物质的跨膜运输

介绍了膜转运蛋白与小分子及离子的跨膜转运机制，详细描述了小分子及离子的跨膜运输类型，这构成了物质跨膜运输的基础。深入探讨了ATP驱动泵与主动运输的关联。详细解释了胞吞作用与胞吐作用。胞吞作用是细胞通过形成囊泡将物质摄取到细胞内部的过程，而胞吐作用则是细胞通过囊泡将内部物质释放到外部环境中的过程。这两种作用在细胞信号转导中扮演着重要角色，影响着细胞间的信息传递。

物质的跨膜运输

• 4.1膜转运蛋白与小分子及离子的跨膜转运
  • 膜转运蛋白
    • 脂双层的不透性：(1)脂双层对绝大多数分子是高度不透性的 (2)活细胞内外的离子浓度是明显不同的(3)Na+是细胞外最丰富的阳离子，K+是细胞内最丰富的阳离子
    • 载体蛋白及其功能 转运机制：改变自身构象以实现物质的跨膜转运。 特点：(1)载体蛋白几乎存在所有类型的生物膜上；(2)载体蛋白具有特异(通常只转运一种类型的分子)(3)具饱和动力学特征：可被竞争性地抑制：可被非竞争性抑制，称通透酶，但载体蛋白对转运的溶质分子不作任何共价修饰 功能：介导特定溶质参与被动运输和主动运输
    • 通道蛋白及其功能 转运机制：形成亲水的通道，当通道打开时能允许特定的溶质通过 (离子通道不需要与溶质结合，只有大小和电荷适宜的离子才能通过) 功能：介导特异溶质的被动运输(只介导协助扩散) 分类：(1)电压门控通道 (2)配体门控通道 (3)应力激活通道 特征：(1)具有极高的转运速率，运输的方向顺电化学梯度进行；(2)并非连续性开放而是门控的；(3)没有饱和值
  • 小分子及离子的跨膜运输类型
    • 简单扩散 定义：小分子物质以顺着电化学梯度或浓度梯度，不需要能量，也无需膜转运重白进出细胞
    • 协助扩散 定义：溶质顺着电化学梯度或浓度梯度，不需要细胞提供能量，在膜转运蛋白协助下的跨膜转运方式 特点：(1)相比简单扩散转运速率高 (2)转运速率同物质浓度或非线性关系(3)具有特异性 葡萄糖转运蛋白家族：(1)结构特点：具有高度同源的氨基酸序列，都含12次跨膜的α螺旋(2)转运方向：顺箱萄糖浓度梯度转运 水孔蛋白：(1)结构特点：每个水孔蛋白亚基单独形成一个供水分子通过的中央孔，孔的直径稍大于水分子直径。AQP1是一个高度特异的亲水通道。只允许水而不允许离子或其他小分子溶质通过(2)功能：水孔蛋白对于细胞渗透压以及生理与病理的调节十分重要
    • 主动运输 定义：指由载体蛋白所介导的物质逆电化学梯度或浓度梯度进行跨膜转运的方式 特点：(1)逆浓度梯度运输(2)依赖于膜运输蛋白(3)需要代谢能，并对代谢毒性敏感(4)具有选择性和特异性 根据能量来源不同分类：ATP驱动泵，光驱动泵，间接供能（同向协同转运蛋白，反向协同转运蛋白）
• 4.2ATP驱动泵与主动运输
  • ATP驱动泵
    • 即转运 ATPase, 是将 ATP水解生成ADP 和无机器(PI) , 并利用释放的能量将小分子物质或离子进行跨续转运：可分为4类：P型泵、V型质子泵、F 型质子泵和ABC 超家族
  • p型泵
    • 钠钾泵 结构与转运机制 (1)结构：由2个α和2个β亚基组成四聚体 (2)转运机制：①α亚基内表面与钠离子结合，ATP水解，α亚基上的一个天冬氨酸残基磷酸化，α亚基构象改变，钠离子被泵出细胞；②硝酸化的α亚基外表面与钾离子结合，α亚基去磷酸化，α亚基构象复原，钾离子被泵入细胞； ③钠离子依赖的磷酸化和钾离子依赖的去磷酸化引起构象变化有序交替发生，循环约1000次/5;④每次循环消耗1分子ATP, 聚出3个钠离子, 聚进2个钾离子 影响因素: 乌本苷，抑制钠钾泵的活性；镁离子，膜脂提高钠钾泵活性； 生物氧化抑制剂如氰化物使ATP供应中断，钠钾泵失去能源以致停止工作 主要生理功能：(1)维持细胞膜电位 (2)维持动物细胞渗透平衡(3)吸收营养
