第三章 ?物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

第一節(jié) 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與小分子物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸【略】

第二節(jié) ATP驅(qū)動(dòng)泵與主動(dòng)運(yùn)輸

一、P型泵（轉(zhuǎn)運(yùn)泵水解ATP使自身形成磷酸化中間體）

所有的P型泵都有兩個(gè)獨(dú)立的α催化亞基，具有ATP結(jié)合位點(diǎn)；絕大多數(shù)還具有2個(gè)起調(diào)節(jié)作用的小β亞基。在轉(zhuǎn)運(yùn)粒子的過(guò)程中，至少有一個(gè)α催化亞基發(fā)生磷酸化和去磷酸化反應(yīng)，從而改變轉(zhuǎn)運(yùn)泵的構(gòu)象，實(shí)現(xiàn)離子的跨膜運(yùn)輸。

（一）Na-+-K+泵

1.鈉鉀泵的結(jié)構(gòu)與轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制

鈉鉀泵位于動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜上，由兩個(gè)α和兩個(gè)β亞基組成四聚體，β亞基是糖基化的多肽，并不直接參與離子的轉(zhuǎn)運(yùn)，但是幫助在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)新合成的α亞基進(jìn)行折疊。

鈉鉀泵的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制：在細(xì)胞內(nèi)側(cè)α亞基與鈉離子相結(jié)合促進(jìn)ATP水解，α亞基上的一個(gè)天冬氨酸殘基磷酸化引起α亞基的構(gòu)像發(fā)生改變，將鈉離子泵出細(xì)胞，同時(shí)細(xì)胞外的鉀離子與α亞基相結(jié)合，使其去磷酸化，α亞基的構(gòu)象再次發(fā)生改變，將鉀離子泵入細(xì)胞。

鈉鉀泵逆電化學(xué)梯度泵出3個(gè)鈉離子并泵進(jìn)2個(gè)鉀離子

烏本苷可以抑制鈉鉀泵的活性，生物氧化抑制劑如氰化物將會(huì)使ATP的供應(yīng)中斷使鈉鉀泵無(wú)法正常工作；鎂離子和少量的膜脂有助于鈉鉀泵活性的提高

2.鈉鉀泵的主要生理功能

（1）維持細(xì)胞的膜電位

（2）維持動(dòng)物細(xì)胞的滲透壓平衡

（3）吸收營(yíng)養(yǎng)（建立電化學(xué)梯度進(jìn)行協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)）【而植物細(xì)胞、真菌和細(xì)菌細(xì)胞通常利用質(zhì)膜上的氫離子泵來(lái)吸收營(yíng)養(yǎng)】

（二）Ca2+泵和其他的P型泵

1.鈣離子泵的結(jié)構(gòu)與功能

細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中的鈣離子濃度始終維持在一個(gè)非常低的水平，依靠鈣離子泵將鈣離子泵到細(xì)胞外或者是細(xì)胞器之中，常分布于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、葉綠體和液泡膜上

鈣離子泵與鈉鉀泵的α亞基同源，含有十個(gè)跨膜的α螺旋，其中三個(gè)構(gòu)成跨越脂雙層的中央通道。在鈣離子泵處于非磷酸化狀態(tài)時(shí)，來(lái)給你個(gè)螺旋通道中斷形成胞質(zhì)側(cè)結(jié)合兩個(gè)鈣離子的空穴，ATP在胞質(zhì)側(cè)與其結(jié)合位點(diǎn)相結(jié)合，伴隨著ATP水解使相鄰的結(jié)構(gòu)域天冬氨酸殘基磷酸化，從而導(dǎo)致跨膜螺旋的明顯重排，破壞了鈣離子的結(jié)合位點(diǎn)并釋放鈣離子進(jìn)入磨得另外一側(cè)

鈣離子泵的工作與ATP的水解相偶聯(lián)，每消耗一分子的ATP轉(zhuǎn)運(yùn)兩個(gè)鈣離子

在動(dòng)物細(xì)胞質(zhì)膜上分布的鈣離子泵，C端是細(xì)胞內(nèi)鈣調(diào)蛋白（CAM）結(jié)合部位，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的鈣離子濃度升高時(shí)，鈣離子與鈣調(diào)蛋白結(jié)合形成激活的復(fù)合物并與鈣離子泵結(jié)合，進(jìn)而調(diào)節(jié)鈣離子泵的活性

2.P型H+泵

P型泵中除了鈉鉀泵和鈣離子泵還有氫離子泵。植物細(xì)胞、真菌和細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜上雖然沒(méi)有鈉鉀泵，但是有P型的氫離子泵，P型氫離子泵將氫離子泵處細(xì)胞，建立和維持跨膜的氫離子電化學(xué)梯度，用來(lái)驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞。

