物质的跨膜运输(翟中和第四版).ppt

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。 Peter Agre Roderick MacKinnon 2. 水孔蛋白：水分子的跨膜通道 (2003诺奖) 调节细胞渗透压以及生理与病理作用 /nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/chempub3high.jpg Fig . Passage of water molecules through the aquaporin AQP1. Because of the positive charge at the center of the channel, positively charged ions such as H3O+, are deflected. This prevents proton leakage through the channel. （三）主动运输(active transport) 载体蛋白所介导、逆着电化学梯度或浓度梯度 3种类型 ATP 驱动泵（ATP直接供能） 协同转运或偶联转运（ATP间接提供能量） 光驱动泵 第二节 ATP驱动泵与主动运输 ATP 驱动泵通常又称为转运ATPase，分为4类 P型泵、V型质子泵、F型质子泵和ABC超家族 一、P 型泵 (P-type pump) 2 个α 催化亚基，具有ATP 结合位点；2 个β 调节亚基 至少有一个α 催化亚基发生磷酸化和去磷酸化反应，改变转运泵的构象，实现离子的跨膜转运 转运泵水解ATP 使自身形成磷酸化的中间体 ■ P-型离子运输泵的作用机理 P型泵的主要特点:都是跨膜蛋白，并且是由一条多肽完成所有与运输有关的功能，包括ATP的水解、磷酸化和离子的跨膜运输。 Na+-K+ATP酶的分子结构： αβ两种亚基组成的二聚体。 α亚基具有ATP酶的活性； β亚基是具有组织特异性的糖蛋白。 （一）Na+-K+ 泵（Na+-K+ ATPase） Figure 11-14 Molecular Biology of the Cell (? Garland Science 2008) 1. Na+-K+ 泵结构与转运机制 由2 个α 和2 个β 亚基组成四聚体 乌苯苷（ouabain）用作强心剂的原理？ 1. Na+-K+ 泵结构与转运机制 泵入2K+ 结合3Na+ 磷酸化 泵出3Na+ 结合2K+ 去磷酸化 钠钾泵工作的特性： P-type：依赖自磷酸化来转运离子的离子泵。 钙泵 质子泵 它们组成了功能与结构相似的一个蛋白质家族。 2. Na+-K+ 泵主要生理功能 维持细胞膜电位 维持动物细胞渗透平衡 2. Na+-K+ 泵主要生理功能 吸收营养 动物细胞对葡萄糖或氨基酸等有机物吸收的能量由蕴藏在Na+ 电化学梯度中的势能提供 植物细胞、真菌和细菌通常利用质膜上的H+-ATPase 形成的H+ 电化学梯度来吸收营养物 Na+/K+ 泵具有三个重要作用: 一是维持了细胞Na+离子的平衡，抵消了Na+离子的渗透作用; 二是在建立细胞质膜两侧Na+离子浓度梯度的同时，为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力; 三是Na+泵建立的细胞外电位，为神经和肌肉电脉冲传导提供了基础。 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）Ca2+ 泵及其他 P 型泵 细胞质基质中低Ca2+ 浓度的维持主要得益于质膜或细胞器膜上的钙泵 每消耗1 分子ATP 从细胞质基质泵出 2 个Ca2+ 1. Ca2+ 泵的结构与功能 钙离子泵 作用：维持细胞内较低的钙离子浓度（胞内钙浓度10-7M，胞外10-3M）。 位置：质膜、内质网膜。 类型：P型离子泵，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋白质的90%。 2. P 型 H+ 泵 植物细胞、真菌(包括酵母)和细菌细胞质膜上虽然没有Na+-K+ 泵， 但有P 型H+ 泵(H+-ATPase) P 型H+ 泵将 H+ 泵出细胞，建立和维持跨膜 H+ 电化学梯度 H+/K+ ATPase Control of acid secretion in the stomach 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 （V 为vesicle） 转运 H+ 过程中不形成磷酸化的中间体 维持细胞质基质 pH 中性和细胞器内 pH 酸性 二、V 型质子泵和 F 型质子泵 F 型质子泵存在于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体类 囊体