1、物质的跨膜运输,与信号转导,第一节 细胞膜是选择性半透膜,人工脂双层对各种分子的相对通透性,人工膜对各类物质的通透率： 脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小； 非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度较慢； 小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过； 人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。,第二节 小分子物质的跨膜运输,小分子：疏水分子如O2、CO2、N2、磺胺、苯等脂溶性物质。小的不带电荷的极性分子如尿素、甘油、H2O、乙醇等。大的不带电荷的极性分子如葡萄糖、氨基酸等。 离子： 钠离子、钾离子、钙离子、氢离
2、子、碳酸根离子、磷酸根离子、镁离子、氯离子等,根据是否需要ATP的参入，分为：被动运输（passive transport） ：不消耗细胞的代谢能（ATP），顺浓度梯度的运输。主动运输（active transport）：消耗细胞的代谢能（ATP），逆浓度梯度的运输。,被动运输和主动运输,一、被动运输,概念：是通过简单扩散或易化（协助）扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运转。 特点：运输方向 由高浓度向低浓度能量消耗 无膜转运蛋白 无 类型：简单扩散（simple diffusion）协助扩散（facilitated diffusion）,简单扩散,扩散现象： H2O中滴一滴墨水后的扩散现
3、象； CO、CH4等气体的扩散知识； 半透膜内外加入不同物质后的渗透现象。细胞膜有半透膜的特性，膜脂分子间有很小的间隙，部分小分子可直接通过此间隙由浓度高侧向浓度低侧扩散。,注：扩散-高浓度到低浓度,1、简单扩散,概念：又称为自由扩散（free diffusion）是疏水小分子或小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋白参与的跨膜运输方式。 特点： 沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散； 不需要提供能量； 没有膜蛋白的协助。 速度决定于：分子的大小，浓度差的大小，脂溶性大小。,进行简单扩散的分子有：,非极性小分子：如O2、N2、苯。 脂溶性物质：如乙醇、甾类激素、磺胺类等。 带电荷的极性小分子
4、：如CO2、H2O、甘油、尿素等 。,概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助 下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。 特点：转运速率高； 存在最大转运速率； 有膜转运蛋白参与，有特异性。膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。载体蛋白（carrier protein）：通过构象变化运输物质通道蛋白（channel protein）：形成通道、运输物质,2、协助扩散,膜转运蛋白的特点,载体蛋白有与转运物质特异性结合的位点，相当于结合在细胞膜上的酶，所以有通透酶的称号。通道蛋白横跨膜形成亲水通道，允许适宜大小的分子和带电荷的离子通过。,通道蛋白：,概念：通道蛋白（ch
5、annel protein）是横跨质膜的亲水性通道，允许适 当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。 特征：一是离子通道具有选择性；二是离子通道是门控的。,配体闸门通道：配体与受体结合，通道开放。 电压闸门通道：膜电位变化，启动通道开放。 离子闸门通道：特定离子浓度变化，启动通道。,类型：通道蛋白形成通道：持续开放（如水通道）间断开放（闸门通道）,进行通道扩散的分子有：离子、神经递质,配体门通道,表面受体与细胞外的特定物质（配体ligand）结合，引起门通道蛋白发生构象变化，结果使“门”打开,乙酰胆碱受体,电位门通道,电位门通道（voltage gated channel）是对细
