细胞生物学 第五章物质的跨膜运输

1、精选课件细胞膜的细胞膜的选择通透性选择通透性：指细胞膜在选择性：指细胞膜在选择性地允许一些物质通过的同时，阻止另一地允许一些物质通过的同时，阻止另一些物质通过，又称为膜的半透性。些物质通过，又称为膜的半透性。酵母：酵母：6000个基因，个基因，1/3的编码膜结合蛋的编码膜结合蛋白，其中多数为膜转运蛋白。白，其中多数为膜转运蛋白。大肠杆菌（大肠杆菌（E. coli）:20%的基因与编码的基因与编码膜转运蛋白有关。膜转运蛋白有关。第一节第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输膜转运蛋白与物质的跨膜运输第二节第二节 离子泵和协同转运离子泵和协同转运第三节第三节 胞吞作用与胞吐作用胞吞作用与胞吐作用精选课件

2、一、脂双层的不透性和膜转运蛋白一、脂双层的不透性和膜转运蛋白活细胞内外离子浓度明显不同，其调控机活细胞内外离子浓度明显不同，其调控机制有二：制有二：（一）脂双层：疏水性特征（一）脂双层：疏水性特征1、脂溶性分子和小的不带电荷的分子可、脂溶性分子和小的不带电荷的分子可通过。通过。2、几乎所有小的有机分子和带电荷的无、几乎所有小的有机分子和带电荷的无机离子需要膜转运蛋白完成跨膜转运。机离子需要膜转运蛋白完成跨膜转运。精选课件（二）膜转运蛋白：（二）膜转运蛋白：载体蛋白载体蛋白：每种载体蛋白能与特定的溶质分：每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合，通过构象改变介导溶质分子的跨膜子结合，通过构象改变介导溶

3、质分子的跨膜转运。只容许与载体蛋白上结合部位相合适转运。只容许与载体蛋白上结合部位相合适的溶质分子通过。的溶质分子通过。通道蛋白通道蛋白：只有：只有大小大小和和电荷电荷适宜的分子或离适宜的分子或离子才能通过。具有高度选择性。子才能通过。具有高度选择性。精选课件二、主动运输和与被动运输二、主动运输和与被动运输 细胞膜的物质运输方式：细胞膜的物质运输方式：（）小分子物质和离子的跨膜运输（）小分子物质和离子的跨膜运输（被动运输、主动运输被动运输、主动运输）（）大分子和颗粒物质的膜泡运输（）大分子和颗粒物质的膜泡运输（胞吞作用、胞吐作用胞吞作用、胞吐作用）精选课件（一）被动运输被动运输：物质由高浓度一

4、侧通过膜物质由高浓度一侧通过膜到低浓度一侧而不消耗代谢能的一种运输到低浓度一侧而不消耗代谢能的一种运输方式。方式。 1、简单扩散简单扩散：物质顺浓度梯度从膜的一物质顺浓度梯度从膜的一侧运送到另一侧，既不需要消耗能量，也侧运送到另一侧，既不需要消耗能量，也无需膜转运蛋白的帮助，故称为简单扩散。无需膜转运蛋白的帮助，故称为简单扩散。疏水非极性小分子：疏水非极性小分子：N2、O2、苯等、苯等不带电的极性小分子：水、尿素、甘油等不带电的极性小分子：水、尿素、甘油等精选课件精选课件通透性：取决于分子大小及其极性通透性：取决于分子大小及其极性小分子小分子 大分子大分子非极性分子非极性分子 极性分子极性分子

5、离子及大分子不能通过无膜蛋白的人工脂双层。离子及大分子不能通过无膜蛋白的人工脂双层。2 2、水孔蛋白：对水分子高度特异的运输通道、水孔蛋白：对水分子高度特异的运输通道红细胞、肾小管细胞等膜上有许多水孔蛋白，红细胞、肾小管细胞等膜上有许多水孔蛋白，每个水孔蛋白（每个水孔蛋白（4 4个亚基）亚基可形成一个供个亚基）亚基可形成一个供水分子运动的中央孔，直径约水分子运动的中央孔，直径约0.28nm,0.28nm, 长长2nm2nm。精选课件一个水孔蛋白亚基：一个水孔蛋白亚基：3对跨膜对跨膜螺旋，构成水通道螺旋，构成水通道精选课件3、协助扩散：又称易化扩散，是物质由高浓度到低、协助扩散：又称易化扩散，是

