膜α 螺旋，形成底物运输通路决 定底物特异性 – 2 个胞质侧ATP 结合域，有 ATPase 活性
• ATP 分子结合诱导 2 个ATP 结合域二聚化，引起转运蛋白 构象改变，使底物结合部位暴 露于质膜的另一侧
（二）ABC 转运蛋白与疾病
Mammalian MDR1 protein
ABC 转运器与病原体对药物的抗性有关。 MDR （ multidrug
四、离子跨膜转运与膜电位
四、离子跨膜转运与膜电位
第三节 胞吞作用与胞吐作用
• 真核细胞通过胞吞作用和胞吐作用完成大分子与颗粒性物 质的跨膜运输，如蛋白质、多核苷酸、ure 13-1 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
Fig. Xenopus oocytes microinjected with AQP1 mRNA swell rapidly when placed in a hypo-osmotic medium, in contrast to noninjected oocytes.
/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/popular.html
（一）载体蛋白及其功能
• 不同部位的生物膜往往含有各自功能相关的不同 载体蛋白
（二）通道蛋白及其功能
• 3 种类型：离子通道、孔蛋白以及水孔蛋白 • 大多数通道蛋白都是离子通道 • 转运底物时，通道蛋白形成选择性和门控性跨膜通道
水孔蛋白
离子通道 孔蛋白
Main Porin From Mycobacterium smegmatis (MSPA)
H+/K+ ATPase Control of acid secretion in the stomach
二、V 型质子泵和 F 型质子泵
• V 型质子泵广泛存在 于动物细胞的胞内体 膜、溶酶体膜，破骨 细胞和某些肾小管细 胞的质膜，以及植物、 酵母及其他真菌细胞 的液泡膜上 （V 为 vesicle） • 转运 H+ 过程中不形成 磷酸化的中间体
H3O+, are deflected. This
prevents proton leakage through the channel.
/nobel_prizes/chemistry/laureates/2003/chempub3high.jpg
（三）主动运输(active transport)
2. Na+-K+ 泵主要生理功能
A. 维持细胞膜电位 B. 维持动物细胞渗透
平衡
2. Na+-K+ 泵主要生理功能 C. 吸收营养
动物细胞对葡萄糖或氨基酸等 有机物吸收的能量由蕴藏在 Na+ 电化学梯度中的势能提供 植物细胞、真菌和细菌通常利 用质膜上的H+-ATPase 形成 的H+ 电化学梯度来吸收营养
一、胞吞作用的类型
• 吞噬作用 （phagocytosis） • 胞饮作用（pinocytosis）
（一）吞噬作用(phagocytosis)
• 原生生物：摄取食物
• 巨噬细胞和中性粒细
胞摄取营养物，清除
病原体、衰老、凋亡 的细胞 • 吞噬作用是一个信号 触发的过程
（二）胞饮作用
• 几乎发生于所有类型真核细胞中 • 往往连续摄入溶液及可溶性分子 • 胞饮泡直径一般小于吞噬泡直径
– 受体介导的胞吞作用 – 非特异性的胞吞作用
LDL是一种球形颗粒的脂蛋白(如图)，直径为22nm, 核心是1500个胆固醇酯； 外面由800个磷脂和500个未酯化的胆固醇分子包裹,由于外被脂分子的亲水头露 在外部，使LDL能够溶于血液中；最外面有一个相对分子质量为55 kDa的蛋白， 叫辅基蛋白B——100(apolipoprotein B-100), 它能够与特定细胞的表面受体结 合。
• 位置：质膜、内质网膜。
• 类型：P型离子泵，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。
位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋白质的90%。
2. P 型 H+ 泵
• 植物细胞、真菌(包括酵母)和细菌细胞质膜上虽然没有Na+K+ 泵， 但有P 型H+ 泵(H+-ATPase) • P 型H+ 泵将 H+ 泵出细胞，建立和维持跨膜 H+ 电化学梯度
– 载体蛋白（carrier protein，
transporter）
– 通道蛋白（channel protein）
（一）载体蛋白及其功能
• 多次跨膜；通过构象改变介导溶质分子跨膜转运 • 与底物（溶质）特异性结合；具有高度选择性；具有类似 于酶与底物作用的饱和动力学特征；但对溶质不做任何共 价修饰
物