6、胞内或细胞外特异离子浓度发生变化时，或对其他刺激引起膜电位变化时，致使其构象变化，“门”打开。,钾电位门通道,S4 段上的正电荷可能是门控电荷，当膜去极化时（膜外为负，膜内为正），引起带正电荷的氨基酸残基转向细胞外侧面，通道蛋白构象改变，“门”打开，大量K+外流，此时相当于K+的自由扩散。,通道蛋白介导的被动运输,例如：神经-肌肉兴奋，不到秒钟的时间内完成，这一过程包括四种通道顺次开放：,A、刺激神经冲动神经末梢，膜去极化，电压闸门通道钙离子通道开放，钙离子进入神经末梢，刺激乙酰胆碱（ACH）分泌到突触间隙中；B、ACH与突触后肌细胞膜上的受体结合，配体闸门钠离子通道开放，钠离子进入肌细胞，肌
7、细胞膜去极化；C、肌细胞膜上电压闸门钠离子通道开放，更多的钠离子进入肌细胞，肌细胞膜进一步去极化，产生动作电位，扩散到肌细胞膜；D、肌浆网上的离子闸门通道钙离子通道开放，钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩。,载体蛋白（carrier protein）,协助（易化）扩散：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等分子量较大，属不带电荷的极性分子，不能扩散通过脂双分子层，没有相应通道，必须通过膜上载体蛋白的协助才能通过膜，故名协助扩散。 协助扩散特点：高浓度低浓度；不消耗细胞代谢能；有载体帮助，当载体蛋白处于饱和状态时，速度最大。,载体蛋白（carrier protein）是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。可以和
8、特定的溶质分子结合，通过构象改变介导溶质的主动和被动跨膜运输。,载体蛋白的构象变化介导溶质A易化扩散(被动运输),二、主动运输,概念：主动运输（active transport）是指由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低的一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。 特点： 运输方向； 膜转运蛋白； 消耗能量。,主动运输所需能量的来源主要有：1. ATP直接提供能量（Na+K+泵、 Ca2+泵） 2. ATP间接提供能量 3. 光能驱动,主动运输所需能量的来源,进行主动运输的物质：,各种离子（如钠离子、钾离子、氯离子、碳酸根离子、钙离子等）。 葡萄糖、氨基酸等带电荷极性分子 。,载体蛋白
9、介导的主动运输(ATP直接供能) 离子梯度驱动的主动运输（ATP间接供能）,根据能量来源不同分为两种形式：,1、载体蛋白介导的主动运输,*膜上运输钠和钾离子的载体称“钠钾泵”或“钠钾ATP酶”。*下面以“钠钾泵”为例介绍载体蛋白介导的主动运输过程 和特点：钠-钾泵的组成： 大亚基（100000DN）：外侧：1、钾结合位点 2、鸟苯苷结合位点内侧：1、钠结合点 2、ATP结合点 小亚基（45000DN）：与大亚基结合，作用不明。,进行主动运输的载体又称“离子泵”,1.3Na+结合到结合位点上 2.酶磷酸化 3.酶构象变化，3Na+释放到细胞外 4.2K+结合到位点上 5.酶去磷酸化 6.2K+释
10、放到细胞内，酶构象恢复原始状态。,Na+-K+泵的作用：,产生和维持膜电位； 为葡萄糖、氨基酸的主动运输创造条件 ； 维持细胞的渗透压，例如：当肾小管细胞间隙钠过高时会导致细胞内水分外渗，细胞内缺水，人会感到口渴而饮水多。,钙泵（Ca2+ pump ）又称Ca2+ATP酶。钙泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，它将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来，以维持细胞内低浓度的游离Ca2+。钙泵在肌质网内储存Ca2+ ，对调节肌细胞的收缩与舒张是至关重要的。,Ca+ ATPase,Ca+ ATPase,Maintains low cytosolic Ca+ Present In Plasma and
