细胞生物学5ppt

第一章绪论第二章细胞基本知识概要第三章细胞生物学研究方法第四章细胞质膜与细胞表面第五章物质跨膜运输与信号传递第六章细胞质基质与内膜系统第七章细胞的能量转换第八章细胞核与染色体第九章核糖体第十章细胞骨架第十一章细胞增殖及其调控第十二章细胞分化与基因表达调控第十三章细胞衰老与凋亡第五章跨膜运输与信号传递MEMBRANETRANSPORT据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的15~30%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的2/3。细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白（carrierprotein）和通道蛋白（channelprotein）。载体蛋白又称做载体（carrier）、通透酶（permease）和转运器（transporter），有的需要能量驱动，如：各类ATP驱动的离子泵；有的则不需要能量，如：缬氨酶素。通道蛋白能形成亲水的通道，允许特定的溶质通过，所有通道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质。MembraneTransportProteins第一节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。主要有三种途径：（一）被动运输（二）主动运输（三）胞吐作用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。动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供代谢能量。一、被动运输(passivetransport)（一）简单扩散也叫自由扩散（freediffusion）。特点：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助。某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在油和水中的分配系数（K）及其扩散系数（D）来计算：P=KD/tt为膜的厚度。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。（二）协助扩散也称促进扩散（facilitateddiffusion）。特点：①比自由扩散转运速率高；②运输速率同物质浓度成非线性关系；③特异性；饱和性。载体：离子载体和通道蛋白两种类型。Figure11-7Kineticsofsimplediffusioncomparedtocarrier-mediateddiffusion.Whereastherateoftheformerisalwaysproportionaltothesoluteconcentration,therateofthelatterreachesamaximum(Vmax)whenthecarrierproteinissaturated.Thesoluteconcentrationwhentransportisathalfitsmaximalvalueapproximatesthebindingconstant(KM)ofthecarrierforthesoluteandisanalogoustotheKMofanenzymeforitssubstrate.Thegraphappliestoacarriertransportingasinglesolute;thekineticsofcoupledtransportoftwoormoresolutes(seetext)aremorecomplexbutshowbasicallysimilarphenomena.Thecarrierprotein,theGlucosetransporter(GluT1)intheerythrocytePM,alterconformationtofacilitatethetransportofglucose.Facilitatediffusion:Protein-mediatedmovement,movementdownthegradient（三）膜转运蛋白1、载体蛋白（carrierproteins）：具有通透酶（permease）性质；属多次跨膜蛋白，介导被动运输与主动运输。有特异性结合位点，可同特异性溶质结合。转运过程具有类似于酶与底物作用的饱和动力学曲线。但有两个不同与酶的特征：其可改变反应平衡点其对转运溶质分子不作共价修饰Carrierproteinsbindoneormoresolutemoleculesononesideofthemembraneandthenundergoaconformationalchangethattransferthesolutetotheothersideofthemembrane.载体蛋白通过构象改变介导溶质被动运输假想模型Figure11-8Threetypesofcarrier-mediatedtransport.Theschematicdiagramshowscarrierproteinsfunctioningasuniports,symports,andantiports.2、通道蛋白（channelproteins）——是跨膜的亲水性通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过，故又称离子通道。只介导被动运输，不需与溶质分子结合。具有两个显著特征：具有离子选择性，转运速率高；离子通道是门控的；有些通道蛋白长期开放，如钾泄漏通道；有些通道蛋白平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，又称为门通道（gatedchannel）。主要有3类：类型：电压门通道（voltage-gatedchannel）配体门通道（ligand-gatedchannel）压力激活通道（stress-activatedchannel）Mostofthechannelproteinsareionchannels,includingthreetypes,withionchannelsthattheycanbeopenedandclosed三种类型的门控离子通道示意图Figure11-36.Amodelforthestructureoftheacetylcholinereceptor.Fivehomologoussubunits(a,a,b,g,d)combinetoformatransmembraneaqueouspore.Theporeislinedbyaringoffivetransmembraneahelices,onecontributedbyeachsubunit.Initsclosedconformation,theporeisthoughttobeoccludedbythehydrophobicsidechainsoffiveleucines,onefromeachahelix,whichformagatenearthemiddleofthelipidbilayer.Thenegativelychargedsidechainsateitherendoftheporeensurethatonlypositivelychargedionspassthroughthechannel.Bothoftheasubunitscontainanacetylcholine-bindingsite;whenacetylcholinebindstobothsites,thechannelundergoesaconformationalchangethatopensthegate,possiblybycausingtheleucinestomoveoutward.压力激活离子通道：铰链细胞失水压力激活离子通道：2X1013N，0.04nm听毛细胞耳蜗覆膜支持细胞硬纤毛耳蜗基底膜二、主动运输是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向高的一侧进行跨膜转运的方式。主动运输的特点是：①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要能量；③都有载体蛋白。主动运输所需的能量来源主要有：①协同运输中的离子梯度动力；②ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量；③光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。根据能源不同分三种类型：(一)由ATP直接提供能量的主动运输—钠钾泵构成：由2个α大亚基、2个β小亚基组成的4聚体，实际上就是Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。工作原理：Na+-K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。在膜内侧Na+与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是与Na+结合的部位转向膜外侧；这种磷酸化的酶对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高，因而在膜外侧释放Na+、而与K+结合。K+与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧，K+与酶的亲和力降低，使K+在膜内被释放，而又与Na+结合。其总的结果是每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。钠钾泵对离子的转运循环依赖自磷酸化过程（ATP上的一个磷酸基团转移到钠钾泵的一个天冬氨酸残基上，导致构象变化），所以这类离子泵叫做P-type。Na+-K+泵的作用：①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；②维持低Na+高K+的细胞内环境；③维持细胞的静息电位。地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助于提高其活性。TheNa+-K+ATPase---AcouplingactivetransporttoATPhydrolysis.TheNa+-K+ATPaserequiresK+outside,Na+andATPinside,andisinhibitedbyouabain.TheratioofNa+:K+pumpedis3:2foreachATPhydrolyzed.TheNa+-K+ATPaseisaP-typepump.ThisATPaseseruentiallyphosphorylatesanddephosphory-latesitselfduringthepumpingcycle.TheNa+-K+ATPaseisfoundonlyinanimals.AModelMechanismfortheNa+/K+ATPaseNa+-K+ATPPUMP（二）由ATP直接提供能量的主动运输—钙离子泵作用：维持细胞内较低的钙离子浓度（细胞内钙离子浓度10-7M，细胞外10-3M）。位置：质膜和内质网膜。类型：P型离子泵，其原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋白质的90%。钠钙交换器（Na+-Ca2+exchanger），属于反向协同运输体系，通过钠钙交换来转运钙离子。Ca2+ATPaseMaintainslowcytosolic[Ca2+]PresentInPlasmaandERmembranesModelformodeofactionforCa2+ATPaseConformationchangeP-type：利用ATP自磷酸化发生构象的改变来转移质子，如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。V-type：存在于各类小泡(vacuole)膜上，由许多亚基构成，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、内体、植物液泡膜上。F-type：是由许多亚基构成的管状结构，利用质子动力势合成ATP，也叫ATP合酶，位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上。（三）质子泵（四）ABC转运器ABC转运器（ABCtransporter）最早发现于细菌，属于一个庞大的蛋白家族，每个成员都有两个高度保守的ATP结合区（ATPbindingcassette），故名ABC转运器。每一种ABC转运器只转运一种或一类底物，不同的转运器可转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质。ABC转运器还可催化脂双层的脂类在两层之间翻转，在膜的发生和功能