细胞生物学【2】

第三章  物质的跨膜运输

第一节 膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输【略】

第二节 ATP驱动泵与主动运输

一、P型泵（转运泵水解ATP使自身形成磷酸化中间体）

所有的P型泵都有两个独立的α催化亚基，具有ATP结合位点；绝大多数还具有2个起调节作用的小β亚基。在转运粒子的过程中，至少有一个α催化亚基发生磷酸化和去磷酸化反应，从而改变转运泵的构象，实现离子的跨膜运输。

（一）Na­+-K+泵

1.钠钾泵的结构与转运机制

钠钾泵位于动物细胞的质膜上，由两个α和两个β亚基组成四聚体，β亚基是糖基化的多肽，并不直接参与离子的转运，但是帮助在内质网新合成的α亚基进行折叠。

钠钾泵的转运机制：在细胞内侧α亚基与钠离子相结合促进ATP水解，α亚基上的一个天冬氨酸残基磷酸化引起α亚基的构像发生改变，将钠离子泵出细胞，同时细胞外的钾离子与α亚基相结合，使其去磷酸化，α亚基的构象再次发生改变，将钾离子泵入细胞。

钠钾泵逆电化学梯度泵出3个钠离子并泵进2个钾离子

乌本苷可以抑制钠钾泵的活性，生物氧化抑制剂如氰化物将会使ATP的供应中断使钠钾泵无法正常工作；镁离子和少量的膜脂有助于钠钾泵活性的提高

2.钠钾泵的主要生理功能

（1）维持细胞的膜电位

（2）维持动物细胞的渗透压平衡

（3）吸收营养（建立电化学梯度进行协同转运）【而植物细胞、真菌和细菌细胞通常利用质膜上的氢离子泵来吸收营养】

（二）Ca2+泵和其他的P型泵

1.钙离子泵的结构与功能

细胞质基质中的钙离子浓度始终维持在一个非常低的水平，依靠钙离子泵将钙离子泵到细胞外或者是细胞器之中，常分布于内质网、叶绿体和液泡膜上

钙离子泵与钠钾泵的α亚基同源，含有十个跨膜的α螺旋，其中三个构成跨越脂双层的中央通道。在钙离子泵处于非磷酸化状态时，来给你个螺旋通道中断形成胞质侧结合两个钙离子的空穴，ATP在胞质侧与其结合位点相结合，伴随着ATP水解使相邻的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，破坏了钙离子的结合位点并释放钙离子进入磨得另外一侧

钙离子泵的工作与ATP的水解相偶联，每消耗一分子的ATP转运两个钙离子

在动物细胞质膜上分布的钙离子泵，C端是细胞内钙调蛋白（CAM）结合部位，当细胞内的钙离子浓度升高时，钙离子与钙调蛋白结合形成激活的复合物并与钙离子泵结合，进而调节钙离子泵的活性

2.P型H+泵

P型泵中除了钠钾泵和钙离子泵还有氢离子泵。植物细胞、真菌和细菌细胞质膜上虽然没有钠钾泵，但是有P型的氢离子泵，P型氢离子泵将氢离子泵处细胞，建立和维持跨膜的氢离子电化学梯度，用来驱动溶质进入细胞。

P型氢离子泵使细胞周围的环境呈酸性

二、V型质子泵和F型质子泵

V型质子泵广泛存在于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，以及植物、酵母及其他真菌细胞的液泡膜上。F型质子泵存在于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上。

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，在功能上只转运质子，并且在转运质子的过程中不形成磷酸化的中间体

V型质子泵利用ATP水解供能从细胞质基质中逆氢离子电化学梯度将氢离子泵入细胞器中，以维持细胞质基质的PH中性和细胞器内的PH酸性；存在于线粒体内膜、植物类囊体膜和细菌质膜上的F型质子泵则以相反的方式发挥生理作用，它通常利用质子动力势合成ATP，所释放的能量驱动F型质子泵合成ATP

三、ABC超家族

（一）ABC转运蛋白的结构和工作模式

是一类ATP驱动泵。每种ABC转运蛋白对于底物或底物基团都有特异性。所有的ABC转运蛋白都共享一种由4个核心结构域组成的结构域模式：两个跨膜结构域，每个跨膜结构域由六个跨膜的α螺旋组成，形成底物运输的通路并决定底物的特异性；两个胞质侧ATP结合域，具有ATPase的活性，凸向胞质

通过与ATP分子的结合与水解，ABC转运蛋白可以完成小分子物质的转运

（二）ABC转运蛋白与疾病

由于某些ABC转运蛋白能够将抗生素或者是其他的药物泵出细胞而赋予细胞耐药性，这一类ABC转运蛋白统称为MDR

囊性纤维化是由于囊性纤维化跨膜转运调节蛋白（CFTR）发生突变。CFTR是一种ABC转运蛋白常位于肺、汗腺和胰腺等上皮细胞的顶面，调节氯离子的转运

四、离子跨膜转运与膜电位【略】

第三节 胞吞作用与胞饮作用

一、胞吞作用

（一）吞噬作用

是一类特殊的胞吞作用，形成的吞噬的吞噬泡叫做吞噬体。对于原生生物，细胞通过吞噬作用将胞外的营养物质摄取到吞噬体，最后在溶酶体中消化降解成小分子物质供细胞利用

吞噬作用需要被吞噬物与吞噬细胞表面受体结合并激活细胞表面的的受体，将信号传递到细胞内并引起细胞应答反应，是一个信号触发的过程。

有些受体还可以识别补体、凋亡细胞

（二）胞饮作用

几乎发生在所有类型的真核细胞中

1.网格蛋白依赖的胞吞作用

网格蛋白由3个二聚体组成，每个二聚体包括1条重链和一条轻链，三个二聚体形成三角蛋白复合体，是包被的结构单位。

当配体与膜上的受体结合后，网格蛋白聚集在膜下，逐渐形成质膜凹陷（网格蛋白包被小窝）。一种小分子GTP结合蛋白（发动蛋白）在深陷的网格蛋白包被小窝的颈部形成环，发动蛋白水解与其结合的GTP引起颈部的缢缩，最终脱离质膜形成网格蛋白包被膜泡。之后，网格蛋白返回细胞质重复利用，脱包被囊泡与早胞内体融合，从而将转运分子和胞外液体摄入细胞。

在大分子的跨膜转运中，网格蛋白本身不起捕获特异性转运分子的作用，有特异性选择的作用的是包被中另外一类衔接蛋白

2.其他类型的胞饮作用

包膜窖依赖的胞吞作用；大型胞饮作用；非网格蛋白/包膜窖依赖的胞吞作用

二、胞吞作用与细胞信号转导（见细胞信号转导）

（一）胞吞作用对信号转导的下调

（二）胞吞作用对信号转导的激活

三、胞吐作用【略】

 

 

第四章  线粒体和叶绿体【略】