【正文】 素 受體通道 Ca2+ATPase的作用機理 Lowaffinity Ca+binding sites Highaffinity Ca+binding sites 2Ca2+ ATP site ATP ADP 天冬氨酸殘基磷酸化 Ca2+ Cytosol Outside of Cell 五、 伴隨運輸 ? 伴隨 /協(xié)同運輸 (cotransport)： ? 載體蛋白介導的物質運輸中，許多主動運輸不是直接由 ATP提供能量，而是由儲存在膜上離子梯度中的能量來驅動，這一能量來源于進行耦聯(lián)運轉的蛋白質相聯(lián)系來完成物質跨膜運輸，即一種物質的運輸依賴于第二種物質的同時運輸； ? 協(xié)同運輸又稱偶聯(lián)運輸 ，其特征是： ? 不直接消耗 ATP； ? 依賴離子泵 (Na+/K+或 H+)建立的電化學梯度 ； ? 離子泵 稱為初級 主動運輸 (primary active transport)， 協(xié)同運輸稱為 次級主動運輸 (secon dary active transport)； ? 伴隨運輸?shù)念愋?： (1).共運輸：兩種物質運輸方向相同。 (2).對向運輸：兩種物質運輸方向相反。 ? 共運輸 (symport)： ? 例： Na+順濃度梯度運轉的同時伴有葡萄 糖或氨基酸的逆濃度梯度運轉。進入細胞的 Na+被 Na+ K+ATP酶泵出， Na+梯度得以維持。 Na+梯 度越大，葡萄糖或氨基酸的運入速率也越大； ? 對向 運輸 (antiport)： ? Na+Ca+和 Na+H+交換載體， Na+順濃度梯度進入細胞時供給能量使 Ca+逆濃度梯度排出細胞，這是細胞向外環(huán)境驅鈣的一種重要機制。 ? 在動物細胞還普遍存在 Na+H+交換載體，Na+的流入與的 H+輸出相耦聯(lián)，從而清除細胞代謝過程中產(chǎn)生的過量 H+。 Na+H+交換速率受細胞內pH的調控， pH越低，交換越活躍。 ? 植物細胞和細菌 常利用 H+濃度梯度來驅動 。 (a).Direct active transport of proteins (b).Indirect active transport of solute molecules 初級主動運輸與次級主動運輸?shù)谋容^ 鈉泵維持的 Na+梯度 驅動葡萄糖的主動運輸示意圖 Na+K+ ATPase 鈉驅動的葡 萄糖載體蛋白 high high high low low low 腸腔 小腸上皮細胞 緊密連接 小腸上皮微絨毛 載體蛋白介導的葡萄糖協(xié)助擴散 細胞外液 Na+驅動葡萄糖的同向轉運 高葡萄糖濃度 基底結構域 側向結構域 共運輸 對向運輸 the difference between animal and plant cells to absorb nutrients 動、植物細胞由載體蛋白介導的協(xié)同運輸異同點的比較 Summary： Membrane Transport Proteins 第七章 細胞膜與物質轉運 cell membrane and substantial transport 第二節(jié) 膜泡運輸 ? 膜泡 運輸 (transport by vesicle formation)： 大分子及顆粒物質并不直接穿 過細胞膜，而是通過一系列膜囊泡形成和融 合來完成的轉運過程，同樣屬于主動運輸。 胞吞作用 胞吐作用 膜泡運輸 胞飲作用 吞噬作用 (phagocytosis) 受體介導的胞吞作用 (low density lipoprotein) 胞吐作用 吞噬作用 吞噬體 phagosome 胞飲作用 吞飲體 pinosome 一、胞吞作用 (一 ).吞噬作用 ? 吞噬作用 (phagocytosis)： 細胞內吞較大的固體顆粒物質，如細菌、細胞碎片等 ，形成的囊泡較大。 ? 吞噬現(xiàn)象是原生動物獲取營養(yǎng)物質的主要方式，在后生動物中亦存在吞噬現(xiàn)象。如：在哺乳動物中，中性顆粒白細胞和 巨噬細胞 具有極強的吞噬能力，以保護機體免受異物侵害。 一、胞吞作用 (二 ).胞飲作用 ? 胞飲作用 (pinocytosis)：細胞吞入的物質為液體或極小的顆粒物質。 ? 胞飲作用存在于白細胞、腎細胞、小腸上皮細胞、肝巨噬細胞和植物細胞； 巨噬細胞正在吞噬衰老的紅細胞 胞飲作用與吞噬作用的比較 需要微絲及其結合蛋白的參與 需要籠形蛋白形成包被及接合素蛋白連接 內吞泡形成機制 需受體介導的信號觸發(fā)過程 連續(xù)發(fā)生的 過程 轉運方式 大于 250? 小于 150? 內吞泡的大小 吞噬作用 胞飲作用 特征 ? 網(wǎng)格蛋白有被小窩 (clathrin coated vesicles)： ? 運輸途徑： 質膜 ?內體； 高爾基體 ?內體； 高爾基體 ?溶酶體、植物液泡； ? 結構 ：由一個 重鏈 (heavy chain)和一個輕鏈 (light chain)構成 1個異二聚體， 3個異二聚體形成三腳蛋白復合體 (triskelion)。 clathrin的曲臂交織在一起，形成 5邊形網(wǎng)孔的籠子。 ? 胞吞 所涉及 的蛋白 ： ? 接合素蛋白 /銜接蛋白 (adaptin)：在網(wǎng)格蛋白被膜小窩形成時，網(wǎng)格蛋白和膜之間有銜接蛋白起銜接作用； ? 發(fā)動蛋白 (dynamin)：作用是在被膜小窩的頸部聚合，通過水解 GTP調節(jié)自己收縮，最后將小泡與質膜割開。 ? 胞吞泡形成的 機制 ： 一、胞吞作用 (三 ).受體介導的胞吞作用 ? Review： 胞吞作用 (endocytosis) ? 胞飲作用 (pinocytosis)； ? 吞噬作用 (phagocytosis)； ? 受體介導的胞吞作用 (receptor mediated endocytosis)； ? 受體介導的胞吞的 各種配體分子 ： ? 受體介導的低密度脂蛋白 (low density lipoprotein, LDL)內吞作用： ? LDL是一種球形顆粒的脂蛋白，直徑為 22nm, 核心是 1500個膽固醇酯；外面由 800個磷 脂和 500個未酯化的膽固醇分子包裹，由于外被脂 分子的親水頭露在外部，使 LDL能夠溶于血液中； 最外面有一個相對分子質量為 55kDa的蛋白，叫輔 基蛋白 B100(apolipoprotein， B100), 它能夠 與特定細胞的表面受體結合； ? LDL的內吞： ? 一旦 LDL與受體結合，就會形成被膜小泡被細胞吞入，接著是網(wǎng)格蛋白解聚 , 受體回到質膜再利用；而 LDL被傳送給溶酶體 , 在溶酶體中膽固醇酯被降解 , 膽固醇被釋放 出來用于質膜的裝配，或進入其他代謝途徑。 clathrin coated vesicles deepetch view of a typical clathrin lattice 籠形蛋白的結構， A電鏡照片， B分子模型， C衣被模型 from Molecular Biology of the Cell. 4th ed. 2022 籠形蛋白衣被的組成 去包被 膜泡形成 轉運物分子 cargo receptor clathrin 網(wǎng)格蛋白 adaptin 結合素蛋白 轉運物受體 發(fā)動蛋白 在網(wǎng)格蛋白有被小窩形成中的作用 dynamin subunits clathrin lattice GTPγS GTP hydrolysis dynamin ring clathrin coated vesicles的掐斷過程 發(fā)動蛋白和相關蛋白 由發(fā)動蛋白突變所 阻斷 selective transport by clathrin coated vesicles 胞吞泡 (endocylic vesicle)形成 的機制模式圖 bulkphase endocytosis： the nonspecific uptake of extracellular fluids the uptake of large particles 從有被小窩形成有被小泡的電鏡圖像 Receptormediated endocytosis 通過受體介導的內吞作用進入細胞的配體 LDL的內吞 LDL受體介導的 細胞內吞作用示意圖 apoB 磷脂單層 三酰甘油 未酯化的膽固醇 膽固醇酯 (a) (b) (a):由磷脂和未酯化的膽固醇單層構成 LDL的外膜結構 , 在外膜上結合一個親水的 apoB蛋白 ,該蛋白可以介導 LDL與細胞表面的受體結合。 (b):四種類型脂蛋白的電鏡照片。 乳糜微粒 ( 60,000) HDL ( 180,000) VLDL ( 180,000) LDL ( 180,000) LDL的作用 細胞質 LDL顆粒 LDL受體 有被小窩 有被小泡 無被小泡 胞內體 受體與大分子顆粒分開 胞內體部分 胞內體部分 初級溶酶體 吞 噬 溶 酶 體 受體再循環(huán) 二、胞吐作用 胞內 胞外 外排作用 胞吐作用 （ exocytosis）的類型 : ? 組成型外排途徑 （ constitutive exocytosis pathway） ： ? 所有真核細胞； ? 連續(xù)分泌過程； ? 用于質膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基質組分、營養(yǎng)或信號分子）； ? 限定途徑 （ default pathway）： 除某些有特殊標志的駐留蛋白和調節(jié)型分泌泡外，其余蛋白的轉運途徑： 粗面內質網(wǎng) ?高爾基體 ?分泌泡 ?細胞表面 。 ? 調節(jié)型外排途徑 （ regulated exocytosis pathway）： ? 特化的分泌細胞； ? 儲存 —— 刺激 —— 釋放； ? 產(chǎn)生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分選機制，分選信號存在于蛋白本身，分選主要由高爾基體 TGN上的受體類蛋白來決定； ? 在組成型分泌活動中，胞吐作用是自發(fā)進行的，但是在調節(jié)型的細胞中，胞吐作用必需有信號的觸發(fā)。 ? 胞吐作用的結果一方面將分泌物釋放到細胞外，另一方面小泡的膜融入質膜，使質膜得以補充。