11、 ER membranes,Model for mode of action for Ca+ ATPaseConformation change,膜上有许多进行主动运输的载体：Na+-K+ATP酶 Ca2+ATP酶 H+ ATP酶 Na+-H+交换载体 Cl-HCO3-交换载体等,2、离子梯度驱动的主动运输,主动运输的能量不是由ATP直接提供，而是由储存在膜上离子梯度中的能量来驱动的。 这类运输进行时，一种物质的运输必须依赖另一种物质的同时运输，故称为协同运输。,协同运输（cotransport）,是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。 物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度
12、，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。 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。 根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为：同向运输（symport）与对向运输（antiport）。,协同运输包括同向运输和对向运输,协同运输,两种物质同时相向转运，称对向运输（逆向协同运输）如： Na+-K+ Na+H+ Cl-HCl3- 如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。在某些细菌中，乳糖的吸收伴随着H+的进入。两种物质同时同向转运，称同向运输（同向协同运输）如： Na+-G Na+-aa动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方
13、式来转运H+，以调节细胞内的PH值。还有一种机制是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。浓度差+电位差电化学梯度 动物细胞中，Na+ 的电化学梯度通常是驱动另一种分子 主动运输的能量，如Na+ 梯度驱动G、aa的主动运输,细胞膜结构的方向性， 决定其物质运输功能 的方向性。,单运输 （被动或主动运输）协同运输 (主动运输）：同向运输对向运输,物质通过细胞膜的运输,图示,通道蛋白载体蛋白,同向运输 对向运输,单运输 协同运输,膜转运蛋白,（被动运输主动运输）,（被动运输）,3.主动运输的特点,逆浓度梯度（逆电化学梯度）
14、运输 需要能量（由ATP直接供能）或与释放能量的过程偶联（协同运输） 都有载体蛋白,4.主动运输所需的能量的直接来源,ATP 驱动的泵通过水解ATP 获得能量 协同运输中的离子梯度动力； 光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。,三 、物质的跨膜转运与膜电位,膜电位：对带电物质的跨膜运输在造成其浓度差的同时也造成其电位差，这些电位差的总和称为膜电位静息膜电位：阴阳离子通过跨膜运输达到一个精确的平衡状态，此时的膜电位称为静息膜电位动作电位：细胞受到刺激时，电压闸门钠离子通道通过运输离子使静息膜电位发生改变，此时的膜电位称为动作电位,极化现象：细胞的静息膜电位膜内为负值膜外为正值，这个状态称为极化去
15、极化：离子的转运使静息电位降低乃至消失的过程称为去极化,第三节 细胞表面受体与信号传导,细胞通讯(cell communication)是指一个细胞发出的信息可通过介质传递到另一个细胞，通过受体的识别和信号传递作用引起细胞产生相应的生物效应。,一、受体与配体的识别是信号转导的基础,细胞通讯有三种方式： （1）细胞通过信号分子进行相互通讯； （2）细胞间直接接触相互通讯； （3）细胞间通过间隙连接相互通讯。,路径：细胞识别 信号跨膜传递 生物效应。,（一）配体为细胞外的信号分子,配体是细胞外的信号分子，如：激素、药物、神经递质、毒素等。*脂溶性配体：为疏水小分子，可通过细胞膜与核膜，进而与胞质内
16、及核内受体结合形成配体受体复合物，直接调节基因的转录活性。*水溶性配体：不能穿过靶细胞的细胞膜或核膜，必须与细胞膜上的特异受体结合，由受体将信号转换为细胞可识别的胞内信号。,受体是细胞膜或细胞内的功能性糖蛋白，可特异地识别配体并与之结合，引起相应的生物效应。至少包括两个功能区域：配体结合区域和产生效应的区域。,膜受体：细胞膜上特异性的蛋白质或脂类分子。,受体: 膜受体胞内受体,（二）配体与受体的结合,胞浆受体核受体,受体与配体的空间结构必须互补，空间互补结构是产生受体配体效应的必要条件之一。,1. 膜受体的特性,特异性 高亲和性 可饱和性 可逆性,调节部位催化单位转换单位,2.膜受体的分子结构
