细胞膜的物质运输ppt课件

1、医学细胞生物学医学细胞生物学Medical Cell Biology)医学遗传学与细胞生物学教研室医学遗传学与细胞生物学教研室李元杰李元杰 讲师讲师第四章第四节第四章第四节细胞膜与物质转运细胞膜与物质转运 跨膜运输跨膜运输气体、离子、小分子气体、离子、小分子物质跨膜运输的两种方式物质跨膜运输的两种方式 膜泡运输膜泡运输大分子、颗粒物质大分子、颗粒物质细胞内细胞内细胞外细胞外膜蛋白膜蛋白膜蛋白膜蛋白脂双层脂双层细胞膜细胞膜运输颗粒运输颗粒细胞内细胞内细胞外细胞外一、跨膜运输一、跨膜运输transmembrane transport气体、离子和小分子运输方式气体、离子和小分子运输方式细胞内细胞内细

2、胞外细胞外膜蛋白膜蛋白膜蛋白膜蛋白脂双层脂双层跨膜运输的原那跨膜运输的原那么么1、脂溶性越大的分子越容易穿膜、脂溶性越大的分子越容易穿膜 水分子例外；水分子例外；2、小分子比大分子容易穿膜；、小分子比大分子容易穿膜；3、不带电荷的分子容易穿膜；、不带电荷的分子容易穿膜；4、弱电解质比强电解质容易穿膜；、弱电解质比强电解质容易穿膜；5、离子和亲水性分子不容易穿膜。、离子和亲水性分子不容易穿膜。 葡萄糖、带电荷的离子葡萄糖、带电荷的离子(H(H,Na+,K+,Ca2+,Na+,K+,Ca2+等等) )怎样穿膜？怎样穿膜？O2苯苯H2O 苯苯葡葡萄萄糖糖H Na+细胞膜细胞膜转运蛋白参与！转运蛋白参

3、与！( (一一) )小分子和离子的跨膜机制小分子和离子的跨膜机制1.某些溶质跨膜工具：转运蛋白 通道蛋白通道蛋白Channel Protein 水通道、离子通道水通道、离子通道载体蛋白载体蛋白(Carrier Protein)葡萄糖载体葡萄糖载体“for the discovery of water channels “for structural and mechanistic studies of ion channels. 2.物质转运方向顺浓度梯度顺浓度梯度顺电化学梯度顺电化学梯度 被动运输被动运输Passive TransportPassive Transport“下坡下坡逆浓度梯度

4、逆浓度梯度逆电化学梯度逆电化学梯度 “上坡上坡自动运输自动运输Active Active TransportTransport耗能耗能被动运输被动运输Passive TransportPassive Transport自动运输自动运输Active Active TransportTransport物质运输物质运输二小分子跨膜运输的方式二小分子跨膜运输的方式被动运输被动运输: 1、简单分散：、简单分散： Simple Diffusion 2、协助分散：、协助分散：Facilitated Diffusion 2.1 通道蛋白协助分散：通道蛋白协助分散：Ion Channel Facilitated

5、 Diffusion2.2、载体蛋白协助分散：、载体蛋白协助分散：Carrier Protein Facilitated Diffusion自动运输自动运输:3、离子泵：、离子泵：Ion Pump4、协同运输：、协同运输：Coupled Transport 特点特点 不耗能不耗能不需膜蛋白不需膜蛋白依托物质浓度差。依托物质浓度差。 举例举例 水水脂溶性物质脂溶性物质气体物质气体物质简单分散简单分散 1、简单分散Simple Diffusion被动运输被动运输简单分散简单分散被动运输被动运输人工脂双层人工脂双层对不同分子的相对通透性对不同分子的相对通透性不同分子经过不同分子经过人工脂双层的浸透系

6、数人工脂双层的浸透系数决议物质对膜通透性的要素决议物质对膜通透性的要素脂溶性：正相关于膜通透性；脂溶性：正相关于膜通透性；( (乙醇与丙乙醇与丙醇醇) )极性：非极性物质易透过；极性：非极性物质易透过；CO2CO2分子大小：小分子比大分子易透过；分子大小：小分子比大分子易透过；导电性：不带电的物质易透过。导电性：不带电的物质易透过。O2O2被动运输被动运输一种物质对膜的通透性取决于上述要素的综合。一种物质对膜的通透性取决于上述要素的综合。如：水分子；如：水分子； Na+、K+等带电荷离子。等带电荷离子。易化分散、促进分散、协助分散；易化分散、促进分散、协助分散；借助细胞膜上的膜转运蛋白的构象，

