1、關于物質的跨膜運輸與信號傳遞 (3)第一張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月 物質的跨膜運輸被動運輸（passive transport）主動運輸（active transport）胞吞作用（endocytosis） 胞吐作用（exocytosis）第二張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月一、被動運輸概念：被動運輸（passive transport）是通過簡單擴散或 協助擴散實現物質由高濃度向低濃度方向的跨膜運 轉。特點：運輸方向；跨膜動力；能量消耗；膜轉運蛋白。類型：簡單擴散（simple diffusion） 協助擴散（facilitated diffusion） 第三張

2、，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月（一）簡單擴散概念：又稱為自由擴散（free diffusion），是疏水小分子或 小的不帶電荷的極性分子，不需要能量也不需要膜蛋 白參與的跨膜運輸方式。特點：沿濃度梯度（或電化學梯度）擴散；不需要提供 能量；沒有膜蛋白的協助。某種物質對膜的通透性（P）可以根據它在水和油中的分配系數（K）及擴散系數（D）來計算：P=KD/t（t為膜的厚度） 第四張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第五張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月概念：也稱促進擴散，是極性分子和無機離子在膜轉運蛋白協助 下順濃度梯度（或電化學梯度）的跨膜運輸。特點：轉運速率高；

3、存在最大轉運速率； 有膜轉運蛋 白參與，有特異性。膜轉運蛋白是指鑲嵌在膜上和物質運輸有關的跨膜蛋白。分為載體蛋白（carrier protein）和通道蛋白（channel protein）。（二）協助擴散第六張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第七張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第八張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月載體蛋白（carrier protein）載體蛋白（carrier protein）是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子?？梢院吞囟ǖ娜苜|分子結合，通過構象改變介導溶質的主動和被動跨膜運輸。第九張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第十張，P

4、PT共一百零六頁，創作于2022年6月相同點：特異性，有特異的結合位點； 有飽和動力曲線； 受抑制劑的影響。不同點：可改變過程的平衡點； 不對溶質分子作任何共價修飾。和酶的異同點：第十一張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月通道蛋白（channel protein）概念：通道蛋白（channel protein）是橫跨質膜的親水性通 道，允許適當大小的分子和帶電荷的離子順梯度通過， 又稱為離子通道。特征：一是離子通道具有選擇性；二是離子通道是門控的。類型：電壓門通道（voltage-gated channel） 配體門通道（ligand-gated channel） 壓力激活通道（str

5、ess-activated channel）第十二張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月Ion Channels-or-第十三張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第十四張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月配體門通道(ligand gated channel) 特點：受體與細胞外的配體結合，引起門通道蛋白發生構象變化， “門”打開。又稱離子通道型受體。可分為陽離子通道，如乙酰膽堿、谷氨酸和五羥色胺受體，和陰離子通道，如甘氨酸和氨基丁酸受體。Ach受體是由4種不同的亞單位組成的5聚體蛋白質，形成一個結構為2的梅花狀通道樣結構，其中的兩個亞單位是同兩分子Ach相結合的部位。第十

6、五張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月Nicotinic acetylcholine receptor第十六張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月Three conformation of the acetylcholine receptor第十七張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月2、電位門通道(voltage gated channel)特點：細胞內或細胞外特異離子濃度或電位發生變化時，致使其構象變化，“門”打開。K+電位門有四個亞單位，每個亞基有6個跨膜螺旋(S1-S6) ，N和C端均位于胞質面。連接S5-S6段的發夾樣折疊 (P區或H5區)，構成通道的內襯，大小可

7、允許K+通過。K+通道具有三種狀態：開啟、關閉和失活。目前認為S4段是電壓感受器。 Na+、K+、Ca2+三種電壓門通道結構相似，在進化上是由同一個遠祖基因演化而來。第十八張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月Voltage gated K+ channel 第十九張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月K+ channel 4th subunit not shown第二十張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第二十一張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月二、主動運輸概念：主動運輸（active transport）是指由載體蛋白介導的 物質逆濃度梯度（或化學梯度）由濃度

8、低的一側向 濃度 高的一側的跨膜運輸方式。特點： 運輸方向； 膜轉運蛋白； 消耗能量。主動運輸所需能量的來源主要有： 1. ATP直接提供能量2. ATP間接提供能量3. 光能驅動第二十二張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第二十三張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月 ATP直接提供能量驅動的主動運輸鈉鉀泵（Na+-K+ -ATP酶）:P-型質子泵 結構和作用機制鈣泵（Ca2+-ATP酶）:P-型質子泵質子泵： V-型質子泵、H+-ATP酶（或F 型）ABC轉換器第二十四張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第二十五張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第二十六張，