17、,3.膜受体类型,3.1 离子通道受体的信息传导机制：受体自身为离子通道，信号（神经递质）与受体识别结合，开闭通道，离子流动，改变细胞膜的兴奋性。如N-AchR为Na+通道，r-氨基丁酸受体的 Cl- 通道3.2 催化受体的信息传导机制：自身是酶，具有TPK活性，主要是一些生长因子的受体，与配体结合即活化，使靶蛋白的酪氨酸残基磷酸化，引起细胞反应。有TPK活性，如EGFR、PDGFR等。（三）偶联G蛋白受体的信息传导机制：由G蛋白介导,将信息传递给第二信使,引起一系列胞内生物效应。有G蛋白介导，如多巴胺受体等。,单体型受体：一个蛋白分子 复合型受体：两个或多个蛋白分子,膜受体类型:,离子通道受
18、体,摧化受体,偶联G蛋白受体,图示 细胞表面信号三类受体模式图,4.膜受体的功能,膜受体的分布： 同一个细胞上有不同的受体 不同的细胞上有相同和不同的受体,膜受体的功能：信号跨膜传递细胞识别,细胞与细胞之间以及细胞内外之间存在着相互沟通、相互作用、相互依赖的关系，称为细胞的社会性。 细胞与细胞之间信息传递的一系列过程统称为信号传导。 信号传导的环节：1、信号分子和受体蛋白特异性结合2、信号由细胞膜外传递到细胞膜内3、启动细胞应答反应4、信号分子的失活或胞外刺激强度的消退,（三）细胞外信号转化为细胞内第二信使,Gene transcription Cell proliferation Cell
19、survival Cell death Cell differentiation Cell function Cell motility Immune responses,FUNCTIONS OF CELL COMMUNICATION,几个容易混淆的概念,细胞信号发放（cell signaling）：细胞释放信号分子，将信息传递给其它细胞。 细胞通讯（cell communication）：细胞发出的信息通过介质传递到另一个细胞产生相应反应的过程。 细胞识别（cell recognition）：细胞之间通过细胞表面的信息分子相互作用，引起细胞反应的现象。 信号转导（signal transdu
20、ction）： 指外界信号（如光、电、化学分子）作用于细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化，进而导致细胞应答反应的一系列过程。,1. 信号分子,种类：激素、神经递质、局部介质。 激素：为内分泌细胞分泌的一种化学物质，分为甾族和非甾族两大类，后者又可分为蛋白质（肽）类激素和氨基酸衍生类两种。 神经递质：是一类信号分子，由突触释放，能够瞬间传递到邻近的神经细胞。 局部介质：由多种细胞于局部释放的一类信号分子，只在局部发挥作用。,细胞外来的信号分子不论是与细胞表面受体结合还是与细胞质内或核内受体结合，这类信号分子称为第一信使。将在第一信使与受体介导下最早产生的可将信号向下游传递的信号分子称为第二信使
21、。 第二信使主要有：cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+。 第二信使的作用：信号转换、信号放大。,2. 信使分为三大类：,第一信使：配体，如激素、药物、神经递质等 第二信使：胞质中的信号物质 CAMP 、CGMP、 Ca2+ 、 IP3 、DG 第三信使：细胞核中的信号物质,第一信使通过膜受体的转导作用将信息指令传给第二信使，由第二信使启动并指导完成胞内一系列生物效应。第二信使的作用：直接作用于效应蛋白如离子通道，产生相应的生物效应或激活细胞内的蛋白激酶系统，引起级联反应，产生生物效应。 第三信使直接调节基因的活动。,细胞对信号的反应不仅取决于其受体的特异性，而且与细胞的固有特征有关。
22、有时相同的信号可产生不同的效应，如乙酰胆碱可引起骨骼肌收缩、降低心肌收缩频率，引起唾腺细胞分泌。 有时不同信号产生相同的效应，如肾上腺素、胰高血糖素，都能促进肝糖原降解而升高血糖。,二、由G蛋白偶联受体介导的信号转导,G蛋白偶联受体属于一类经过7次跨膜形成的超家族蛋白，有两个特性：其一受体中含有7段疏水性跨膜序列，N端在细胞外用以结合配体，C端位于细胞内用以激活G蛋白，其二受体必须与G蛋白结合才能产生信号传导效应。 G蛋白偶联的受体多为一些激素类受体。,G-protein linked receptor,G蛋白：鸟苷酸结合蛋白的总称，其共同特征是： 由三个亚单位组成，和亚基属于脂锚定蛋白；位于
