物质的跨膜运输

介绍了载体蛋白，这是几乎存在于所有类型生物膜上的多次跨膜蛋白，其主要功能是在跨膜转运过程中发挥作用，且对转运的溶质不做任何共价修饰。探讨了膜转运蛋白与小分子及离子的跨膜运输，包括简单扩散、协助扩散和主动运输等类型。其中，主动运输依赖于ATP驱动泵或光驱动泵等机制，能够逆浓度梯度进行物质转运，如Na-K泵就是维持细胞膜电位和动物细胞渗透平衡的重要工具。还介绍了胞吞作用和胞吐作用等细胞膜相关的物质转运方式。胞吞作用主要包括网格蛋白依赖的胞吞作用和胞饮作用等类型，它们对于细胞的物质摄取和信号转导具有重要作用。

物质的跨膜运输

• 膜转运蛋白与小分子及离子的跨膜运输
  • 膜转运蛋白
    • 载体蛋白及其功能
      • 载体蛋白几乎存在于所有类型的生物膜上，属于多次跨膜蛋白
      • 载体蛋白对转运的溶质不做任何共价修饰
    • 通道蛋白及其功能
      • 普遍存在各类真核细胞的质膜以及细胞内膜上
      • 三种类型：离子通道 孔蛋白 水孔蛋白
        • 1.离子通道蛋白常形成选择性和门控性跨膜通道 2.具有极高的转运速率 3.离子通道并非连续性开放而是门控的
  • 小分子及离子的跨膜运输类型
    • 被动运输
      • 简单扩散
        • 小分子或离子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，不需要细胞提供能量，也无需膜转运蛋白的协助，称为简单扩散
      • 协助扩散
        • 协助扩散是指溶质顺着电化学梯度或浓度梯度，在膜转运蛋白协助下的跨膜转运方式，又叫易化扩散。
        • 不需要细胞提供代谢能量，转运动力来自物质的电化学梯度或浓度梯度
        • 水孔蛋白：水分子的跨膜通道
        • 葡萄糖转运蛋白
    • 主动运输
      • 主动运输是由载体蛋白所介导的物质逆着电化学梯度或浓度进行跨膜转运的方式
      • ATP 驱动泵
        • 是ATP酶直接利用水解ATP提供的能量，实现离子或小分子逆浓度梯度或电化学梯度的跨膜运输
      • 协同转运蛋白
        • 需要消耗ATP，或间接消耗能量借助某种物质浓度或电化学梯度为动力进行物质运输
        • 同向协同转运蛋白
        • 反向协同转运蛋白
      • 光驱动泵
        • 主要发现于细菌细胞
• ATP 驱动泵与主动运输
  • P型泵
    • Na-K泵
      • Na离子-K离子泵结构与转运机制
        • 在细胞内侧a亚基与Na相结合促进ATP水解，a亚基上的一个天冬氨酸残基磷酸化引起a亚基构象发生变化，将 Na泵出细胞，同时细胞外的K*与a亚基的另一位点结合，使其去磷酸化，a亚基构象再度发生变化将K泵入细胞，完成整个循环。从整个转运过程可以看出， a亚基的磷酸化发生在Na结合后，而去磷酸化则发生在K结合后。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，每秒钟可发生1000次左右。此外，每个循环消耗一个ATP分子，可以逆着电化学梯度泵出3个Na和泵入2个k 这是由ATP直接提供能量的主动转运，而非协同转运，因为Na和K'都是逆着电化学梯度进行跨膜转运
      • Na离子-K离子泵主要生理功能
        • 1️⃣维持细胞膜电位
        • 2️⃣维持动物细胞渗透平衡
        • 3️⃣吸收营养
    • Ca泵及其他P型泵
      • Ca泵的结构与功能
        • Ca离子是细胞内重要的物质信号
      • P型H离子泵
        • 使得细胞周围环境呈酸性
  • V型质子泵和F型质子泵
    • V型质子泵广泛存在于动物细胞的内体膜、溶酶体膜，破骨细胞和某些肾小管细胞的质膜，以及植物、酵母和其他真菌细胞的液泡膜上
    • F型质子泵存在于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上
  • ABC 超家族
    • ABC 转运蛋白的结构与工作模式
    • ABC转运蛋白与疾病
      • 正常生理条件下，ABC转运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。 ABC蛋白在肝、小肠和肾等器官分布丰富，它们能将天然毒物和代谢废物排出体外。
      • 引起疟疾的疟原虫对药物绿硅的抗性也与病原体ABC转运蛋白高度表达有关
      • 有些ABC转运蛋白能够将抗生素或者其他抗癌药物泵出细胞而赋予细胞抗药性
  • 离子跨膜转运与膜电位
    • 静息电位：主要是由于质膜上相对稳定的离子跨膜运输或离子流形成的，k离子外流
    • 动作电位：Na离子内流
• 胞吞作用与胞吐作用
  • 胞吞作用的类型
    • 1️⃣吞噬作用
      • 大颗粒物质（如微生物、衰老死亡细胞及细胞碎片等）转入细胞内的作用，过程是被吞噬细胞的物质首先结合于细胞表面，接着细胞膜逐渐内陷，并将外来物质包围起来，形成吞噬泡，并进入胞内，被吞噬的物质在细胞内消化降解，不能被消化的残渣被排出体外或以残余小体的形式存留在细胞中
    • 2️⃣胞饮作用
      • 细胞对液体物质或细微颗粒物质的摄入和消化过程。过程是：细胞对这类物质进行转运时由膜质内陷形成胞饮小泡，将转运的物质包裹起来进入细胞质，被吞物质被细胞降解后利用，大多数的真核细胞都能通过胞饮作用摄入和消化所需的液体物质和溶质
        • 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
  • 胞吞作用与细胞信号转导
    • 胞吞作用对信号转导的下调
    • 胞吞作用对信号转导的激活
  • 胞吐作用
    • 细胞排出大分子和颗粒性物质时，通过形成囊泡从细胞内部移至细胞表面，囊泡的膜与质膜融合将物质排出细胞外的过程。包括组成型胞吐和调节型胞吐