9、PPT共一百零六頁，創作于2022年6月一、鈉鉀泵構成：由2個大亞基、2個小亞基組成的4聚體，實際上就是Na+-K+ATP酶，分布于動物細胞的質膜。工作原理：Na+-K+ATP酶通過磷酸化和去磷酸化過程發生構象的變化，導致與Na+、K+的親和力發生變化。在膜內側Na+與酶結合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，構象發生變化，于是與Na+結合的部位轉向膜外側；這種磷酸化的酶對Na+的親和力低，對K+的親和力高，因而在膜外側釋放Na+、而與K+結合。K+與磷酸化酶結合后促使酶去磷酸化，酶的構象恢復原狀，于是與K+結合的部位轉向膜內側，K+與酶的親和力降低，使K+在膜內被釋放，而又與Na+

10、結合。其總的結果是每一循環消耗一個ATP；轉運出三個Na+，轉進兩個K+。第二十七張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月Na+-K+ATP PUMP第二十八張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月Na+-K+ATP pump can catalyze the formation of ATP under laboratory condition第二十九張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月鈉鉀泵對離子的轉運循環依賴自磷酸化過程（ATP上的一個磷酸基團轉移到鈉鉀泵的一個天冬氨酸殘基上，導致構象變化），所以這類離子泵叫做P-type。Na+-K+泵的作用：維持細胞的滲透性，保持細胞

11、的體積；維持低Na+高K+的細胞內環境；維持細胞的靜息電位。地高辛、烏本苷等強心劑抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助提高于其活性。 第三十張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月鈣泵（Ca2+-ATP酶）第三十一張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第三十二張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月質子泵第三十三張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月ABC轉換器第三十四張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第三十五張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月概念：協同運輸（cotransport）是指一種物質的運輸伴隨另 一種物質的運輸。它是一類靠間接提供能量完成的主動

12、 運輸方式。能量：鈉鉀泵或質子泵通過消耗ATP產生膜兩側的電化學濃度 梯度，驅動協同運輸的進行。 動物細胞中常常利用膜兩側Na+濃度梯度來驅動，植物 細胞和細菌常利用H+濃度梯度來驅動。類型：共運輸（同向協同（symport） 對運輸（反向協同（antiport）ATP間接提供能量的主動運輸第三十六張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第三十七張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月物質的跨膜運輸和膜電位膜電位：細胞膜兩側各種帶電物質形成的電位差的總和。靜息電位（resting potential）：細胞在靜息狀態下的膜電位。動作電位（active potential）：細胞在刺激作

13、用下的膜電位。極化：在靜息電位狀態下，質膜內為負值，外為正值的現象。去極化：由于離子的跨膜運輸使膜的靜息電位減小或者消失。反極化：離子的跨膜運輸導致瞬間內正外負的動作電位的現象。超極化：離子的跨膜運輸導致靜息電位超過原來的值。第三十八張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月三、膜泡運輸膜泡運輸完成大分子和顆粒性物質的跨膜運輸，因質膜形成囊泡而得名，又稱批量運輸（bulk transport）。根據物質的運輸方向分為：胞吞作用（endocytosis） 胞吐作用（exocytosis）第三十九張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月（一）胞吞作用概念：胞吞作用通過細胞膜內陷形成囊泡（胞吞

14、泡）， 將外界物質裹進并輸入細胞的過程。類型：胞飲作用（pinocytosis） 吞噬作用（phagocytosis）第四十張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月胞飲作用特點：胞吞物為液體和溶質； 形成的胞吞泡小（直徑小于150nm）； 連續發生的過程； 網格蛋白和結合素蛋白。有被小泡胞吞泡的形成：配體和受體結合網格蛋白聚集有被小窩去被的囊泡和胞內體融合第四十一張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月 第四十二張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第四十三張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月吞噬作用特點：胞吞物為大分子和顆粒物質； 形成的胞吞泡大（直徑大于250nm）；

