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第五章 物质的跨膜运输 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 离子泵和协同运输 胞吞作用与胞吐作用 物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 典型哺乳类细胞胞内外离子浓度的比较 一、脂双层的不透性和膜转运蛋白 细胞内外的离子差别分布主要由两种机制所控制： 1、膜转运蛋白的活性 2、脂双层所具有的疏水性：除了脂溶性分子和小的不带电荷的分子能以简单扩散的方式直接通过脂双层外，脂双层对绝大多数溶质分子和离子是高度不透的，它形成疏水性分子和离子的渗透屏障。 ?膜转运蛋白可分为两类： 载体蛋白（carrier proteins） 通道蛋白（channel proteins） 具有通透酶（permease）性质；介导被动运输(如: 缬氨酶素)与主动运输(如: 各类APT驱动的 离子泵)。 具有离子选择性，转运速率高,　离子通道是门控的；只介导被动运输, 所有通道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质。 通道蛋白的类型： 电压门通道（voltage-gated channel）， 配体门通道（ligand-gated channel）， 压力激活通道（stress-activated channel）, 环核苷酸门通道 水通道 1、电压门通道(voltage gated channel) 特点：细胞内或细胞外特异离子浓度或电位发生变化时，致使其构象变化，“门”打开。 K+电压门有四个亚单位，每个亚基有6个跨膜α螺旋(S1-S6) ，N和C端均位于胞质面。连接S5-S6段的发夹样β折叠 (P区或H5区)，构成通道的内衬，大小可允许K+通过。 K+通道具有三种状态：开启、关闭和失活。目前认为S4段是电压感受器。 Na+、K+、Ca2+三种电压门通道结构相似，在进化上是由同一个远祖基因演化而来。 Voltage gated K+ channel K+ channel Ion-channel linked receptors in neurotransmission 2、配体门通道(ligand gated channel) 特点：受体与细胞外的配体结合，引起门通道蛋白发生构象变化， “门”打开。又称离子通道型受体。 可分为阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺受体，和阴离子通道，如甘氨酸和γ－氨基丁酸受体。 乙酰胆碱( acetylcholine ACh) 受体是由4种不同的亚单位组成的5聚体蛋白质，形成一个结构为α2βγδ的梅花状通道样结构，其中的两个α亚单位是同两分子Ach相结合的部位。 Nicotinic acetylcholine receptor Three conformation of the acetylcholine receptor 3、机械门通道 1). 感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。细胞将机械刺激的信号转化为电化学信号，引起细胞反应的过程称为机械信号转导（mechanotransduction ）。 2). 目前比较明确的有两类机械门通道，其一是牵拉活化或失活的离子通道，另一类是剪切力敏感的离子通道，前者几乎存在于所有的细胞膜（如：血管内皮细胞、心肌细胞、内耳毛细胞），后者仅发现于内皮细胞和心肌细胞。 3). 牵拉敏感的离子通道的特点： 对离子的无选择性、无方向性、非线性以及无潜伏期。为2价或1价的阳离子通道，有Na+、K+、Ca2+，以Ca2+为主。 4、环核苷酸门通道 CNG通道与电压门钾通道结构相似，也有6个跨膜片段。细胞内的C末端较长，上面有环核苷酸的结合位点。 CNG通道分布于化学感受器和光感受器中，与膜外信号的转换有关。 如气味分子与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合，可激活腺苷酸环化酶，产生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道（cAMP-gated cation channel），引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。 5、水通道 1). 水扩散通过人工膜的速率很低，人们推测膜上有水通道。 2). 1991年彼得·阿格雷发现第一个水通道蛋白CHIP2（28KD ）, 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。 3). 2003年彼得·阿格雷和与离子通道的研究者罗德里克·麦金农同获诺贝 尔化学奖。 4). 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）。 2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。 6. 压力激活通道