7、运输借助细胞膜上的膜转运蛋白的构象，运输一些非脂溶性和亲水性的物质；一些非脂溶性和亲水性的物质；糖类、氨基酸、核苷酸、无机离子；糖类、氨基酸、核苷酸、无机离子；转运蛋白分为：通道蛋白和载体蛋白。转运蛋白分为：通道蛋白和载体蛋白。被动运输被动运输2、协助分散、协助分散Facilitated Diffusion2.1、离子通道协助分散、离子通道协助分散Ion Channel Facilitated Diffusion 特点特点 需求通道蛋白需求通道蛋白选择性；可控性选择性；可控性瞬间、大量经过开放延续性瞬间、大量经过开放延续性不耗能不耗能跨膜蛋白质，跨膜蛋白质，螺旋蛋白构成，螺旋蛋白构成，中心具有

8、亲水通道中心具有亲水通道被动运输被动运输通道蛋白的构造通道蛋白的构造通道蛋白方式图通道蛋白方式图通道蛋白肽链以通道蛋白肽链以螺旋螺旋7次穿膜，中间构成亲水通道次穿膜，中间构成亲水通道被动运输被动运输&电压门控通道电压门控通道(voltage-gated channel)& 靠膜电位靠膜电位& 如如Na+、K+、Ca2等离子通道等离子通道电化学梯度电化学梯度通道蛋白的类型通道蛋白的类型被动运输被动运输& 配体门控通道配体门控通道(Ligand-gated Channel)& 依托化学物质依托化学物质(配体配体)与受体的结合与受体的结合& 如乙酰胆碱

9、通道。如乙酰胆碱通道。配体闸门通道配体闸门通道细胞外细胞外细胞内细胞内& 机械门控通道机械门控通道(Mechanical-gated Channel)& 内耳听觉毛细胞声音内耳听觉毛细胞声音内耳内耳毛细胞下方基膜震动毛细胞下方基膜震动纤毛纤毛&触及上方覆膜触及上方覆膜纤毛倾斜纤毛倾斜机械作用使纤毛离子通道开放机械作用使纤毛离子通道开放被动运输被动运输神经肌肉衔接处的闸门通道神经肌肉衔接处的闸门通道被动运输被动运输 闸门开放时间极短，有利于一些顺序性活动，即一个通道离闸门开放时间极短，有利于一些顺序性活动，即一个通道离子的流入可以引起另一个通道的开放。子的流入可以引起另一

10、个通道的开放。休休 息息 特点特点 需需“载体蛋白镶嵌蛋白载体蛋白镶嵌蛋白高度特异性载体易位机制高度特异性载体易位机制饱和性饱和性不耗能不耗能2.2、载体蛋白协助分散、载体蛋白协助分散Carrier Protein Facilitated Diffusion载体蛋白易位机制载体蛋白易位机制水溶性小分子借膜上载体蛋白的协助水溶性小分子借膜上载体蛋白的协助,顺浓度梯顺浓度梯度以不耗能的方式向细胞内转运度以不耗能的方式向细胞内转运.被动运输被动运输 举例举例 非脂溶性物质，如葡萄糖、氨基酸、核非脂溶性物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸进入红细胞。是细胞摄取葡萄糖和氨苷酸进入红细胞。是细胞摄取葡萄糖和氨基

11、酸的主要方式基酸的主要方式. .葡萄糖结合葡萄糖结合到载体上到载体上载体变构载体变构载体变构载体变构葡萄糖释放葡萄糖释放至细胞内至细胞内 高度选择特异性，只与某一种物质暂时性的、高度选择特异性，只与某一种物质暂时性的、 可逆的结合和分别。可逆的结合和分别。 饱和性。饱和性。(3)蛋白变性剂对膜转运蛋白有抑制造用。蛋白变性剂对膜转运蛋白有抑制造用。特点特点被动运输被动运输 特点特点 需需“转运蛋白的参与。转运蛋白的参与。需求分解需求分解ATPATP提供能量。提供能量。3、离子泵、离子泵 Ion Pump具有离子的结合具有离子的结合位点和位点和 ATP酶活性酶活性呵斥亲和力呵斥亲和力的变化的变化自

