特点：膜电位变化可引起构象变化，“门”打开。Na+、K+、Ca2+电位门通道结构相似。 3、应力激活通道
特点：感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。
两类应力激活通道：
一类对牵拉敏感，为2价或1价的阳离子通道，有Na+、K+、Ca2+，以Ca2+为主，几乎存在于所有的细胞膜。
另一类对剪切力敏感 ，仅发现于内皮细胞和心肌细胞。
二、小分子物质的跨膜运输 小分子易于大分子 非极性分子易于极性分子 带电离子高度不通透
（一）、简单扩散也叫自由扩散（free diffusion）： ①沿浓度梯度（或电化学梯度）直接通过脂双层； ②不需要提供能量； ③没有膜转运蛋白协助。 （二）、被动运输
也称促进扩散（facilitated diffusion）：糖、氨基酸、核苷酸及细胞代谢物等顺浓度或电化学势梯度的不需要提供能量的跨膜转运 载体：转运蛋白
特点： ①转运速率高； ②运输速率同物质浓度成非线性关系，具有最大运转速率； ③特异性，对溶质的亲和性不同；④饱和性
1、葡萄糖转运蛋白：葡萄糖浓度决定其转运方向 2、水孔蛋白（水通道）
20世纪80年代，Agre发现第一个水孔蛋白CHIP28 （28 KD ）
目前已发现至少200种此类蛋白，被命名为水孔蛋白（Aquaporin，AQP）。
功能：肾小管水的重吸收；脑中排出额外的水；唾液和眼泪的形成等
4个亚基组成的四聚体，每个亚基由6个跨膜α螺旋组成
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。 （三） 主动运输
主动运输（active transport）：由载体蛋白介导的物质逆浓度或电化学势梯度的与某种释放能量的过程相耦联的跨膜转运方式
特点：
①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输； ②都有载体蛋白； ③需要能量。 能量来源：
① 协同运输中的离子梯度动力（耦联转运蛋白）； 协同运输（cotransport）
靠间接提供能量完成主动运输。所需能量来自膜两侧离子的浓度梯度。动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。 1、同向协同（symporter）
如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。某些细菌对乳糖的吸收伴随着H+的进入。 2、反向协同（antiporter）
如Na+驱动的Cl--HCO3-交换，即Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如存在于红细胞膜上的带3蛋白。
② ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量； ③ 光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌，如菌紫红质利用光能驱动H+的转运。 第二节 ATP驱动泵与主动运输
ATP驱动泵：将ATP水解，利用释放的能量将小分子物质或离子进行跨膜转运，又称转运ATPase。 1、P-type (phosphorylation) ：如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。 2、V-type (vacuole) ：存在于各类小泡膜上，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、植物液泡膜上。
3、F-type (energy-coupling factors ) ：利用质子动力势合成ATP，即ATP合酶，位于线粒体内膜上。 4，ABC超家族 一、P型泵 （一）钠钾泵
构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，也叫Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。 工作原理：
对离子的转运循环依赖自身磷酸化过程，所以叫做P-type离子泵。每个周期转出３个钠离子，２个钾离子。
钠钾泵的生理功能： ①维持细胞的静息电位。
②维持细胞的渗透性，保持细胞体积； ③胞外高Na+能量储存，利于吸收营养
（二）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。 二、质子泵
三、ABC 超家族（ABC superfamily）
最早发现于细菌，是一庞大的蛋白家族，都有两个高度保守的ATP结合区（ATP binding cassette）。 特异性：一种ABC转运器只转运一种或一类底物，不同成员可转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、蛋白质。
Mammalian MDR1 protein
ABC转运器与病原体对药物的抗性有关。MDR （multidrug resistance protein，多药抗性蛋白）是第一个被发现的真核细胞ABC转运器，约40%患者的癌细胞内该基因过度表达。 四、离子跨膜转运与膜电位
静息电位（resting potential）：细胞在静息状态下的膜电位；（-70到-30 mV）；钠、钾离子通道关闭 动作电位（active potential） ：在刺激作用下产生行使通讯功能的快速变化的膜电位；
极化（polarization）：静息电位是细胞质膜内外相对稳定的电位差，内负外正的现象；
去极化（depolarization）：细胞接受阈值刺激，钠离子通道打开，瞬间大量钠离子流入细胞使静息电位减少乃至消失的过程；
反极化（hyperpolarization）：钠离子通道关闭，钾离子通道打开，钾离子流出细胞外使质膜再度极化，甚至超过原来的静息电位——超极化期。 静息状态→去极化期→反极化期→超极化期→阈电位
静息状态：Na+，K+通道关闭 去极化期：Na+通道打开
反极化期：Na+通道失活， K+通道打开 超极化期：Na+通道失活， K+通道关闭 离子流与动作电位的关系 讨论：主动与被动运输的比较?