6、物质由高浓度到低浓度的一种穿膜运输方式，它不消耗细胞的代谢能，浓度的一种穿膜运输方式，它不消耗细胞的代谢能，但需要专一性的膜转运蛋白的帮助。但需要专一性的膜转运蛋白的帮助。分为：分为： a.闸门通道蛋白介导的协助扩散闸门通道蛋白介导的协助扩散 b.载体蛋白介导的协助扩散载体蛋白介导的协助扩散 载体蛋白介导的协助扩散的特征：载体蛋白介导的协助扩散的特征：（1）比简单扩散转运速率高得多。）比简单扩散转运速率高得多。（2）存在最大转运速率）存在最大转运速率（3）不同载体蛋白对溶质的亲和性不同。）不同载体蛋白对溶质的亲和性不同。精选课件离子通道离子通道 电压门通道：膜电位变化 配体门通道：化学信号 应

7、力激活通道：压力刺激，如内耳听觉毛细胞精选课件离子通道运输离子的特点：离子通道运输离子的特点：(1)转运效率极高。转运效率极高。107-108个离子个离子/秒，比秒，比载体蛋白高载体蛋白高1000倍以上。运输的方向顺电倍以上。运输的方向顺电化学梯度进行（浓度梯度、电位差）。化学梯度进行（浓度梯度、电位差）。(2)没有饱和值。通过的离子量没有最大值。没有饱和值。通过的离子量没有最大值。(3)非连续性开放，且是门控的。通常为关闭非连续性开放，且是门控的。通常为关闭状态状态精选课件b.载体蛋白介导的协助扩散载体蛋白介导的协助扩散 在膜的一侧，溶质分子与载体蛋白上专一的在膜的一侧，溶质分子与载体蛋白上

8、专一的结合位点结合，载体蛋白构象发生变化，将溶质结合位点结合，载体蛋白构象发生变化，将溶质分子运至膜的另一侧，载体蛋白与溶质分离后，分子运至膜的另一侧，载体蛋白与溶质分离后，又恢复到原来的构象（例：葡萄糖、氨基酸、核又恢复到原来的构象（例：葡萄糖、氨基酸、核苷酸）苷酸）通道蛋白只进行被动运输，而载体蛋白既可被动运通道蛋白只进行被动运输，而载体蛋白既可被动运输，又可主动运输输，又可主动运输。精选课件 红细胞质膜载体蛋白协助葡萄糖扩散红细胞质膜载体蛋白协助葡萄糖扩散精选课件精选课件载体蛋白载体蛋白特点特点（1）饱和性：数量限制、底物类似物竞争）饱和性：数量限制、底物类似物竞争性抑制。性抑制。（2）

9、高度选择性：靠特异性位点与特异性）高度选择性：靠特异性位点与特异性底物结合，通常只转运一种分子。底物结合，通常只转运一种分子。（3）环境条件对其活性有影响。具有）环境条件对其活性有影响。具有pH依赖性、蛋白质变性剂对膜转运蛋白有依赖性、蛋白质变性剂对膜转运蛋白有抑制作用。抑制作用。与酶类似，故有人称为与酶类似，故有人称为“通透酶通透酶”，但载，但载体蛋白对转运的物质不作任何修饰。体蛋白对转运的物质不作任何修饰。精选课件主动运输主动运输：物质由低浓度的一侧通过膜到高浓：物质由低浓度的一侧通过膜到高浓度的一侧，同时消耗代谢能的一种物质运输方度的一侧，同时消耗代谢能的一种物质运输方式。在运输过程中，