12、动运输自动运输举例举例 Na+-K+泵，泵，Ca2泵，泵，H泵等泵等K+的电化的电化学梯度学梯度Na+的电的电化学梯度化学梯度细胞质细胞质ATP酶去磷酸化酶去磷酸化Na+与与ATP酶结合酶结合ATP酶磷酸化酶磷酸化Na+释放至膜释放至膜外外ATP酶构象酶构象变化亲变化亲K+构象构象K+ 与与ATP酶结合酶结合K释放至膜释放至膜内内ATP酶构象酶构象变化亲变化亲Na+构象构象Na+-K+泵作用过程泵作用过程1) 维持细胞的浸透压，坚持细胞的体积；维持细胞的浸透压，坚持细胞的体积；2 维持低维持低Na+高高K+的细胞内环境，维持细胞的的细胞内环境，维持细胞的 静息电位；静息电位；3 维持细胞内外维

13、持细胞内外Na+、K+离子浓度差。离子浓度差。 Na+-K+泵作用泵作用自动运输自动运输钙离子泵钙离子泵原理与钠钾泵类似，每分解一个原理与钠钾泵类似，每分解一个ATPATP分子，泵分子，泵出出2 2个个Ca2+Ca2+。 自动运输自动运输4、协同转运伴随运输、协同转运伴随运输Cotransport 溶质分子葡萄糖或氨基酸与溶质分子葡萄糖或氨基酸与Na+一同相伴进入细胞一同相伴进入细胞内的自动运输景象。内的自动运输景象。自动运输自动运输Na+葡萄糖葡萄糖 特点特点 需需“转运蛋白同向运输载体，不直接利用转运蛋白同向运输载体，不直接利用ATPATP，利用，利用Na+ Na+ 跨膜电化学梯度驱动。跨

14、膜电化学梯度驱动。 需需Na+Na+泵耗费泵耗费ATPATP转运转运Na+Na+，呵斥膜内外，呵斥膜内外Na+Na+浓度差。浓度差。Na+-葡萄糖同向转运载体葡萄糖葡萄糖转运载体转运载体小肠腔中小肠腔中的葡萄糖的葡萄糖小肠上皮细胞小肠上皮细胞毛细血管毛细血管或细胞间隙或细胞间隙举例举例小肠上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸等。小肠上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸等。小肠上皮细胞小肠上皮细胞小肠肠腔小肠肠腔血液血液自动运输自动运输同向协同运输共转移：如同向协同运输共转移：如Na+和葡萄糖；和葡萄糖；反向协同运输对转移：如反向协同运输对转移：如Na+和和+ 。 小分子物质逆浓度梯度转运；小分子物质逆浓度梯度转运

15、； 需求耗费代谢能量；需求耗费代谢能量； 需求膜上的特异性载体蛋白。需求膜上的特异性载体蛋白。特点特点自动运输自动运输自动运输与被动运输比较自动运输与被动运输比较被动运输被动运输 主动运输主动运输运输方向运输方向是否耗能是否耗能载体蛋白载体蛋白通道蛋白通道蛋白类类 型型顺浓度梯度顺浓度梯度逆浓度梯度逆浓度梯度耗费代谢能耗费代谢能不耗费代谢能不耗费代谢能有或无载体有或无载体蛋白通道蛋白蛋白通道蛋白必需有载体蛋白必需有载体蛋白直接自动运输直接自动运输间接自动运输间接自动运输简单分散简单分散易化分散易化分散 比较比较 性质性质简单扩散简单扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输参与运输的膜成参与运输的膜

16、成份份脂脂蛋白蛋白蛋白蛋白被运输的物质是被运输的物质是否需要结合否需要结合否否是是是是能量来源能量来源浓度梯度浓度梯度浓度梯度浓度梯度ATP水解或浓水解或浓度梯度度梯度运输方向运输方向顺浓度梯度顺浓度梯度顺浓度梯度顺浓度梯度逆浓度梯度逆浓度梯度特异性特异性无无有有是是运输的分子高浓运输的分子高浓度时的饱和性度时的饱和性无无有有是是不同运输机制的主要特性不同运输机制的主要特性两种运输方式的生物学意义两种运输方式的生物学意义自动运输：维持细胞内环境的稳定，自动运输：维持细胞内环境的稳定， 快速调整不同细胞内环境的，快速调整不同细胞内环境的， 对细胞的生命活动非常重要。对细胞的生命活动非常重要。被动运输：顺浓度梯度转运物质被动运输：顺浓度梯度转运物质, , 使细胞内外环境差距减少。使细胞内外环境差距减少。被动运输被动运输-减少细胞与周围环境的差别；减少细胞与周围环境的差别；自动运输自动运输-发明