第三节、胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis）
作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，在转运过程中物质包裹在脂双层膜围绕的囊泡中，又称膜泡运输；或称批量运输（bulk transport）。属于主动运输。
一、胞吞作用的类型
●概念：通过细胞膜内陷形成囊泡，称胞吞泡（endocytic vesicle），将外界物质裹进并输入细胞的过程。
●类型：胞饮作用（pinocytosis）与吞噬作用（phagocytosis）。
吞噬作用：吞噬细胞和原生动物通过细胞膜从周围环境摄取固体颗粒，并在其内部形成吞噬体的过程。
吞噬作用是细胞内吞作用的特殊形式，是将周围环境中的固体颗粒例如细菌等通过小泡的形式吞食进入细胞内部。对于一些细胞而言，吞噬作用是为了获取营养物质 而在免疫系统中，这一细胞机制更多地用于清理病原体和细胞碎片等。细菌、死亡的组织细胞以及矿物质微粒都可以成为被吞噬的对象。对于单细胞生物而言，吞噬作用与进食活动是同源的。
根据胞吞物质是否具有专一性分为：受体介导的胞吞作用和非特异性的胞吞作用
受体介导的胞吞作用是一种选择浓缩机制，既可保证细胞大量地摄入特定的大分子，同时又避免了吸入细胞外大量的液体。低密度脂蛋白、运铁蛋白、生长因子、胰岛素等蛋白类激素、糖蛋白等，都是通过受体介导的内吞作用进行的。该途径也会被流感病毒和HIV病毒利用
胞饮作用——网格蛋白依赖的胞吞作用
胞内体是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞吞作用新摄入的物质到溶酶体被降解。膜泡运输的主要分选站之一 受体在胞内体中的分选途径：
1、返回原来的质膜结构域，如LDL受体 2、进入溶酶体被消化，如表皮生长因子受体 3、转胞吞作用：至质膜不同的结构域，如具有极性的上皮细胞一侧通过胞吞作用摄入，另一侧通过胞吐作用输出物质
二、胞吞作用于细胞信号转导 1、胞吞作用对信号转导的下调
EGF受体及EGF吞入胞内降解，导致细胞信号转导活性下调
2、胞吞作用对信号转导的激活 Notch信号通路 三，胞吐作用
● 胞吐作用：将细胞内的分泌泡或其他膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程
●组成型的外排途径（constitutive exocytosis
pathway）
所有真核细胞从高尔基体分泌的囊泡向质膜流动并与之融合的连续分泌过程。用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养或信号分子） 去限定途径（default pathway）：除某些有特殊标志的駐留蛋白和调节型分泌泡外，其余蛋白的转运途径：粗面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞表面 ● 调节型外排途径（regulated exocytosis pathway） 特化的分泌细胞 储存——刺激——释放 本章小结 第一节： 一、简单扩散
①沿浓度梯度扩散②不需要提供能量③没有膜蛋白协助 二、协助扩散
① 转运速率高② 非线性关系 ③ 特异性④ 饱和性
第二节： 主动运输
①逆浓度梯度运输②需要能量③都有载体蛋白 一、钠钾泵二、钙离子泵三、质子泵四、ABC转运器五、协同运输