10、需要载体蛋白的参与。式。在运输过程中，需要载体蛋白的参与。1.ATP驱动泵：直接利用水解驱动泵：直接利用水解ATP提供能量。提供能量。2.耦联转运蛋白耦联转运蛋白（同向和反向）：逆浓度梯度（同向和反向）：逆浓度梯度运动耦联顺浓度梯度运动。（协同运输）运动耦联顺浓度梯度运动。（协同运输）3.光驱动泵：溶质的主动运输耦联光能输入。光驱动泵：溶质的主动运输耦联光能输入。精选课件ATP驱动泵驱动泵：依靠：依靠ATP水解供能，逆浓度水解供能，逆浓度梯度转运离子和各种小分子。（跨膜蛋白）梯度转运离子和各种小分子。（跨膜蛋白）ATPase，但，但ATP水解与跨膜转运耦联。水解与跨膜转运耦联。P-型离子泵型离

11、子泵V-型质子泵型质子泵F-型质子泵型质子泵ABC超家族超家族转运离子转运离子转运小分子转运小分子第二节第二节 离子泵和协同运输离子泵和协同运输精选课件P型、型、V型和型和F型运输泵的结构型运输泵的结构 V型和型和F型结构复杂，只转运质子，不形成磷酸化的型结构复杂，只转运质子，不形成磷酸化的中间体；中间体；P型结构简单，形成磷酸化的中间体，转型结构简单，形成磷酸化的中间体，转运离子和分子。运离子和分子。精选课件一、一、P-型离子泵型离子泵具有具有ATP结合位点，有结合位点，有2个独立的个独立的催化亚基；催化亚基；大多数还有大多数还有2个小的起调节作用的个小的起调节作用的亚基。通亚基。通过发生磷

12、酸化和去磷酸化反应，改变泵蛋白过发生磷酸化和去磷酸化反应，改变泵蛋白的构象，实现离子的跨膜转运。的构象，实现离子的跨膜转运。由于利用由于利用ATP水解能，形成磷酸化中间体，水解能，形成磷酸化中间体，故称故称P-型离子泵。型离子泵。精选课件1、Na+-K+-ATP酶（酶（ Na+-K+泵）泵）a、 Na+、K+的转运与的转运与ATP水解偶联水解偶联b、 Na+与与ATP在膜内侧，在膜内侧， K+的在膜外侧的在膜外侧 c、 一个一个ATP酶分子水解酶分子水解1000个个ATP/秒，秒，水解水解1个个ATP能同时转运能同时转运3个个Na+出胞和出胞和2个个K+入胞入胞作用：维持细胞膜两侧正常的离子梯

13、度、作用：维持细胞膜两侧正常的离子梯度、膜的正常兴奋性、渗透压的平衡和细胞膜的正常兴奋性、渗透压的平衡和细胞体积的恒定体积的恒定。精选课件Na+-K+ ATP酶的结构示意图酶的结构示意图精选课件Na+-K+泵工作机制泵工作机制 （磷酸化依赖（磷酸化依赖Na+,去磷酸化依赖去磷酸化依赖K+）精选课件2、 Ca2-ATP酶（钙泵）酶（钙泵） 特点：每个特点：每个Ca2 -ATP酶每秒水解酶每秒水解10个个ATP,每个每个ATP转运两个转运两个Ca2出胞或进入出胞或进入肌质网肌质网 作用：维持细胞内低外高的浓度差、跨作用：维持细胞内低外高的浓度差、跨膜信息传递、肌肉收缩。膜信息传递、肌肉收缩。精选课