    • 钙离子泵及其他p型泵 钙离子泵的结构和功能 (1)分布：分布在所有真核组的的质膜和某些细胞器如内质网、叶绿体和液泡膜上 (2)结构：由1000个氨基酸残基组成的跨膜蛋白，与钠钾泵的α亚基同源，含有10个跨膜α螺旋 (3)转运机制：ATP在跑质侧与其结合位点结合，伴随ATP水解使相邻结构域天冬氨酸残基磷酸化，从而导致跨膜螺旋的明显重排钙离子泵工作与ATP的水解相偶联，每消耗1分子ATP 从细胞质基质聚出2个钙离子 (4)功能:①主要将钙离子输出细胞或泵入内质网控中储存起来，以维持细胞质基质中低浓度的游离钙离子②将钙离子泵入肌质网，对调节肌细胞的收缩运动至关重要 (5)钙调蛋白 p型质子泵 (1)分布：植物细胞、真菌(包括酵母)和细菌细胞质膜上 (2)功能：将H+聚出细胞，建立和维持跨膜的H⁺电化学梯度，并用来驱动转运溶质进入细胞
  • v型质子泵和f型质子泵
    • v型质子泵 分布：动物细胞的胞内体膜、溶酶体膜，破骨细胞和某些肾小管细胞的质膜，植物，酵母及其他真菌细胞的液泡膜 F型质子泵： 分布：存在于细胞质膜、线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上 v型，f型质子泵功能：(1)V型质子泵维持细胞质基质pH中性和细胞器内 pH酸性.(2)F 型质子泵利用质子动力劳合成ATP (3)两种质子泵都只转运质子，在转运质子过程中不形成磷酸化的中间体
  • ABC超家族
    • (1)能将天然毒物和代谢废物排出体外；(2)能够将抗生素或其他抗病药物泵出细胞而赋予细胞抗药性：(3)与一些人类遗传病的发生有关，如囊性纤维化
• 4.3胞吞作用与胞吐作用
  • 胞吞作用的类型
    • 吞噬作用 特点：(1)是一个信号触发的过程 (2)形成的吞噬泡直径往往大于250 nm 作用：(1)摄取胞外营养物，消化降解成小分子物质供细胞利用 (2)清除侵染机体的病原体以及衰老或凋亡的细胞 吞噬体：通过吞噬作用形成的胞吞泡叫做吞噬体
    • 胞饮作用 特点：(1)真核细胞都能通过胞饮作用连续摄入溶液及可溶性分子 (2)形成的胞饮泡直径一般小于150nm 类型：（1）网格蛋白依赖的胞吞作用：1.受体介导的胞吞作用：当细胞需要胆固醇时，低密度脂蛋白 (LDL)颗粒可与细胞膜上LDL受体特异结合，这种结合可诱导尚未结合的LDL受体向包被小窝处移动来与LDL结合，并引起包被小窝继续内陷，形成包被膜泡。这样与受体结合的LDL颗粒很快被摄入细胞，接着包被小泡迅速地脱去网格蛋白衣被，并与细胞内其他囊泡融合，形成内体(内体是动物细胞内由膜包裹的细胞器)。内体调整pH至酸性，使在内体内的LDL颗粒与受体分开，受体随转移囊泡返回到细胞膜，完成受体的再循环，LDL颗粒则被溶酶体酶水解为游离的胆固醇进入细胞质，用于合成新的生物膜2.非特异性的胞吞作用 （2）包膜窖依赖的胞吞作用 （3）大型胞饮作用 （4）非网格蛋白的胞吞作用
  • 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
  • 胞饮作用
    • 1.定义：胞吐作用是指细胞内合成的生物分子(蛋白质和脂质等)和代谢物以分泌泡的形式与质膜融合而将内含物分泌到细胞表面或细胞外的过程 2.分类：（1）组成型胞吐途径：存在于所有真核细胞，连续胞吐，用于质膜更新，提供胞外基质成分，为细胞提供营养物质和信号（2）调节型胞吐途径：存在于特化的分泌细胞，先暂时储存，需要信号时触发胞吐，用于分泌激素，粘液或消化酶 3.意义：(1)保证物质有序地跨膜转运。(2)胞吐作用使质膜在各个区域的面积增加或减少达到动态平衡，对于质膜成分的更新和维持细胞的生存与生长十分必要

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