细胞生物学-4-跨膜运输

科技前沿 • 2025-01-07 12:13 • 阅读 75

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Transport Processes Within a Composite Eukaryotic Cell

物质的跨膜运输对细胞的生存和生长至关重要；

物质通过细胞质膜的转运主要有三种途径：被动运输（包括简单扩散和协助扩散）、主动运输以及胞吞胞吐作用。

第一节膜转运蛋白与小分子及离子的跨膜运输

膜转运蛋白（membrane transport protein）

特征：脂双层疏水，对于绝大多数极性分子、离子以及细胞代谢产物的通透性极低，形成了细胞的渗透屏障。

膜转运蛋白有两类：

载体蛋白（carrier protein，transporter）:通过构象改变使溶质分子穿越细胞质膜，既可以介导被动运输，也可以介导主动运输。只允许于与载体蛋白上结合部位相结合的溶质分子通过，而且载体蛋白每次转运都发生自身构象的改变。
通道蛋白（channel protein）：形成一种水溶性通道，贯穿脂双层；只能介导顺电化学梯度的被动运输。主要根据溶质大小与电荷进行辩别，假设通道处于开放状态，那么足够小的和带电荷的分子和离子就能够通过。

（一）载体蛋白以及功能

多次跨膜；通过构想改变介导溶质分子跨膜转运；几乎存在所有类型的生物膜上。

与底物（溶质）特异性结合；具有高度选择性；通透酶（permease)，具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征；但对于溶质不做任何共价修饰。

不同部位的生物膜往往有各自功能相关的不同载体蛋白：

三大类： Three types of carrier-mediated transport.The schematic diagramshows carrier proteins functioning as uniports(单向转运),symports(同向协同转运), and antiports(反向协同转运).

（二）通道蛋白及其功能

通过形成亲水性通道，实现对特意溶质的跨膜转运；通道蛋白(channel protein)是横跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过(107-108个离子/秒)，故又称离子通道。

三种类型：离子通道（Ion channel）、孔蛋白（porin）、水孔蛋白（aquaporin,AQP）

大多数通道蛋白都是离子通道离子通道蛋白通常形成选择性和门控性跨膜通道；对离子的选择性取决于通道直径、形状以及通道内带电荷氨基酸分布。

离子通道两个显著特征以及类型

显著特征：转运速率极高；离子通道非连续性开放而是门控的；

驱动离子跨膜转运的动力来自溶质浓度梯度和跨膜电位差两种力的合力，即跨膜的电化学梯度（electrochemical gradient），运输方向顺电化学梯度进行。

类型：电压门通道（voltage-gated channel）、配体门通道（ligand-gated channel）、应力激活通道（stress-activited channel）。

1）配体门控通道——烟碱型乙酰胆碱受体

受控离子通道示意图，通道只有当蛋白质处于“开放”构型时才允许离子顺电化学梯度流动，

有四种不同亚蛋白质单位组成的五聚体跨膜蛋白（a2bro）

乙酰胆碱与受体结合之后，M2亚基上的亮氨酸残基从孔道旋转出去，形成的孔径大小允许膜外高浓度钠离子内流，膜内高浓度钾离子外流。