23、细胞膜受体与效应器之间的转导蛋白；具有结合GDP或GTP的能力，有GTP酶活性；可激活效应蛋白，实现信息转导功能。作用：分子开关，激活第二信使。亚基结合GDP处于关闭状态，结合GTP处于开启状态。亚基具有GTP酶活性，能催化所结合的ATP水解，恢复无活性的三聚体状态，其GTP酶的活性能被GAP增强。,G蛋白的类型,受体：激活型受体（Rs）或抑制型受体（Ri） G蛋白：活化型调节蛋白（Gs）或抑制型调节蛋白（Gi） 同一个信号分子作用到不同的G蛋白偶联受体，可能产生截然相反的效果。,GTP-binding regulatory protein,G蛋白偶联受体的信息传导途径：,CAMP信号途径CG
24、MP信号途径IP3信号途径DG信号途径Ca2+信号途径,（一）cAMP信号途径 通过调节cAMP的浓度，将细胞外信号转变为细胞内信号。,腺苷酸环化酶：跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，催化ATP生成cAMP。 G活化后可催化细胞内侧的腺苷酸环化酶，使其活化,Adenylate cyclase,蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：由两个催化亚基和两个调节亚基组成。cAMP与调节亚基结合，使调节亚基和催化亚基解离，释放出催化亚基，激活蛋白激酶A的活性。,环腺苷酸磷酸二酯酶cAMP phosphodiesterase, PDE）：降解cAMP生成5-AMP，起终止信号的作
25、用。,Degredation of cAMP,CAMP信号途径：, 信号与受体结合，受体活化，构象改变，暴露与G蛋白的结合部位。 配体受体复合物与G蛋白结合，G活化，Gs构象改变，结合GTP Gs-GTP复合物与分离，暴露与AC的结合部位。 Gs-GTP与 AC结合，AC活化，分解 ATP为CAMP Gs分解GTP为 GDP，构型改变，与 AC分离， AC失活， Gs与结合，恢复静息状态。,cAMP信号通路对基因转录的激活,cAMP信号途径可表示为： 激素 G蛋白耦联受体G蛋白腺苷酸环化酶cAMP 依赖cAMP的蛋白激酶A基因调控蛋白磷酸化基因转录。 不同细胞对cAMP信号途径的反应速度不同：
26、 在肌肉细胞，1秒钟内可启动糖原降解为葡糖1-磷酸，而抑制糖原合成。 在某些分泌细胞，需要几个小时， 激活的PKA 进入细胞核，将CRE结合蛋白磷酸化，调节相关基因的表达。CRE（cAMP response element ）是DNA上的调节区域。,Gi调节模型 通过亚基与腺苷酸环化酶结合，直接抑制酶的活性； 通过亚基复合物与游离Gs的亚基结合，阻断Gs的亚基对腺苷酸环化酶的活化。 百日咳毒素抑制Gi的活性。,CAMP信号途径,胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联受体结合，激活质膜上的磷脂酶C（PLC-），使质膜上4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二酰基甘
27、油（diacylglycerol, DAG）。 DAG激活蛋白激酶C（PKC）： IP3开启胞内IP3门控钙通道，Ca2+浓度升高，激活钙调蛋白。,（二）磷脂酰肌醇途径,细胞膜中约5%的肌醇磷脂（PI） ，分布于膜内层，在ATP作用下， PI磷酸化形成PIP2 （4，5二磷酸肌醇）。 受体+配体 活化Gp Gp +磷脂酶C 磷脂酶C活化 P1P2 IP3+DAG （第二信使）,PIP2 Hydrolysis,Inositol phospholipid signaling,Mimicked by ionomycin,钙调蛋白（calmodulin，CaM）可结合钙离子将靶蛋白（如：CaM-Kin