第三节：胞吞与胞吐作用 一、胞吞：胞饮与吞噬 二、胞吐：组成型与调节型
第六章 细胞的能量转换─
第一节 线粒体与氧化磷酸化
1890年，R. Altaman发现线粒体，命名为生命小体bioblast。
1897年，Benda将这种颗命名为mitochondrion。 1900年，L. Michaelis用Janus Green B 对线粒体进行染色，发现线粒体具有氧化作用。 1904年，在植物细胞中发现了线粒体。
至20世纪50年代，证实三羧酸循环，氧化磷酸化和脂肪酸氧化等重要的能量代谢过程均发生在线粒体中。
现在线粒体的结构和功能的研究已经深入到分子水平。
一、基本形态及动态特征 （一）形态、分布及数目
形状：线粒体一般呈粒状或短线状。具有多形性、易变性、运动性和适应性等特点 化学组成：蛋白质、脂类和核酸。
大小：一般直径0.3~1μm，长1.5~3.0μm，在人成纤维细胞中可长达40μm，称巨线粒体。
数量及分布：（不同类型相差大）与能量需求相关 植物细胞少于动物细胞（叶绿体可代替部分功能）；动物细胞代谢旺盛的细胞多；通常结合在微管上，分布在细胞功能旺盛的区域。（许多哺乳动物成熟的红细胞中无线粒体）。 （二）线粒体的融合与分裂 形态调节的基本方式
融合——大体积的线条状或片层状线粒体 分裂——形成小体积的颗粒状线粒体 线粒体数目调控的基础
融合与分裂处于平衡状态——数目与体积不变 线粒体数目和体积调控的生物学意义 体积小——易于依赖细胞骨架的动态运输 体积大——细胞特定区域相对静态分布
线粒体融合与分裂的偶联——线粒体间共享遗传信息
（三）线粒体融合与分裂的分子及细胞生物学基础 1.分子生物学基础
融合基因——定位于线粒体外膜——编码GTPase 分裂基因——定位于细胞质——编码GTPase 2，.细胞生物学基础 线粒体融合与分裂装置 融合装置：不明
分裂装置：分裂环（内外环） 线粒体分裂3个阶段
早期：准备阶段，内环先于外环形成； 中期：线粒体膜环形内陷，外环加粗； 后期：线粒体膜被分断，内环消失。 二、线粒体的超微结构
线粒体（mitochondrion）是由两层单位膜套叠而成的封闭的囊状结构。
包括：外膜（outer membrane）、内膜（inner membrane）、膜间隙（intermembrane）和基质（matrix）四个功能区隔 。
,外膜：具有孔蛋白构成的亲水通道，允许小分子物质自由通过。外膜通透性高，标志酶为单胺氧化酶。 内膜：内膜内陷形成嵴（cristae）来扩大内膜表面积。嵴有两种类型，板层状和管状。心磷脂含量高，通透性很低，H+和ATP等不能自由通过，必需有载体蛋白和通透酶参与。嵴膜上有基粒，基粒由头部（F1偶联因子）和基部（F0偶联因子）构成。标志酶为细胞色素氧化酶。
膜间隙：内外膜之间的间隙，延伸到嵴的轴心部。标志酶为腺苷酸激酶。
基质：可溶性蛋白质的胶状物质。标志酶为苹果酸脱氢酶。 三、氧化磷酸化
氧化磷酸化——指物质在体内氧化时释放的能量供给ADP与无机磷合成ATP的偶联反应； 实质是电子从NADH或FADH2经呼吸链传递给氧形成水时，同时伴有ADP磷酸化形成ATP的过程。 必需环节：
ATP合酶；电子传递；线粒体内膜（质子驱动力） （一）ATP合酶
ATP合酶（ATP synthetase）或F1 F0-ATP酶，成蘑菇状。分布于线粒体和叶绿体中，在跨膜质子动力势的推动下，ADP磷酸化生成ATP，参与氧化磷酸化和光合磷酸化。 结构组成