Na+/K+ 泵具有三个重要作用: 一是维持了细胞Na+离子的平衡，抵消了Na+离子的 渗透作用; 二是在建立细胞质膜两侧Na+离子浓度梯度的同时， 为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力; 三是Na+泵建立的细胞外电位，为神经和肌肉电脉冲 传导提供了基础。
地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助
1. Na+-K+ 泵结构与转运机制 • 由2 个α 和2 个β 亚基组成四聚体
乌苯苷（ouabain）用作强心剂的原理？
1. Na+-K+ 泵结构与转运机制
结合3Na+
磷酸化
泵出3Na+
泵入2K+
去磷酸化
结合2K+
钠钾泵工作的特性： P-type：依赖自磷酸化来转运离子的离子泵。 钙泵 质子泵 它们组成了功能与结构相似的一个蛋白质家 族。
resistance protein ）是第一个被发现的真核细胞ABC转运器， 是多药抗性蛋白，约40%患者的癌细胞内该基因过度表达。
（二）ABC 转运蛋白与疾病
multidrugresistance， MDR
cystic fibrosis transmembrane conductance regulator，CFTR
Na+-K+ATP酶的分子结构：
α β 两种亚基组成的二聚体。
α 亚基具有ATP酶的活性；
β 亚基是具有组织特异性的糖蛋白。
（一）Na+-K+ 泵（Na+-K+ ATPase）
Figure 11-14 Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)
1. 网格蛋白依赖的胞吞作用 • 网格蛋白 (clathrin) 由3 个二聚体组成， 3 个二聚 体形成三脚蛋白复合体 (triskelion)，是包被的结 构单位
网格蛋白包被膜泡（clathrin-coated vesicle） • 发动蛋白
• 衔接蛋白
1. 网格蛋白依赖的胞吞作用 • 网格蛋白介导的胞吞作用分为
二、小分子物质的跨膜运输类型
• 3 种类型：简单扩散、被动运输和主动运输
（一）简单扩散 (simple diffusion)
• 顺电化学梯度或浓度梯度 • 不需要细胞提供能量， • 无需膜转运蛋白协助 • 脂双层对溶质的通透性大 小主要取决于分子大小和 分子的极性
（二）被动运输 (passive transport)
http://bragi.gbf.de/bilder/1UUN.gif
离子通道的类型及其 3 个显著特征
• 具有极高的转运速率 • 没有饱和值 • 离子通道非连续性开放而是门控的
A. 电压门通道 B. 配体门通道（胞外配体） C. 配体门通道（胞内配体） D. 应力激活通道
• 估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的15~30%，细 胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的2/3。
动物、植物细胞主动运输比较
三、ABC 超家族
• ABC 超家族也是一 类ATP 驱动泵 • 广泛分布于从细菌 到人类各种生物中， 是最大的一类转运 蛋白 • 通过ATP 分子的结 合与水解完成小分 子物质的跨膜转运
（一）ABC转运蛋白的结构与工作模式
• 4 个“核心”结构域
– 2 个跨膜结构域，分别含6 个跨
• 载体蛋白所介导、逆着电化学梯度或浓度梯度 • 3种类型
– ATP 驱动泵（ATP直接供能）
– 协同转运或偶联转运（ATP间接提供能量）
– 光驱动泵
第二节 ATP驱动泵与主动运输
• ATP 驱动泵通常又称为转运ATPase，分为4类
– P型泵、V型质子泵、F型质子泵和ABC超家族
一、P 型泵 (P-type pump)
• 2 个α 催化亚基，具有ATP 结合位点；2 个β 调节亚基 • 至少有一个α 催化亚基发生 磷酸化和去磷酸化反应，改 变转运泵的构象，实现离子
的跨膜转运
• 转运泵水解ATP 使自身形 成磷酸化的中间体
■ P-型离子运输泵的作用机理
P型泵的主要特点:都是跨膜蛋白，并且是由一条多肽完成 所有与运输有关的功能，包括ATP的水解、磷酸化和离子 的跨膜运输。
■ 动物细胞和植物细胞主动运输的比较
动物细胞和植物细胞不仅结构有所差别，载体蛋白也有所 不同。动物细胞质膜上有Na+-K+ ATPase，并通过对Na+、
K+ 的运输建立细胞的电化学梯度；但是在植物细胞(包括
细菌细胞)的质膜中没有Na+-K+ATPase，代之的是H+-ATP 酶，并通过对H+的运输建立细胞的电化学梯度，使细胞外 H+的浓度比细胞内高；与此同时H+泵在周围环境中创建了 酸性pH，然后通过H+质子梯度驱动的同向运输，将糖和氨 基酸等输入植物的细胞内。在动物细胞溶酶体膜和植物细 胞的液泡膜上都有H+-ATP酶，它们作用都一样，保持这些 细胞器的酸性。