14、件Ca2+ -ATPase的结构和功能位点的结构和功能位点 精选课件二、二、V-型质子泵和型质子泵和F-型质子泵型质子泵功能相似：转运质子，都不形成磷酸化中间体功能相似：转运质子，都不形成磷酸化中间体不同：不同：V-型质子泵：利用型质子泵：利用ATP水解供能，将水解供能，将H+逆电化逆电化学梯度泵入细胞器（内体、溶酶体、液泡）学梯度泵入细胞器（内体、溶酶体、液泡）F-型质子泵：型质子泵：H+顺电化学梯度运动，所释放能顺电化学梯度运动，所释放能量与量与ATP合成耦联起来（线粒体、叶绿体、合成耦联起来（线粒体、叶绿体、 类囊体膜、细菌质膜）类囊体膜、细菌质膜）精选课件三、三、ABC超家族超家族(A

15、TP-binding cassette superfamily)ATP驱动泵，含有几百种不同的转运蛋白。驱动泵，含有几百种不同的转运蛋白。从细菌到人类都存在，特异性底物或许是离从细菌到人类都存在，特异性底物或许是离子、单糖、氨基酸、磷脂、多肽、多糖等。子、单糖、氨基酸、磷脂、多肽、多糖等。共同结构模式，即共同结构模式，即4个个“核心核心”结构域：结构域：2个个跨膜结构域，跨膜结构域，2个胞质侧个胞质侧ATP结合域。结合域。功能：功能：转运小分子，转运小分子，如磷脂、亲脂性药物等如磷脂、亲脂性药物等 前面三种只转运离子前面三种只转运离子精选课件四、四、协同转运协同转运 由钠钾泵（或由钠钾泵（或H

16、+泵）与载体蛋白协泵）与载体蛋白协同作用，由膜两侧贮存的电化学梯度提同作用，由膜两侧贮存的电化学梯度提供能量，间接消耗供能量，间接消耗ATP，所完成的主动，所完成的主动运输方式。运输方式。 同向协同运输：同向协同运输：Na+与葡萄糖与葡萄糖 反向协同运输：反向协同运输：Na+与与H+精选课件 单纯扩散单纯扩散 被动运输被动运输 通道蛋白介导的协助扩散通道蛋白介导的协助扩散 易化扩散易化扩散 载体蛋白介导的协助扩散载体蛋白介导的协助扩散 钠钾泵钠钾泵主动运输主动运输 钙泵钙泵 协同转运协同转运精选课件精选课件五、离子跨膜转运与膜电位五、离子跨膜转运与膜电位(了解了解)离子或带电荷物质的跨膜运动，

17、产生并维离子或带电荷物质的跨膜运动，产生并维持了膜两侧不同物质特定的浓度分布，形持了膜两侧不同物质特定的浓度分布，形成了膜两侧的电位差。成了膜两侧的电位差。膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和，膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和，即膜电位。即膜电位。精选课件膜泡运输膜泡运输：细胞在转运大分子和颗粒物质的过程中，：细胞在转运大分子和颗粒物质的过程中，物质被包裹在膜脂双分子层围成的囊泡中，通过物质被包裹在膜脂双分子层围成的囊泡中，通过囊泡与细胞膜的融合进行转运，这种运输方式称囊泡与细胞膜的融合进行转运，这种运输方式称为膜泡运输。为膜泡运输。特点：不与细胞质内其他结构直接接触和混合，特点：不与细胞

18、质内其他结构直接接触和混合，囊泡只与特定膜融合，直接转运囊泡只与特定膜融合，直接转运消耗代谢能。消耗代谢能。基本形式：胞吞作用、胞吐作用基本形式：胞吞作用、胞吐作用第三节第三节 胞吞作用与胞吐作用胞吞作用与胞吐作用精选课件胞吞作用与胞吐作用胞吞作用与胞吐作用精选课件（一）胞吞作用（一）胞吞作用又称入胞作用，指通过细胞膜的变形运动，又称入胞作用，指通过细胞膜的变形运动，将细胞外大分子或颗粒物质包裹成膜泡运进细将细胞外大分子或颗粒物质包裹成膜泡运进细胞的过程。根据胞吞物质和形成的胞吞泡的大胞的过程。根据胞吞物质和形成的胞吞泡的大小将胞吞作用主要分为两类：小将胞吞作用主要分为两类：1.吞噬作用：吞噬