28、ase）活化。 蛋白激酶C位于细胞质，Ca2+浓度升高时，PKC转位到质膜内表面，被DG活化，PKC属蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶。 IP3信号的终止是通过去磷酸化形成IP2、或磷酸化为IP4 。Ca2+被质膜上的钙泵和Na+- Ca2+交换器抽出细胞，或被内质网膜上的钙泵抽回内质网。 DAG通过两种途径终止其信使作用：一是被DAG激酶磷酸化成为磷脂酸，进入磷脂酰肌醇循环；二是被DAG酯酶水解成单酯酰甘油。,Controls on Cytosolic Calcium,磷脂酰肌醇途径与CAMP途径比较：,CAMP途径 磷脂酰肌醇途径G蛋白 Gs Gi Gp效应器 AC 磷脂酶C底物 ATP P1P2第
29、二信使 CAMP IP3 DAG,（三）其它G蛋白偶联型受体,1化学感受器中的G蛋白 存在于嗅觉和味觉化学感受器中，类型繁多，不同细胞具有不同的受体，感受不同的气味。 气味分子与G蛋白偶联型受体结合，可激活腺苷酸环化酶，产生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道（cAMP-gated cation channel），引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。,2视觉感受器中的G蛋白,黑暗条件下视杆细胞中cGMP浓度较高，cGMP门控钠离子通道开放，钠离子内流，膜去极化，突触持续向次级神经元释放递质。 有光时cGMP浓度下降的负效应起传递光刺激的作用。 光信号Rh激活Gt活化cG
30、MP磷酸二酯酶激活胞内cGMP减少Na+离子通道关闭离子浓度下降膜超极化神经递质释放减少视觉反应。 视紫红质（rhodopsin, Rh）为7次跨膜蛋白，由视蛋白和视黄醛组成。,Role of cGMP in Photoreception,三、第二信使的作用 cAMP的作用,cAMP PKA （绝大多数细胞），调节代谢，促进细胞分化。 离子通道（嗅上皮细胞），调节离子通道的通透性。,cGMP的作用,cGMP PKG（绝大多数细胞），调节代谢，促进细胞分裂。 离子能道（视网膜光感受器），调节离子通透性。,IP3 ER上 IP3受体钙库释放Ca2+ 胞内Ca2+上升级联反应 生物效应； DAG 蛋
31、白激酶 C 蛋白酶的磷酸化生物效应； Ca2+ CaM， Ca2+的作用广泛，如肌肉收缩、 Ach释放等。,IP3 、 DAG 、Ca2+的作用：,例如：肾上腺素引起肝细胞糖元分解,在信号转导过程中，信号逐级放大,信号与细胞效应总结,图示 第一信号、第二信号与细胞效应,第四节 膜转运系统及膜受体与疾病,膜转运系统及膜受体与疾病，根据相关的理论了解教材介绍疾病的发病机理,完,一、 大分子物质的转运,囊泡运输（vesicular transport） 胞吐作用（exocytosis） 胞吞作用（endocytosis）,（一）囊泡运输（vesicular transport）,细胞内膜系统之间的物
32、质传递常常通过囊泡运输方式进行。各类运输囊泡之所能够被准确地运到靶细胞器，主要取决于膜的表面识别特征。 大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽的方式产生的。其表面具有一个笼子状的由蛋白质构成的衣被（coat）。这种衣被在运输小泡与靶细胞器的膜融合之前解体。,囊泡运输,一、衣被类型,已知三类： 网格蛋白（clathrin） COPI COPII主要作用： 选择性的将特定蛋白聚集在一起，形成运输小泡； 如同模具一样决定运输小泡的外部特征。,网格蛋白(clathrin),因其覆盖在囊泡表面呈一层纤维状，因此得名。它由3个外展得臂组成，每一臂含有1条重链和1条轻链，重链的分子量180kD，轻链为3540
33、kD。,结合素(adaptin),网格蛋白和囊泡之间是通过转接蛋白来连接，这类转 接蛋白统称为结合素。 它一端与网格蛋白重链末端结合，另一端与被转运的“ 货物”分子衔接，具有催化网格蛋白聚合的作用。 结合素目前发现有四种： AP1、 AP2、 AP3和还在研 究中的一种。,1、网格蛋白衣被小泡,动力素（dynamin)动力素：是一种小分子GTP结合蛋白，由900个氨基酸组成，在质膜内凹有被小窝的颈部形成环状结构，可与GTP结合并水解，将囊泡“缢”割下来。,Clathrin coated vesicles,2、COP I衣被小泡,COP I包被蛋白为多亚基组成的多聚体，包括、和。 功能：负责回收
