物质的跨膜运输

物质的跨膜运输的思维导图，整理了膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输、ATP驱动泵与主动运输、胞吞作用与胞吐作用的内容，有兴趣的可以看看哟。

物质的跨膜运输

• 膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输
  • 膜转运蛋白
    • 细胞内外离子差的调控机理： 1.取决于质膜脂双层的疏水性特征； 2.取决于一套特殊的膜转运蛋白的活性。
    • 载体蛋白——是存在于细胞膜上的多次跨膜的蛋白分子，可介导协助扩散与主动运输，具有通透酶性质。每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象的改变介导溶质分子的跨膜转运。
      • 功能
        • 载体蛋白（与酶类似点）：
        • （1）有特异性的结合位点；
        • （2）转运过程具有饱和动力学特征；
        • （3）可被竞争性抑制和非竞争性抑制。
        • 载体蛋白（与酶不同点）：
        • 对转运的溶质不作任何共价修饰
    • 通道蛋白—— 通道蛋白所介导的协助扩散不需要与溶质分子结合，它横跨膜形成亲水通道，允许适宜大小的分子和带电荷的离子通过。
      • 离子通道特点：
        • 极高的转运速率；
        • 没有饱和值；
        • 是门控的。
      • 离子通道类型：
        • 电压门通道、配体门通道、应力激活通道。
  • 被动运输与主动运输
    • 被动运输——是指通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。转运动力来自物质的浓度梯度，无需能量。
      • 简单扩散——疏水的小分子和小的不带电荷的极性分子在以简单扩散方式跨膜转运中，不需要细胞提供能量，也不需要膜蛋白的协助。
      • 协助扩散——是各种极性分子和无机离子顺其浓度梯度或电化学梯度减小的方向的跨膜转运。该过程无需能量，需要特异的膜转运蛋白协助物质进行转运，因此转运速度加快，转运特异性增强。
        • 葡萄糖载体（GLUT）蛋白家族
        • 水孔蛋白：水分子的跨膜通道
          • 肾小管的重吸收、唾液和眼泪的形成、从脑中排出额外的水等必须借助水孔蛋白才能实现。
    • 主动运输——是由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度进行跨膜转运的方式
      • ATP驱动泵——ATP酶
        • 离子或分子的逆电化学梯度的跨膜运输与ATP水解相耦联。
        • 初级主动运输
      • 协同转运蛋白
        • 包括同向转运蛋白和反向转运蛋白，又称偶联转运蛋白。
        • 介导热力学上不利的反应与热力学上有利的反应相耦联。
        • 次级主动运输
      • 光驱动泵
        • 溶质的主动运输与光能的输入相耦联。
• ATP驱动泵与主动运输
  • ATP驱动泵--利用水解ATP释放的能量，逆浓度梯度转运离子和小分子的跨膜蛋白。
    • P－型离子泵
      • -都有2个独立的a催化亚基，具有ATP结合位点。 -绝大多数还具有2个b亚基，起调节作用。 在转运离子过程中，至少有一个a亚基发生磷酸化和去磷酸化反应，从而改变泵蛋白 构象，实现离子的跨膜转运。 -由于在泵周期中利用ATP水解能， 形成磷酸化中间体，故名 P－型离子泵。
      • 钠钾泵——Na+-K+ ATPase
        • • 1、3个Na+出 2个K+入
          • 2、消耗1个ATP
          • 3、磷酸化和去磷酸化
          • 4、构象改变
        • 生理功能
          • 存在于动物细胞的细胞质膜上。
          • 维持细胞内低Na+高K+的离子环境，这对维持细胞的细胞膜电位，对维持细胞的渗透平衡以及营养的吸收都是非常必要的。
          • K+和Na+逆浓度与电化学梯度输入和输出的跨膜转运是一种基本的、典型的 主动运输方式。
      • 钙泵—— Ca2+- ATPase
        • 生理功能
          • Ca2+泵在肌肉细胞的肌质网内储存Ca2+ ，对调节肌细胞的收缩运动至关重要。
          • 在动物细胞质膜上分布的Ca2+泵具有钙调蛋白（CaM）的结合域，可调节Ca2+泵活性，但内质网型的Ca2+泵没有CaM的结合域。
      • H+- 泵—— H+- ATPase
        • 分布在植物细胞、细菌（包括酵母）和细菌细胞的质膜上
