第五章 物质的跨膜运输与信号传递
一．物质的跨膜运输 1．
被动运输(passive transport)
通过自由扩散或协助扩散实现物质由高浓度想低浓度方 向的跨膜转运，转运的动力来自物质的浓度梯度。 （1） 自由扩散(free diffusion) 小分子比大分子容易跨膜 非极性分子比极性分子容易跨膜 如O2、N2、CO2、苯、尿素、水等 （2） 协助扩散(facilitated diffusion) 各种极性分子和无机离子 如糖、氨基酸、核苷酸、离子 载体蛋白和离子通道，具转运特异性 2．
主动运输(active transport)
由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运方式，根据能量来源的不同可归纳为由ATP直接提供能量和间接提供能量以及光能驱动的主动运输三种类型 （1） 由ATP直接供能的主动运输 钠钾泵：保持渗透平衡
钙泵：存在于细胞膜和内质网膜，维持细胞内低浓度Ca2+ 质子泵： 存在于细胞膜（P型）：将H+泵出细胞
溶酶体膜和植物细胞液泡膜（V型）：将H+泵入细胞器
线粒体内膜、类囊体膜或细菌质膜：与ATP合成偶联 （2） 由ATP间接供能的主动运输--------协同运输(cotransport) 物质跨膜运输的直接动力来自于膜两侧离子浓度的梯度，而维持这种离子的梯度则通过Na+-K+泵（或H+泵）消耗ATP 来实现。可分为同向运输和反向运输。 3．
胞吞作用和胞吐作用(endocytosis , exocytosis)
（1）胞吞作用：通过细胞膜内陷形成胞吞泡，将外界物质输入 细胞的过程。
根据胞吞泡的大小和胞吞物质，可分为胞饮作用(pinocytosis) 和吞噬作用(phagocytosis)
（2） 胞吐作用：与胞吞作用相反，将细胞内分泌泡中的物质 通过膜的融合而运出细胞的过程 （3） 受体介导的胞吞作用
被转运的大分子物质与细胞表面的受体结合，形成受体-大分子复合物，启动内化作用，该处细胞膜在网格蛋白(clathrin)的参与下形成有被小窝(clathrin coated pit)，最终脱离细胞膜而形成有被小泡(clathrin coated vesicle)
接合素蛋白（adaptin）既能结合网格蛋白，又能结合受体。 有被小泡与胞内体(endosome)融合，胞内体膜上有质子泵，使腔内pH降低，被运输物质与受体分离。胞内体的作用是将胞吞的物质传输到溶酶体进行降解。
大部分受体可返回细胞膜再利用，有的进入溶酶体被消化。
自由扩散
被动运输 协助扩散 载体蛋白
离子通道 配体式 电位式 主动运输 直接的（Na+-K+-ATP酶，Ca2+-ATP酶） 间接的（协同运输）
胞吞胞吐： 受体介导（有被小窝，有被小囊），需ATP
二． 细胞通讯与信号转导 1．
细胞通讯与细胞识别
（1） 细胞通讯（cell communication）
一个细胞发出的信号通过介质传递到另一个细胞产生相应的反应
内分泌、旁分泌、自分泌 分泌化学信号 化学突触
细胞间通讯方式 细胞间接触性通讯（膜上信号分子与靶细胞受体） 间隙连接
（2） 细胞识别(cell recognition)
细胞通过其表面的受体与胞外信号分子特异性结合，导致 细胞内一系列生理生化变化，最终表现出生物学效应的过程。
(3) 信号分子与受体
亲脂性信号分子、亲水性信号分子、气体信号分子（配体） 受体（receptor）是一种能识别和选择性结合配体（ligant）的大分子, 它将胞外信号转换为胞内信号，以启动一系列反应，最终产生生物学效应。
配体1 受体1 生物学效应1 配体2 受体2 效应物 生物学效应2 配体3 受体3 生物学效应3
受体1 生物学效应1 配体 受体2 生物学效应2
2. 通过细胞内受体介导的信号通路
亲脂性信号分子：如甾类激素和甲状腺素 受体在胞质内或核质内
C端的激素结合位点 受体有三个结构域 中部的DNA结合位点 N端的转录激活结构域 初级反应，次级反应
3. 通过细胞表面受体介导的信号通路 （1） 离子通道偶联的信号通路
离子通道偶联的受体既有信号结合位点，又是离子通道，
也称为配体式离子通道，如乙酰胆碱能Na+和Ca2+通道。 （2） G蛋白藕联的信号通路
G蛋白是α、β、γ异三聚体，通过GTP/GDP交换而被 激活或关闭，是信号转换蛋白（trimeric GTP binding regulatory protein）.
G蛋白偶联的受体是7次跨膜的多肽，N端在细胞外，C端在细胞内。
启动 级联放大 生物效应 终止
cAMP信号通路： 第二信使是cAMP Rs和Ri、 Gs和Gi、 腺苷酸环化酶
cAMP激活蛋白激酶A（A-kinase ， PKA），催化靶蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，呈现生物学效应
环腺苷酸磷酸二酯酶（PDE）催化cAMP生成5’-AMP，使 信号终止。
磷脂酰肌醇信号通路： 第二信使是IP3，DG
磷脂酶C（PLC）催化细胞膜上的4，5-二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)水解为1，4，5--三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘油（DG）。 IP3激活内质网膜上的钙通道，使细胞质内的Ca2+浓度提高，Ca2+与钙调蛋白（CaM）结合, 形成复合物，Ca2+- CaM复合物再与靶酶结合将其激活。IP3信号的终止是通过依次去磷酸化形
成自由的肌醇。
DG活化蛋白激酶C(PKC)，催化靶蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，呈现生物学效应。DG信号的终止是通过DG激酶使DG磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；或被DG酯酶水解为单酰基甘油。
(3) 具有酪氨酸蛋白激酶活性的受体所介导的信号通路
酪氨酸蛋白激酶受体是1次跨膜的膜蛋白，胞外区是结合 配体的结构域，胞内区是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自身磷酸化位点。如胰岛素和各种生长因子的受体。
二聚体 自身磷酸化 酪氨酸蛋白激酶活性 底物磷酸化（SH2 、SH3）
4. NO气体信号通路
NO 鸟苷酸环化酶 cGMP 蛋白质磷酸化
成自由的肌醇。
DG活化蛋白激酶C(PKC)，催化靶蛋白的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，呈现生物学效应。DG信号的终止是通过DG激酶使DG磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；或被DG酯酶水解为单酰基甘油。
(3) 具有酪氨酸蛋白激酶活性的受体所介导的信号通路
酪氨酸蛋白激酶受体是1次跨膜的膜蛋白，胞外区是结合 配体的结构域，胞内区是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自身磷酸化位点。如胰岛素和各种生长因子的受体。
二聚体 自身磷酸化 酪氨酸蛋白激酶活性 底物磷酸化（SH2 、SH3）
4. NO气体信号通路
NO 鸟苷酸环化酶 cGMP 蛋白质磷酸化