19、作用：摄入大的颗粒，摄入大的颗粒，如细菌和细胞碎片。如细菌和细胞碎片。原生动物摄食方式，哺乳动物只有少数特化的原生动物摄食方式，哺乳动物只有少数特化的细胞，如巨噬细胞等才有摄入和消化大颗粒的细胞，如巨噬细胞等才有摄入和消化大颗粒的吞噬作用。吞噬作用。吞噬泡直径一般大于吞噬泡直径一般大于250nm2.胞饮作用：胞饮作用：摄入液体和溶质分子摄入液体和溶质分子进入细胞的过进入细胞的过程。所有真核细胞都具有胞饮作用。是连续发程。所有真核细胞都具有胞饮作用。是连续发生的过程，胞饮泡一般小于生的过程，胞饮泡一般小于150nm精选课件胞饮作用胞饮作用吞噬作用吞噬作用精选课件根据胞吞物质是否专一，可将胞吞作用

20、分根据胞吞物质是否专一，可将胞吞作用分为受体介导的胞吞作用和非特异性胞吞为受体介导的胞吞作用和非特异性胞吞作用。受体介导的胞吞作用是大多数动作用。受体介导的胞吞作用是大多数动物细胞通过网格蛋白有被小泡从细胞外物细胞通过网格蛋白有被小泡从细胞外摄取特定大分子的有效途径。首先与细摄取特定大分子的有效途径。首先与细胞膜上的受体结合，然后细胞膜内陷形胞膜上的受体结合，然后细胞膜内陷形成成有被小窝有被小窝，继而形成，继而形成有被小泡有被小泡，这种，这种内吞方式称为受体介导的胞吞作用。内吞方式称为受体介导的胞吞作用。 这是选择性浓缩机制这是选择性浓缩机制例：例：LDLLDL摄取过程摄取过程（二）受体介导的

21、胞吞作用（二）受体介导的胞吞作用精选课件功能精选课件 有被小泡有被小泡：网格蛋白有被小泡、非网格：网格蛋白有被小泡、非网格蛋白有被小泡蛋白有被小泡a.网格蛋白有被小泡参与细胞摄取特异的网格蛋白有被小泡参与细胞摄取特异的膜结合配体、高尔基体到溶酶体及分泌膜结合配体、高尔基体到溶酶体及分泌泡之间的物质转运等过程。泡之间的物质转运等过程。b.非网格蛋白有被小泡与内质网到高尔基非网格蛋白有被小泡与内质网到高尔基体或返回、高尔基体各扁平囊之间的物体或返回、高尔基体各扁平囊之间的物质转运有关。质转运有关。精选课件功能（转运物、受体、结合素蛋白、网格蛋白包被）（转运物、受体、结合素蛋白、网格蛋白包被）网格蛋

22、白又称笼形蛋白，由基网格蛋白又称笼形蛋白，由基本骨架为三臂蛋白。本骨架为三臂蛋白。精选课件 受体介导的胞吞作用过程中，胞内体受体介导的胞吞作用过程中，胞内体是膜泡运输的主要分选站之一，不同类型的是膜泡运输的主要分选站之一，不同类型的的受体具有不同的胞内体分选途径。的受体具有不同的胞内体分选途径。受体分选途径有三：受体分选途径有三：大部分受体返回它们原来的质膜结构域大部分受体返回它们原来的质膜结构域有些受体进入溶酶体中被消化，不能再有些受体进入溶酶体中被消化，不能再循环，如：循环，如：EGF结合的细胞表面受体结合的细胞表面受体有些受体被运送到质膜不同的结构域，有些受体被运送到质膜不同的结构域，该过程称为转胞吞作用。该过程称为转胞吞作用。精选课件（二）胞吐作用（二）胞吐作用又称出胞作用，指将细胞内的分泌物质、又称出胞作用，指将细胞内的分泌物质、未分解物质等，通过膜泡转运至细胞膜与之融未分解物质等，通过膜泡转运至细胞膜与之融