        • H+泵把H+泵出细胞，建立和维持跨膜的H+电化学的梯度，并用于驱动转运溶质摄入细胞。如：细菌摄取糖和氨基酸。
    • V－型质子泵和F－型质子泵
      • 都含有几种不同的跨膜和胞质侧亚基。 功能：只转运质子（ H+），并在转运H+过程中泵蛋白不形成磷酸化的中间体。
      • V－型质子泵
        • 广泛存在于动物细胞的胞内体和溶酶体膜，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，故又称膜泡质子泵。
        • 原理：利用ATP水解供能从细胞质基质中逆H+电化学梯度泵出H+进入细胞器，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
        • 位于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上。
        • 原理：H+顺浓度梯度运动，将所释放的能量与ATP合成相耦联，如线粒体的氧化磷酸化和叶绿体的光合磷酸化。故称H+ － ATP合成酶。
    • ABC超家族
      • 结构
        • 也是一类ATP驱动泵，含有几百种不同的转运蛋白，广泛分布在从细菌到人类的各种生物体中。
        • 每个成员都含有两个高度保守的ATP结合区，故名ABC（ATP－binding cassette）超家族。每种ABC蛋白只转运一种或一类底物，但整个蛋白家族能转运离子、单糖、氨基酸、磷脂、肽、多糖、甚至蛋白质。
        • 由4个“核心”结构域组成的结构模式：
          • 2个跨膜结构域（T）——形成运输分子的跨膜通道，并决定每个ABC蛋白的底物特异性。
          • 2个胞质侧ATP结合域（A）
        • “核心”结构域是以4个分开的多肽存在；
        • “核心”结构域是融合成1个 或2个多结构域多肽。
      • ABC转运蛋白与疾病
        • 真核细胞中第一个被鉴定的ABC蛋白——多药抗性转运蛋白，如MDR1。
        • 利用水解ATP的能量将各种药物从细胞质内转运到细胞外。
        • 由表达MDR细胞衍生来的肿瘤（如肝癌）难以治疗，正是由于它们对各种化学治疗药物都具有抗性。
      • 功能
        • 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；
        • 分布在肝、小肠和肾等器官的细胞质膜上的ABC蛋白能将天然毒物和代谢废物排除体外。
    • 离子跨膜转运与膜电位
      • 膜电位—— 细胞质膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。
      • 静息电位——细胞在静息状态下的膜电位，外正内负这种现象又称极化。
      • 动作电位——在刺激作用下产生行使通讯功能的快速变化的膜电位。
      • 除极化——细胞接受阈值刺激，Na＋通道打开，引起Na＋通透性大大增加，瞬间大量Na＋流入细胞内，致使静息膜电位减小甚至消失，此即称之。
      • 反极化——当细胞内Na＋进一步增加Na＋平衡电位，形成瞬间的内正外负的动作电位，称之。
      • 超极化——在Na＋大量进入细胞时间， K＋通透性液逐渐增加，随着动作电位出现，Na＋通道从失活到关闭，电压门K＋通道完全打开， K＋流出细胞从而使质膜再度极化，以至于超过原来的静息电位，称之。
  • 协同转运——一类由Na+-K+泵（或H+泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式。
    • 物质跨膜运动所需要的直接动力来自于膜两侧的离子电化学浓度梯度，而维持这种 离子电化学浓度梯度则是通过 Na+-K+泵（或H+泵）消耗ATP 来完成的。
    • 同向转运——物质运输方向与离子转移方向相同，如小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖或氨基酸等有机物。
    • 反相转运——是指物质跨膜转运的方向与离子转移的方向相反，如动物细胞通过Na+驱动的Na+/ H+反相转运方式来转运H+以调节细胞内的pH。
• 胞吞作用与胞吐作用
  • 胞吞（是通过细胞质膜内陷形成囊泡，称胞吞泡，将外界物质裹进并输入细胞的过程）：胞饮作用与吞噬作用
  • 受体介导的胞吞作用
  • 胞吐作用——与胞吞作用相反，它是将细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。
    • 组成型的胞吐途径
    • 调节型胞吐途径
• 四类ATP驱动的离子和小分子运输泵的比较