生物化学下第21 生物膜与物质运输.ppt

蛋白质的跨膜运送 1. 分泌蛋白通过内质网膜的运送 信号肽 (signal sequences)：20个氨基酸残基中有12-14个疏水性残基 信号识别蛋白体(signal recognition particle, SRP) 停泊蛋白(docking protein, DP) 2. 线粒体蛋白的跨膜运送 导肽（leader sequences） Unfolding → Refolding 第21章 生物膜与物质运输 一、被动运输与主动运输 二、小分子物质的运输 三、生物大分子的跨膜运输 四、离子载体 五、生物膜运输的分子机制 第21章 生物膜与物质运输 生物膜的组成 外周蛋白 膜内在蛋白 (单跨膜螺旋) 与脂质共价连接的外周蛋白 极性磷脂头部 膜内在蛋白 (多跨膜螺旋) 固醇 脂双层 糖蛋白的寡糖链 糖脂 非极性脂肪酰链 生物膜流动镶嵌模型(fluid mosaic model) 第21章 生物膜与物质运输 第21章 生物膜与物质运输 第21章 生物膜与物质运输 能量转换 —— 氧化磷酸化(线粒体)、光合磷酸化(叶绿体) 信息识别与传递 —— 生物信号 (G-蛋白偶联受体和第二信使、视觉、 嗅觉、味觉的信号传导、致癌基因、肿瘤抑制基因等) 物质运输—— 生物膜具有通透性和高度选择性 生物膜功能： 一、被动运输与主动运输 第21章 生物膜与物质运输 被动运输(passive transport)：顺浓度梯度方向的跨膜运送物质。 物质的运输速率既依赖于膜两侧运送物质的浓度差，又与被运送物质的分子大小、电荷和在脂双层中的溶解度有关。 例：1. 带电或极性物质 —— 转运蛋白 2. 红细胞葡萄糖转运 —— 葡萄糖转运蛋白（GluT1） 3. 红细胞的Cl-和HCO3-转运 —— 阴离子交换蛋白 在膜蛋白协助下的被动运输 (passive transport) 与水结合的溶质 无转运蛋白的简单扩散 有转运蛋白的简单扩散 转运蛋白 一、被动运输与主动运输 第21章 生物膜与物质运输 带电或极性物质 —— 转运蛋白 溶质的简单扩散被选择性渗透障碍所阻止。 极性或带电的溶质： ① 去除水合层中与水分子相互作用； ② 通过溶解性较差的溶剂扩散。 过程需要高能量?G?。 协助扩散(facilitated diffusion)或被动转运(passive transport)：极性化合物和离子的跨膜通道是由膜蛋白组成的，降低转运的活化能。 转运蛋白(transporters)或穿透酶(permeases) 红细胞葡萄糖转运蛋白介导被动运输(Passive Transport) 葡萄糖进入红细胞是通过葡萄糖特异性转运蛋白的协助扩散来实现的。 红细胞的葡萄糖转运蛋白(glucose transporter, GluT1)结构模型 GluT1：红细胞膜内在蛋白(Mr 45 000)，有12个疏水片段，形成12个跨膜螺旋， 螺旋片段表面上极性和非极性氨基酸残基的分布，形成两亲性螺旋 5-6个两亲性螺旋边边相加，极性面向内，构成跨膜通道，Glc与极性氨基酸残基形成氢键。 血浆葡萄糖浓度：5 mM，葡萄糖扩散速度是未催化扩散的5万倍 一、被动运输与主动运输 第21章 生物膜与物质运输 糖尿病人的葡萄糖转运缺陷 GluT4：肌肉和脂肪中的葡萄糖转运的蛋白，能被胰岛素激活。 摄入葡萄糖过量 肌糖原 心肌 骨骼肌 三酰甘油 脂肪细胞 ②当胰岛素与受体结合，囊泡移到膜表面并与其融合，从而增加质膜表面GluT4数量。 胰腺释放胰岛素 这些细胞膜含有葡萄糖转运蛋白GluT4 ① GluT4贮存在细胞内的囊泡膜上。 ③当胰岛素水平下降，GluT4通过胞吞作用重新从质膜上移回胞内，形成囊泡。 ④小囊泡与内涵体融合。 ⑤内涵体出芽形成小囊泡，以备胰岛素水平升高时，重新移到细胞表面。 GluT4 Ⅰ型糖尿病人不能释放胰岛素，导致肌肉和脂肪组织对葡萄糖的吸收率很低，后果血糖增高。 一、被动运输与主动运输 第21章 生物膜与物质运输 *GluT2：将肝糖原分解的葡萄糖转运出肝细胞。能够根据胞内葡萄糖增加相应增加葡萄糖向外转运速率。 氯离子与碳酸氢根离子的协同转运(Cotransport) 氯离子与碳酸氢根离子交换蛋白(chloride-bicarbonate exchanger) 又称阴离子交换蛋白 (anion exchange (AE) pro