ATP合成酶的分子结构由突出于膜外的F1头部和嵌入膜中的F0基部两部分组成。
ATP合成酶是一种可逆性复合酶，既能利用质子动力势合成ATP, 又能水解ATP将质子从基质泵到膜间隙 。
F1头部：为水溶性的蛋白质，从内膜突出于基质，比较容易从膜上脱落。它可以利用质子动力势合成ATP，也可以水解ATP，转运质子，属于F型质子泵。
F1是由9个亚基组成的α3β3γδε复合体， 具有三个ATP合成的催化位点（一个/β亚基）。 α和β单位交替排列成桔瓣状结构。
γ贯穿αβ复合体，发挥转子的作用来调节三个β 亚基催化位点的开放和关闭，并与F0接触， ε帮助γ与F0结合。
δ与F0的两个b亚基形成固定αβ复合体的结构（相当于定子）。
F0基部：嵌合在内膜上的疏水蛋白复合体，形成一个跨膜的质子通道。
ab2c10-12复合体，c亚基构成环状结构，a亚基与b亚基二聚体和F1的δ亚基共同组成“定子” 1979年代Boyer P提出构象偶联假说，其要点如下： 1．ATP酶利用质子动力势，产生构象的改变，改变与底物的亲和力，催化ADP与Pi形成ATP。 2．F1具有三个催化位点，同一时间，三个催化位点的构象不同，与核苷酸的亲和力也不同。 在L构象（loose），ADP、Pi与酶疏松结合； 在T构象（tight）底物（ADP、 Pi）与酶紧密结合在一起，并形成ATP；
在O构象（open）ATP与酶的亲和力很低，被释放出去。
3．质子通过F0时，引起c亚基构成的环旋转，从而带动γ亚基旋转，由于γ亚基的端部是高度不对称的，它的旋转引起β亚基3个催化位点构象的周期性变化（L、T、O），不断将ADP和Pi加合在一起，形成ATP。 支持构象偶联假说的实验
1．日本的吉田（Massasuke Yoshida）等人将α3β3γ固定在玻片上，在γ亚基的顶端连接荧光标记的肌动蛋白纤维，在含有ATP的溶液中温育时，在显微镜下可观察到γ亚基带动肌动蛋白纤维旋转。 2．在另外一个实验中，将荧光标记的肌动蛋白连接到ATP合酶的F0亚基上，在ATP存在时同样可以观察到肌动蛋白的旋转。 （二）质子驱动力
线粒体内膜上的电子传递为膜间隙和基质之间的质子浓度梯度提供保证，H+跨膜电位差和质子浓度梯度形成质子驱动力 （三）电子传递链
概念：有序排列在线粒体的内膜，能可逆的接受和释放电子或H+的酶体系称为电子传递链或呼吸链。
呼吸链电子载体主要有5种：黄素蛋白、细胞色素、铜原子、铁硫蛋白、泛醌等。
黄素蛋白：含FMN或FAD的蛋白质，每个FMN或FAD可接受2个电子和2个质子。
细胞色素：以铁卟啉为辅基的色蛋白，通过Fe3+、Fe2+形式变化传递电子。呼吸链中有5类，即细胞色素a、a3、b、c、c1，其中aa3含有铜原子。 铁硫蛋白：在其分子结构中每个铁原子和4个硫原子结合，通过Fe2+ 、 Fe3+互变进行电子传递，有2Fe-2S和4Fe-4S两种类型。
铜原子：类似于铁硫蛋白的结构，通过Cu2+、Cu1+的变化传递电子。
泛醌：是脂溶性小分子量的醌类化合物，通过氧化和还原传递电子。有3种氧化还原形式即氧化型醌Q，QH2和自由基半醌（QH）。 （四）电子传递链的复合物
利用脱氧胆酸（deoxycholate，一种离子型去污剂）处理线粒体内膜、分离出呼吸链的4种复合物，即复合物Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ。
泛醌和细胞色素C不属于任何一种复合物。 泛醌溶于内膜，
