运输COP II介介导导由由内内质质网网输输出出的的膜膜泡泡运运输输，这这种种膜膜

49、泡泡由由内内质质网网的的排排出出位位点点（exit sites）以以出出芽芽的的方方式式排排出出，进进入入高高尔尔基基体。体。不不同同的的蛋蛋白白质质在在内内质质网网腔腔中中停停留留的的时时间间不不同同，这这主主要要取取决决于于蛋蛋白白质质完完成成正正确确折折叠叠和和组组装装的的时时间间，这这一一过过程程是是在在属属于于伴侣蛋白的作用下完成的，需要消耗能量。伴侣蛋白的作用下完成的，需要消耗能量。有有些些无无法法完完成成正正确确折折叠叠的的蛋蛋白白质质被被输输出出内内质质网网，转转入入溶溶酶酶体体中中降降解解掉掉，大大约约90%的的新新合合成成的的T细细胞胞受受体体亚亚单单位位和和乙乙酰酰胆碱受

50、体都被降解掉，而从未到达靶细胞膜。胆碱受体都被降解掉，而从未到达靶细胞膜。三、主要功能1、参与细胞分泌活动RER上合成蛋白质进入ER腔COPII运输泡进入CGN在medial Gdgi中加工在TGN形成运输泡运输与质膜融合、排出。高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑。2、蛋白质的糖基化O-连接的糖基化在高尔基体中进行，糖的供体为核苷糖。组成型的外排途径（组成型的外排途径（constitutive exocytosis pathway）：）：由由高尔基体高尔基体TGN区分泌囊泡向质膜运输的过程，其作用在于区分泌囊泡向质膜运输的过程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成细胞外基质、