15、 信號觸發過程； 微絲和結合蛋白。作用：防御侵染和垃圾清除工。第四十四張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第四十五張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月胞飲作用和吞噬作用的區別 特 征 物質 胞吞泡的大小 轉運方式 胞吞泡形成機制胞飲作用 溶液 小于150nm 連續的過程 網格蛋白和接合素蛋白吞噬作用 大顆粒 大于250nm 受體介導的信 微絲和結合蛋白 號觸發過程第四十六張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月 （1）網格蛋白衣被小泡是最早發現的衣被小泡，介導高爾基體到內體、溶酶體、植物液泡的運輸，以及質膜到內膜區隔的膜泡運輸。 （2）COP I衣被小泡負責回收、轉運內質網

16、逃逸蛋白返回內質網。起初發現于高爾基體碎片，在含有ATP的溶液中溫育時，能形成非籠形蛋白包被的小泡。 （3）COP II主要介導從內質網到高爾基體的物質運輸。最早發現于酵母ER在ATP存在的細胞質液中溫育時，ER膜上能形成類似于COP I的衣被小泡，酵母COP II衣被蛋白的變異體，會在內質網中積累蛋白質。第四十七張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月（二）受體介導的胞吞作用受體介導的胞吞作用：配體和受體結合網格蛋白聚集有被小窩去被的囊泡和胞內體融合有被小泡胞內體是動物細胞內由膜包圍的細胞器，其作用是傳輸由胞吞作用攝入的物質到溶酶體中被降解。溶酶體第四十八張，PPT共一百零六頁，創作于2

17、022年6月 第四十九張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月 第五十張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第五十一張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月不同類型受體的胞內體的分選途徑：（1）返回原來的質膜結構域，重新發揮受體的作用；（2）進入溶酶體中被消化掉，稱為受體下行調節；（3）被運至質膜的不同結構域，稱為跨細胞的轉運。第五十二張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月（三）胞吐作用第五十三張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第五十四張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第二節 細胞通訊與信號傳遞 細胞通訊與細胞識別 細胞信號傳遞 細胞信號傳遞的基本特征與

18、蛋白激酶的網絡整合信息第五十五張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月一、細胞通訊與細胞識別細胞通訊（cell communication）細胞識別（cell recognition）第五十六張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月細胞通訊（cell communication）概念：細胞通訊是指一個細胞發出的信息通過介質傳 遞到另一個細胞并產生相應的反應。細胞通訊方式： 接觸性依賴的通訊 間隙連接實現代謝偶聯或電偶聯 分泌化學信號進行通訊第五十七張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月 第五十八張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月內分泌（endocrine）：低濃度；全身

19、性；長時效。旁分泌（paracrine）：細胞分泌的信號分子通過擴散作用 于鄰近的細胞。包括各類細胞因子和氣體信號分子。自分泌（autocrine）：信號發放細胞和靶細胞為同類或同 一細胞，常見于癌變細胞。化學突觸（chemical synapse）：神經遞質由突觸前膜釋 放，經突觸間隙擴散到突觸后膜，作用于特定的靶細胞。 第五十九張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第六十張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月概念：細胞通過其表面的受體與胞外信號物質分子選擇性地相 互作用，進而導致胞內一系列生理生化變化，最終表現 為細胞整體的生物學效應的過程。 信號通路（signaling pa

20、thway） 細胞接受外界信號，通過一整套特定的機制，將胞外信號轉 導為胞內信號，最終調節特定基因的表達，引起細胞的應答 反應的過程稱為細胞信號通路。細胞識別（cell recognition）第六十一張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月二、細胞信號傳遞細胞的信號分子和受體細胞內受體介導的信號傳遞細胞表面受體介導的信號傳遞細胞表面的整聯蛋白介導的信號傳遞第六十二張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月（一）細胞的信號分子和受體 類型： 溶解性：親脂性的信號分子 親水性的信號分子 化學結構：短肽、蛋白質、氣體分子等 產生和作用方式：內分泌激素、神經遞質、局部 化學介導因子和氣體分子

21、特點：特異性；高效性；被滅活性。細胞的信號分子第六十三張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月受體（receptor）概念：受體是一種能夠識別和選擇性結合某種配體（信 號分子）的大分子物質，多為糖蛋白，一般至少 包括兩個功能區域，與配體結合的區域和產生效 應的區域 。類型：細胞內受體（intracellular receptor） 細胞表面受體（cell surface receptor）鈍化途徑： 受體失活(receptor inactivation)。 受體隱蔽（receptor sequestration） 受體下行調節（receptor down-regulation） 第六十四張

