细胞生物学-6物质的跨膜运输与信号传递

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1、1学习要求1.掌握物质跨膜运输的各种方式及其原理2.掌握细胞物质转导的各种途径及其相关的知识3.理解细胞内信号转导的复杂网络系统，并建立细胞内信号转导的复杂网络系统的整体的、概括的印象2第一节物质的跨膜运输3物质的跨膜运输物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。被动运输（passivetransport）主动运输（activetransport）胞吞作用endocytosis与胞吐作用exocytosis4跨膜运输细胞质膜必须具有选择性地进行物质跨膜运输、调节细胞内外物质和离子的平衡及渗透压平衡的能力。5◆顺浓度梯度◆不消耗ATP◆根据需不需要膜蛋白的帮助,被

2、动运输又可分为:■简单扩散■协助扩散。（一）被动运输6扩散与渗透扩散(diffusion)是指物质沿着浓度梯度从半透性膜浓度高的一侧向低浓度一侧移动的过程，通常把这种过程称为简单扩散渗透(osmosis)的含义则是指水分子以及溶剂通过半透性膜的扩散。它们都是从自由能高的部位向自由能低的部位移动。7简单扩散和渗透的比较8简单扩散和协助扩散9扩散—简单扩散简单扩散：又称自由扩散，是物质从浓度较大的一侧通过膜向浓度较小的一侧的扩散，扩散速率依赖于膜两侧溶质的浓度差及溶质分子的大小和电荷性质，同时与透过物质的脂溶性程度有关，同该物质在脂肪中的溶解度成正比10不同分子对人工磷脂

3、双层的通透性11自由扩散的限制因素12扩散—协助扩散协助扩散：各种极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等顺其浓度梯度或电化学梯度减小的方向的扩膜转运，该过程不需要细胞提供能量。特异蛋白可协助物质转运使其速率增加。13协助扩散同简单扩散相比，具有特点协助扩散的速度要快几个数量级。具有饱和性:当溶质的跨膜浓度差达到一定程度时，协助扩散的速度不再提高具有高度的选择性:如运输蛋白能够帮助葡萄糖快速运输，但不帮助与葡萄糖结构类似的糖类运输。膜运输蛋白的运输作用也会受到类似于酶的竞争性抑制，以及蛋白质变性剂的抑制作用。14膜转运蛋白15膜转运蛋白膜转运蛋白：载

4、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；只介导被动运输类型：电压门控通道（voltage-gatedchannel）配体门控通道（ligand-gatedchannel）胁迫门控通道（stress-activatedchannel）水的被动运输16膜转运蛋白—载体蛋白载体蛋白：又称为通透酶（permease)，是一类膜内在蛋白，几乎都是多次跨膜的蛋白质分子。载体蛋白能与特定的分子结合，通过一系列构象改变，介导溶质分子的

5、跨膜转运。由载体介导的转运可以是被动的（顺电化学势梯度），也可以是主动的（逆电化学势梯度）。17载体蛋白作用机理通过可逆的构象变化交替暴露在膜一侧的溶质结合位点，然后再暴露在膜另一侧的结合位点以完成跨膜物质的转运。其动力是：当为协助扩散时，电化学梯度为动力；当为主动运输时，ATP水解供能为主要动力18载体蛋白19载体蛋白红细胞质膜载体蛋白促进葡萄糖扩散示意图20载体蛋白离子载体(Ionophores)由微生物产生的脂溶性抗生素。◆缬氨霉素(Valinomycin)●由12个氨基酸组成的环状肽；●一种可动离子载体(mobileioncarrier),插入脂质体后，能特

6、异性运输K+,使运输速率提高100000倍。21载体蛋白◆短杆菌肽A(GramicidinA)●一种形成通道的离子载体(channelformingcarrier)；●由15个氨基酸组成的线性肽,两个分子在一起形成跨膜的通道；●它能够有选择地将单价阳离子按电化学梯度通过膜，但并不显著提高运输速度；●可被短杆菌肽A离子通道运输的阳离子有∶H+NH4+K+Na+Li+。22载体蛋白缬氨霉素与短杆菌肽的运输机制23通道蛋白通道蛋白：通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道，允许适宜的分子通过。通道蛋白具有选择性，所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。通道蛋白参与的只是

7、被动运输，并且是从高浓度向低浓度运输，所以不消耗能量24通道蛋白极性(带电性)通道的形成(a)由单亚基膜蛋白形成的通道;(b)由多亚基蛋白形成的通道25通道蛋白类型：电位-门控通道依据细胞内外带电离子的状态，主要是通过膜电位的变化使其构型发生改变,从而将“门”打开。在很多情况下,门通道有其自己的关闭机制,它能快速地自发关闭。开放往往只有几毫秒时间。在这短暂瞬息时间里,一些离子、代谢物或其它溶质顺着浓度梯度自由扩散通过细胞膜。含羞草展开与收缩受电位-门控通道的控制26通道蛋白类型：配体-门控通道这类通道在其细胞内或外的特定配体（ligand）与膜受体结