细胞色素C位于线粒体内膜的C侧，属于膜的外周蛋白。 复合物Ⅰ
NADH脱氢酶，以二聚体形式存在，作用是催化NHDH的2个电子传递至泛醌，同时将4个质子由线粒体基质（M侧）转移至膜间隙（C侧）。 电子传递的方向为：NADH→FMN→Fe-S→UQ 电子传递体和质子移位体 复合物Ⅱ
琥珀酸脱氢酶，含有一个FAD，2个铁硫蛋白，作用是催化电子从琥珀酸转至泛醌。不转移质子 电子传递的方向为：琥珀酸→FAD→Fe-S→UQ 复合物Ⅲ
细胞色素c还原酶，以二聚体形式存在，每个单体包含两个细胞色素b、一个细胞色素c1和一个铁硫蛋白。催化电子从泛醌传给细胞色素c，每转移1对电子，同时将4个质子由线粒体基质泵至膜间隙。 电子传递体和质子移位体 复合物Ⅳ
细胞色素c氧化酶，以二聚体形式存在，将细胞色素c接受的电子传给氧，每转移1对电子，在基质侧消耗2个质子，同时转移2个质子至膜间隙。 电子传递体和质子移位体 四、线粒体与疾病
克山病：心肌线粒体硒含量明显降低，硒对线粒体膜具有稳定作用。
年龄增加与线粒体变化：数量减少，体积增大，内容物网状化，损伤性mtDNA增多
衰老与线粒体：线粒体是细胞内自由基的源泉，决定细胞衰老（SOD活性降低）
与细胞凋亡有关：释放细胞色素c参与凋亡 植物的细胞质雄性不育 第二节 叶绿体与光和作用
● 叶绿体(Chloroplast)的基本形态及动态特征 ● 叶绿体的超微结构 ● 光合作用(photosynthesis) （一）叶绿体的形态、分布及数目
叶绿体内膜并不向内折叠成嵴；内膜不含电子传递链；除了膜间隙、基质外，还有类囊体；捕光系统、电子传递链和ATP合成酶都位于类囊体膜上。 异同点
（二）叶绿体的分化与去分化 ◆由原质体（proplastid）分化而来。
原质体：有色体；白色体；叶绿体；蛋白质体；淀
粉质体等
◆分化于幼叶的形成和生长阶段
◆特定情况下，分化是可逆的：植物组织培养形成愈伤组织
（三）叶绿体的分裂
具有分裂环（内外环），与线粒体相似
分裂环的缢缩——叶绿体分裂的细胞动力学基础 叶绿体分裂装置——与叶绿体分裂相关蛋白组成的分裂功能单位——包括分列环及其它相关蛋白质
二、叶绿体的超微结构 叶绿体膜
叶绿体由内膜和外膜组成，膜间为10~20nm的膜间隙。外膜通透性大，含有孔蛋白； 内膜通透性较低，含有转运蛋白 类囊体
在叶绿体基质中，由许多单位膜封闭形成的扁平小囊。
基粒类囊体：象圆盘一样叠在一起的类囊体。基粒片层。
基质类囊体：贯穿在两个或两个以上基粒之间的没有发生垛叠的类囊体。基质片层。 基质
是内膜与类囊体间的流动性成分，中间悬浮着片层系统。
主要成分包括：碳同化相关的酶类（RUBP羧化酶）、叶绿体DNA、蛋白质合成体系、一些颗粒成分等。第三节 线粒体和叶绿体的半自主性及其起源 ●线粒体和叶绿体的DNA ●线粒体和叶绿体的蛋白质
●线粒体和叶绿体基因组与细胞核的关系 ●线粒体与叶绿体的起源 半自主性细胞器：
自身含有遗传表达系统(自主性)；但编码的遗传信息十分有限，其RNA转录、蛋白质翻译、身构建和功能发挥等必须依赖核基因组编码的遗传信息(自主性有限)。
（一）线粒体和叶绿体的DNA
● mtDNA /cpDNA形状、数量、大小 双链环状， cpDNA比mtDNA大且多
● mtDNA和cpDNA均以半保留方式进行自我复制
mtDNA S和G2期复制； cpDNA G1期复制● mtDNA和cpDNA的复制受核的控制，DNA聚