22、，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月 第六十五張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月受體與配體間的作用具有三個主要特征：特異性；飽和性；高度的親和力。受體與配體（信號分子）間作用的主要特征 特異性； 飽和性； 高度的親和力。第六十六張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第二信使學說和分子開關第二信使學說（second messenger theory）： 由Sutherland于70年代提出，并因此而獲得諾貝爾獎。第 二 信使有cAMP、 cGMP、三磷酸肌醇、二?；视偷取７肿娱_關：磷酸化和去磷酸化 GTP和GDP的交替結合第六十七張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6

23、月 蛋白激酶是一類磷酸轉移酶，其作用是將 ATP 的 磷酸基轉移到底物特定的氨基酸殘基上，使蛋白質磷酸化。 蛋白激酶在信號轉導中有兩個方面的作用：一是通過磷酸化調節蛋白質的活性；二是通過蛋白質的逐級磷酸化，使信號逐級放大，引起細胞反應。蛋白激酶 GTP結合蛋白（GTP-binding regulatory protein）第六十八張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第六十九張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月（三）細胞內受體介導的信號傳導 甾類激素介導的信號通路 一氧化氮介導的信號通路第七十張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第七十一張，PPT共一百零六頁，創作于202

24、2年6月第七十二張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第七十三張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第七十四張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月血管內皮細胞接受乙酰膽堿，引起胞內Ca2+濃度升高，激活一氧化氮合酶，細胞釋放NO，NO擴散進入平滑肌細胞，與胞質鳥苷酸環化酶（GTP-cyclase，GC）活性中心的Fe2結合，改變酶的構象，導致酶活性的增強和cGMP合成增多。cGMP可降低血管平滑肌中的Ca2+離子濃度。引起血管平滑肌的舒張，血管擴張、血流通暢。硝酸甘油治療心絞痛，其作用機理是在體內轉化為NO，可舒張血管，減輕心臟負荷和心肌的需氧量 。第七十五張，PPT共一百零

25、六頁，創作于2022年6月第七十六張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第七十七張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月（四）細胞表面受體介導的信號傳遞細胞表面受體的類型： 離子通道型受體（ion-channel-linked receptor） G蛋白耦聯型受體（G-protein-linked receptor） 酶耦聯的受體（enzyme-linked receptor）介導的信號傳遞：第七十八張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第七十九張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月1. G-蛋白偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞 三聚體GTP結合調節蛋白（trimeric G

26、TP-binding regulatory protein）簡稱G蛋白。由、三個亞基組成， 和亞基通過共價結合的脂肪酸鏈尾結合在膜上。G蛋白在信號轉導過程中起著分子開關的作用，當亞基與GDP結合時處于關閉狀態，與GTP結合時處于開啟狀態。 第八十張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第八十一張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第八十二張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月 G蛋白耦聯型受體為7次跨膜蛋白，受體胞外結構域識別胞外信號分子并與之結合，胞內結構域與G蛋白耦聯。通過與G蛋白耦聯，調節相關酶活性，在細胞內產生第二信使，從而將胞外信號跨膜傳遞到胞內。第八十三張，PPT共

27、一百零六頁，創作于2022年6月cAMP信號通路概念：細胞外信號和相應的受體結合，導致胞內第二信使 cAMP的水平變化而引起細胞反應的信號通路。組分及分析： 受體；調節蛋白；腺苷酸環化酶（Adenylyl cyclase）； 蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）；環腺苷酸磷酸二 酯酶（cAMP phosphodiesterase）。反應鏈：激素G-蛋白偶聯受體G-蛋白腺苷酸環化酶 cAMPcAMP依賴的蛋白激酶A基因調控蛋白基 因轉錄 第八十四張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第八十五張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第八十六張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第八十七張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月磷脂酰肌醇信號通路概念：反應鏈：胞外信號分子G-蛋白偶聯受體G-蛋白 IP3胞內Ca2+濃度升高Ca2+結合蛋白 (CaM)細胞反應 磷脂酶C(PLC) DG激活PKC蛋白磷酸化或促Na+/H+交 換使胞內pH 第八十八張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第八十九張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月第九十張，PPT共一百零六頁，創作于2022年6月2. 離子通道偶聯的受體介導的信號跨膜傳遞特點： 受體/離子通道復合體，四次/六次跨膜蛋白 跨膜信號轉導無需中間步驟 主要存在于神經細胞或其他可興奮細胞間的突觸信號