P型氫離子泵使細(xì)胞周圍的環(huán)境呈酸性

二、V型質(zhì)子泵和F型質(zhì)子泵

V型質(zhì)子泵廣泛存在于動(dòng)物細(xì)胞的胞內(nèi)體膜、溶酶體膜，破骨細(xì)胞和某些腎小管細(xì)胞的質(zhì)膜，以及植物、酵母及其他真菌細(xì)胞的液泡膜上。F型質(zhì)子泵存在于細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜和葉綠體類囊體膜上。

V型質(zhì)子泵和F型質(zhì)子泵都含有幾種不同的跨膜和胞質(zhì)側(cè)亞基，在功能上只轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子，并且在轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子的過(guò)程中不形成磷酸化的中間體

V型質(zhì)子泵利用ATP水解供能從細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)中逆氫離子電化學(xué)梯度將氫離子泵入細(xì)胞器中，以維持細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)的PH中性和細(xì)胞器內(nèi)的PH酸性；存在于線粒體內(nèi)膜、植物類囊體膜和細(xì)菌質(zhì)膜上的F型質(zhì)子泵則以相反的方式發(fā)揮生理作用，它通常利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)合成ATP，所釋放的能量驅(qū)動(dòng)F型質(zhì)子泵合成ATP

三、ABC超家族

（一）ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)和工作模式

是一類ATP驅(qū)動(dòng)泵。每種ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白對(duì)于底物或底物基團(tuán)都有特異性。所有的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白都共享一種由4個(gè)核心結(jié)構(gòu)域組成的結(jié)構(gòu)域模式：兩個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域，每個(gè)跨膜結(jié)構(gòu)域由六個(gè)跨膜的α螺旋組成，形成底物運(yùn)輸?shù)耐凡Q定底物的特異性；兩個(gè)胞質(zhì)側(cè)ATP結(jié)合域，具有ATPase的活性，凸向胞質(zhì)

通過(guò)與ATP分子的結(jié)合與水解，ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可以完成小分子物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)

（二）ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與疾病

由于某些ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白能夠?qū)⒖股鼗蛘呤瞧渌乃幬锉贸黾?xì)胞而賦予細(xì)胞耐藥性，這一類ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白統(tǒng)稱為MDR

囊性纖維化是由于囊性纖維化跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)蛋白（CFTR）發(fā)生突變。CFTR是一種ABC轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白常位于肺、汗腺和胰腺等上皮細(xì)胞的頂面，調(diào)節(jié)氯離子的轉(zhuǎn)運(yùn)

四、離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)與膜電位【略】

第三節(jié) 胞吞作用與胞飲作用

一、胞吞作用

（一）吞噬作用

是一類特殊的胞吞作用，形成的吞噬的吞噬泡叫做吞噬體。對(duì)于原生生物，細(xì)胞通過(guò)吞噬作用將胞外的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝取到吞噬體，最后在溶酶體中消化降解成小分子物質(zhì)供細(xì)胞利用

吞噬作用需要被吞噬物與吞噬細(xì)胞表面受體結(jié)合并激活細(xì)胞表面的的受體，將信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)并引起細(xì)胞應(yīng)答反應(yīng)，是一個(gè)信號(hào)觸發(fā)的過(guò)程。

有些受體還可以識(shí)別補(bǔ)體、凋亡細(xì)胞

（二）胞飲作用

幾乎發(fā)生在所有類型的真核細(xì)胞中

1.網(wǎng)格蛋白依賴的胞吞作用

網(wǎng)格蛋白由3個(gè)二聚體組成，每個(gè)二聚體包括1條重鏈和一條輕鏈，三個(gè)二聚體形成三角蛋白復(fù)合體，是包被的結(jié)構(gòu)單位。

當(dāng)配體與膜上的受體結(jié)合后，網(wǎng)格蛋白聚集在膜下，逐漸形成質(zhì)膜凹陷（網(wǎng)格蛋白包被小窩）。一種小分子GTP結(jié)合蛋白（發(fā)動(dòng)蛋白）在深陷的網(wǎng)格蛋白包被小窩的頸部形成環(huán)，發(fā)動(dòng)蛋白水解與其結(jié)合的GTP引起頸部的縊縮，最終脫離質(zhì)膜形成網(wǎng)格蛋白包被膜泡。之后，網(wǎng)格蛋白返回細(xì)胞質(zhì)重復(fù)利用，脫包被囊泡與早胞內(nèi)體融合，從而將轉(zhuǎn)運(yùn)分子和胞外液體攝入細(xì)胞。

在大分子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)中，網(wǎng)格蛋白本身不起捕獲特異性轉(zhuǎn)運(yùn)分子的作用，有特異性選擇的作用的是包被中另外一類銜接蛋白

2.其他類型的胞飲作用

包膜窖依賴的胞吞作用；大型胞飲作用；非網(wǎng)格蛋白/包膜窖依賴的胞吞作用

二、胞吞作用與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（見(jiàn)細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)）

（一）胞吞作用對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的下調(diào)

（二）胞吞作用對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的激活

三、胞吐作用【略】

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第四章 ?線粒體和葉綠體【略】