34、、转运内质网逃逸蛋白（escaped proteins）返回内质网。回收信号：Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）和Lys-Lys-X-X （KKXX）。 COP I还可以介导高尔基体不同区域间的蛋白质运输。,Lys-Asp-Glu-Leu（KDEL）,Cop I Vesicles,3、COP衣被小泡,介导从内质网到高尔基体的物质运输。由多种蛋白质构成，Sar1GTP酶与Sec22/Sec24复合体结合在一起，Sec13/Sec31复合体覆盖在外层。衣被小泡形成的部位，称为内质网出口（exit sites），该处没有核糖体。大多数跨膜蛋白是直接结合在COP II衣被上，少数跨膜蛋白和多数
35、可溶性蛋白通过受体与COP II衣被结合。分选信号位于跨膜蛋白胞质面的结构域，形式多样，有些包含双酸性基序DEXDE ，如Asp-X-Glu序列 。,Cop I and II Vesicles,三种衣被小泡的功能,二、衣被形成,衣被是在一类叫作衣被召集GTP酶（coat-recruitment GTPase）作用下形成的，为单体GTP酶（monomeric GTPase），即G蛋白。调节因子有： 鸟苷酸交换因子（guanine-nucleotide exchange factor, GEF） GTP酶激活蛋白（GTPase activating protein, GAP）。 衣被召集GTP酶包
36、括ARF蛋白和SAR 1蛋白。 ARF参与高尔基体上笼形蛋白衣被与COP I衣被的形成。 SAR 1参与内质网上COP II衣被的形成。,衣被召集GTP酶存在于细胞质中，但处于结合GDP的失活状态。 内质网上形成COPII衣被小泡时，SAR1释放GDP，结合GTP而激活。 激活的SAR 1暴露出一条脂肪酸的尾巴，插入内质网膜，促进衣被蛋白的核化和组装，形成运输小泡。 活化的SAR1还可以激活磷脂酶D（phospholipase D），将一些磷脂水解，使形成衣被的蛋白牢固地结合在膜上。 当衣被小泡从膜上释放后，衣被很快就解体。,Coat assembly,三、囊泡运输的定向机制,（一）SNARE
37、s soluble NSF attachment protein receptor的作用是介导运输小泡与靶膜的融合。动物细胞中已发现20多种SNAREs，位于运输小泡上的叫作v-SNAREs，位于靶膜上的叫作t-SNAREs。v-和t-SNAREs都具有一个螺旋结构域，能相互缠绕形成跨SNAREs复合体（trans-SNAREs complexes），将运输小泡的膜与靶膜拉在一起，实现运输小泡特异性停泊和融合。,SNAREs in vesicle transport,在神经细胞中SNAREs负责突触小泡的停泊和融合。破伤风毒素和肉毒素等细菌分泌的神经性毒素实际上是一类特殊的蛋白酶，能够选择性地
38、降解SNAREs，从而阻断神经传导。病毒融合蛋白的工作原理与SNAREs相似，介导病毒与宿主质膜的融合。,SNAP25由两条-螺旋肽链组成，常与t-SNAREs相伴，为v-SNAREs的受体。SNAP25通过两条链分别与t-SNAREs和v-SNAREs结合，将双方牢牢系住。,四、囊泡的融合机制,Rabs也叫targeting GTPase，属于单体GTP酶，已知30余种，不同膜上具有不同的Rabs。 Rabs对运输小泡的融合起重要作用。,（二）胞吐作用（exocytosis）,胞吐作用,exocytosis,包含大分子物质的小囊泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融，将物质排出细胞之外。,蛋白质
39、转入内质网合成的过程：,信号肽与SRP结合肽链延伸终止SRP与受体结合SRP脱离信号肽肽链在内质网上继续合成，同时信号肽引导新生肽链进入内质网腔信号肽切除肽链延伸至终止。这种肽链边合成边向内质网腔转移的方式，称为co-translation。,Insertion of a Multipass Transmembrane protein into the ER membrane,（二）、蛋白质的修饰与加工,包括糖基化和二硫键形成等，其中最主要的是糖基化，几乎所有内质网上合成的蛋白质最终被糖基化。 糖基化的作用： 使蛋白质能够抵抗消化酶的作用； 赋予蛋白质传导信号的功能； 某些蛋白只有在糖基化之后
