06细胞生物学第七章跨膜运输概论.ppt

5、水通道 ? 水扩散通过人工膜的速率很低，人们推测膜上有水通道。 ? 1991年Agre发现第一个水通道蛋白CHIP28 （28 KD ），他将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，5 分钟内破裂。细胞的这种吸水膨胀现象会被Hg2+抑制。 ?2003年Agre与离子通道的研究者MacKinnon同获诺贝尔化学奖。? 目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种，被命名为水通道蛋白（Aquaporin，AQP）。 水孔蛋白的跨膜结构域 AQP1是由四个相同的亚基构成， 每个亚基的相对分子质量为 28kDa，每个亚基有六个跨膜结 构域，在跨膜结构域2与3、5与6 之间有一个环状结构，是水通过 的通道。该蛋白的氨基端与羧基 端是完全对称，即1，4、2，5、 3，6完全对称 水通道蛋白 AQP1是人的红 细胞膜的一种主 要蛋白。它能够 让水自由通过 (不必结合)，但 是不允许离子或 是其他的小分子 (包括蛋白质)通 过 AQP1水通道蛋白 第二节、主动运输 ?? 主动运输的特点是： - 逆浓度梯度（逆化学梯度）运输； - 需要能量；- 都有载体蛋白。- 具有选择性和特异性。 参与主动运输的载体蛋白常被称为泵(pump)，这是因为它们能利用能量做功。由于它们消耗的代谢能多数来自ATP，所以又称它们为某某ATPase。共有四种类型的运输ATPase，或称运输泵 ?P型离子泵(P-type ion pump) ，或称P型ATPase 。此类运输泵 运输时需要磷酸化(P是phosphorylation的缩写)，包括Na+-K+ 泵、Ca2+离子泵。 ?V型泵(V-type pump) ，或称V型ATPase，主要位于小泡的膜上( V代表vacuole或vesicle)， 如溶酶体膜中的H+泵， 运输时需 要ATP供能， 但不需要磷酸化。 ?F型泵(F-type pump) ，或称F型ATPase。这种泵主要存在于细菌质膜、线粒体膜和叶绿体的膜中， 它们在能量转换中起重要作用， 是氧化磷酸化或光合磷酸化偶联因子(F即fector的缩写)。 ?ABC运输蛋白(ATP-binding cassettle transportor) ， 这是 一大类以ATP供能的运输蛋白， 已发现了100多种， 存在范围 很广，包括细菌和人。 典型动物细胞内外离子浓度的比较 * 表中给出的Ca2+和Mg2+的浓度是游离存在于胞质溶胶中的浓度;Mg2+在细胞中的总浓度为2mM，Ca2+则是1-2mM。但它 们大多是与蛋白质结合在一起的，Ca2+则存在于细胞器中。 ** 指细胞内存在的带负电的有机分子，它们不能通过细胞质膜。 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； ② ATP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。 主动运输是消耗代谢能的运输方式，有三种不同的直接能量来源 一、钠钾泵 ?动物细胞中由ATP驱动的将Na+ 输出到细胞外同时将K+输入细胞内的运输泵 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。 构成：由2个大亚 基、2个小亚基组成 的4聚体，实际上就 是 Na+-K+ATP 酶 ， 分布于动物细胞的质 膜。 α亚基是跨膜蛋白，在膜的内 侧有ATP结合位点;在α亚基上 有Na+和K+结合位点 运输机制 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+。 Na+/K+ ATPase 工作原理示意图 ? 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+和少量膜脂有助提高于其活性。 二、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-