物质的跨膜运输翟中和细胞生物学.ppt

（二）胞吐作用胞吐作用：是将细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。第49页,共50页，星期六，2024年，5月感谢大家观看第50页,共50页，星期六，2024年，5月**罗德里克麦金农**水孔蛋白的发现长期以来,普遍认为细胞内外的水分子是以简单扩散的方式透过脂双层膜。后来发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高,很难以简单扩散来解释。例如，将红细胞移入低渗溶液后，很快吸水膨胀而溶血，而水生动物的卵母细胞在低渗溶液不膨胀。因此，人们推测水的跨膜转运除了简单扩散外,还存在某种特殊的机制,并提出了水通道的概念。第17页,共50页，星期六，2024年，5月

1988年Agre在分离纯化红细胞膜上的Rh血型抗原时，发现了一个疏水性跨膜蛋白，称为CHIP28(Channel-Formingintegralmembraneprotein)。1991年得到CHIP28的cDNA序列，Agre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，并于5分钟内破裂，纯化的CHIP28置入脂质体，也会得到同样的结果。细胞的这种吸水膨胀现象会被Hg2+抑制，而这是已知的抑制水通透的处理措施。这一发现揭示了细胞膜上确实存在水通道，Agre因此而与离子通道的研究者共享2003年的诺贝尔化学奖。目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有10种，被命名为水通道蛋白（Aquaporin，AQP）第18页,共50页，星期六，2024年，5月

水孔蛋白的结构

?水孔蛋白是由四个亚基组成的四聚体。?每个亚基由6个跨膜α螺旋组成，相对分子质量为28000。?每个水孔蛋白亚基单独形成一个供水分子运动的中央孔。?中央孔的直径稍大于水分子的直径，约0.28nm，水孔长约为2nm。 第19页,共50页，星期六，2024年，5月

水孔蛋白的选择性

水孔蛋白形成对水分子高度特异的亲水通道，只容许水而不容许离子或其他小分子溶质通过。?源于通道内高度保守的氨基酸残基侧链与通过的水分子形成氢键。?源于非常狭窄的孔径。 第20页,共50页，星期六，2024年，5月(三)协助扩散概念：各种极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等顺其浓度梯度或电化学梯度减小方向的跨膜转运。该过程不需要细胞提供能量，这与简单扩散相同，因此两者都称为被动运输。但在协助扩散中，物质跨膜转运需要特异性的膜转运蛋白“协助”，从而使其转运速率增加，转运特异性增强。第21页,共50页，星期六，2024年，5月

绝大多数哺乳类细胞都是利用血糖作为细胞的主要能源，人类基因组编码12种与糖转运相关的载体蛋白GLUT1～GLUT12，构成葡萄糖载体（GLUT）蛋白家族。(三)协助扩散用红细胞和肝细胞设计葡萄糖摄取实验，发现由GLUT蛋白所介导的细胞对葡萄糖的摄取表现酶动力学基本特征，与简单扩散相比极大地提高了摄入速率。第22页,共50页，星期六，2024年，5月特征：?葡萄糖载体介导的协助扩散比简单扩散转运速率高。膜转运蛋白协助的结果?与酶催反应相似,存在最大的转运速率，因此可用达到最大转运速率一半时的葡萄糖浓度作为其Km值，用以衡量某种物质的转运速率。膜转运蛋白的数量有限。在一定限度内运输速率同物质浓度成正比。如超过一定限度，浓度再增加，运输也不再增加。因膜上载体蛋白的结合位点已达饱和。?比较不同分子的Km值，可以发现不同载体蛋白对溶质的亲和性不同。实验还发现，不同的载体蛋白具有的转运特异性溶质的偏好性。 (三)协助扩散第23页,共50页，星期六，2024年，5月㈣、主动运输定义：是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向高浓度的一侧进行跨膜转运的方式。类型（根据能量来源）：ATP直接供能(ATP驱动泵)、ATP间接提供能量(耦联转运蛋白)、光能驱动Fig.驱动主动运输的三种类型第24页,共50页，星期六，2024年，5月Fig.Na+-K+泵的结构与工作模式示意图1.由ATP直接提供能量的主动运输——钠钾泵ATP催化位点βα结构：α（MW=120,000Da）+β（MW=50,000Da）Na+-K+泵功能：维持细胞内低Na+高K+的离子环境存在：一切动物细胞的细胞膜上，植物细胞、真菌、细菌上没有。第25页,共50页，星期六，2024年，5