40、才能正确折叠。,糖基一般连接在天冬酰胺残基的NH2连接，糖为N-乙酰葡糖胺。内质网上进行N-连接的糖基化。糖的供体为核苷糖，如CMP-唾液酸、GDP-甘露糖、UDP-N-乙酰葡糖胺。糖分子首先被糖基转移酶转移到膜上的多萜醇（dolichol phosphate）分子上，装配成寡糖链。再被寡糖转移酶转到新合成肽链特定序列（Asn-X-Ser或Asn-X-Thr）的天冬酰胺残基上。,Protein glycosylation in RER,（三）、新生肽链的折叠、组装和运输,COP II介导由内质网输出的膜泡运输，这种膜泡由内质网的排出位点（exit sites）以出芽的方式排出，进入高尔基体。
41、不同的蛋白质在内质网腔中停留的时间不同，这主要取决于蛋白质完成正确折叠和组装的时间，这一过程是在属于伴侣蛋白的作用下完成的，需要消耗能量。 有些无法完成正确折叠的蛋白质被输出内质网，转入溶酶体中降解掉，大约90%的新合成的T细胞受体亚单位和乙酰胆碱受体都被降解掉，而从未到达靶细胞膜。,三、主要功能,1、参与细胞分泌活动 RER上合成蛋白质进入ER腔COPII运输泡进入CGN在medial Gdgi中加工在TGN形成运输泡运输与质膜融合、排出。 高尔基体对蛋白质的分类，依据的是蛋白质上的信号肽或信号斑。 2、蛋白质的糖基化 O-连接的糖基化在高尔基体中进行，糖的供体为核苷糖。,组成型的外排途径（
42、constitutive exocytosis pathway）：由高尔基体TGN区分泌囊泡向质膜运输的过程，其作用在于更新膜蛋白和膜脂、形成细胞外基质、或作为营养成分和信号分子。通过default pathway完成蛋白质转运过程。 调节型外排途径（regulated exocytosis pathway）：分泌物（如激素、或酶）储存在分泌泡内，当细胞在受到胞外信号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释放出去。,两种胞吐形式,高尔基体分泌 功能示意图,（三）胞吞作用（endocytosis）,胞吞作用,概念：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡）， 将外界物质裹进并输入细胞的过程。 类型：胞
43、饮作用（pinocytosis）胞噬作用（phagocytosis）,胞饮作用,特点：胞吞物为液体和溶质；形成的胞吞泡小（直径小于150nm）；连续发生的过程；网格蛋白和结合素蛋白。,有被小泡,细胞吞入液体或极小的颗粒物质。,二、胞饮作用,胞噬作用,特点：胞噬物为大分子和颗粒物质；形成的胞吞泡大（直径大于250nm）；信号触发过程； 作用：防御侵染和垃圾清除工。,细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用。,一、胞噬作用,受体介导的内吞,受体介导的内吞作用是一种选择浓缩机制。低密脂蛋白、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。,胆固
44、醇的吸收：胆固醇主要在肝细胞中合成，随后与磷脂和蛋白质形成低密脂蛋白（low-density lipoproteins，LDL），释放到血液中。LDL颗粒的质量为3X106Da，芯部含有被长链脂肪酸酯化胆固醇分子。周围由磷脂和胆固醇构成的脂单层包围，并且还有一个较大的Apo-B蛋白（配体）。,LDL Particle,当细胞进行膜合成需要胆固醇时，细胞即合成LDL跨膜受体蛋白，并将其嵌插到质膜中。受体与LDL颗粒受体结合后，形成衣被小泡；进入细胞质的衣被小泡随即脱掉成笼蛋白衣被，成为平滑小泡，同早期内体融合，内体中PH值低，使受体与LDL颗粒分离；再经晚期内体将LDL送人溶酶体。在溶酶体中，LDL颗粒中的胆固醇酯被水解成游离的胆固醇而被利用。 受体回收途径：大部分受体返回，有些进入溶酶体在那里被消化，还有些“穿行转运”。,LDL endocytosis,Recycling of LDL receptors,LDL Endocytosis,穿胞运输 在细胞的一侧形成胞饮小泡穿越细胞质，另一侧使小泡中的物质释放出去。如： 肝细胞从血窦中吸收免疫球蛋白A（IgA），通过穿胞运输输送到胆微管； 大鼠中，母鼠血液中的抗体经穿胞运输进入乳汁。,
