物质的跨膜运输ppt课件

1、第二节第二节 小分子物质的跨膜运输小分子物质的跨膜运输 n细胞膜的选择通透性细胞膜的选择通透性( (半透性半透性) )：指细胞膜在选择：指细胞膜在选择性地允许一些物质经过细胞的同时，阻止另一些性地允许一些物质经过细胞的同时，阻止另一些物质经过。物质经过。n膜的选择通透性决议了：膜的选择通透性决议了：n易于经过膜的物质：脂溶性物质易于经过膜的物质：脂溶性物质n 不带电荷小分子物质不带电荷小分子物质n不易经过膜的物质：带电荷物质不易经过膜的物质：带电荷物质n 大分子物质大分子物质n细胞膜的物质运输方式：细胞膜的物质运输方式：n小分子物质和离子的穿膜运输：小分子物质和离子的穿膜运输：n 根本运输方式

2、：被动运输、自动运输。根本运输方式：被动运输、自动运输。n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：n 根本运输方式：胞吞作用、胞吐作用。根本运输方式：胞吞作用、胞吐作用。n小分子和离子跨膜运输的几条根本途径小分子和离子跨膜运输的几条根本途径: :n一、简单分散一、简单分散n二、离子通道分散二、离子通道分散n三、易化分散三、易化分散n四、自动运输四、自动运输被动运输被动运输n小分子物质和离子的穿膜运输方式：小分子物质和离子的穿膜运输方式：n 被动运输、自动运被动运输、自动运输输n被动运输：被动运输：n特点：物质顺浓度或电化学梯度的跨膜转运；特点：物质顺浓度或电化学梯度的跨膜转运；

3、n 不需求耗费细胞代谢能量。不需求耗费细胞代谢能量。n 假设被转运溶质不带电荷，膜两侧的浓度假设被转运溶质不带电荷，膜两侧的浓度梯度决议溶质的转运方向梯度决议溶质的转运方向-顺浓度梯度顺浓度梯度n 假设被转运溶质带电荷，跨膜物质浓度梯假设被转运溶质带电荷，跨膜物质浓度梯度及电位梯度的总和构成的电化学梯度决议溶质度及电位梯度的总和构成的电化学梯度决议溶质转运方向转运方向-顺电化学梯度顺电化学梯度n方式：方式：n 简单分散被动分散、自在分散、单纯分散简单分散被动分散、自在分散、单纯分散n 离子通道分散离子通道分散n 易化分散被动转运易化分散被动转运n自动运输：自动运输：n特点：物质逆浓度或电化学梯

4、度的跨膜转运；特点：物质逆浓度或电化学梯度的跨膜转运；n 需求膜特异性载体蛋白介导；需求膜特异性载体蛋白介导；n 需耗费能量需耗费能量( (直接水解直接水解ATPATP或来自离子电化或来自离子电化学梯度提供能量学梯度提供能量) )n 细胞膜是选择性半透膜细胞膜是选择性半透膜一、膜的选择性通透和简单分散一、膜的选择性通透和简单分散气体气体 疏水分子疏水分子小的极性分子小的极性分子 带电分子带电分子大的极性分子大的极性分子苯苯酒精酒精葡萄糖葡萄糖氨基酸氨基酸n简单分散简单分散simple diffussionsimple diffussion1 1、概念：小分子物质经过膜由高浓度侧、概念：小分子物

5、质经过膜由高浓度侧向低浓度侧分散的景象。向低浓度侧分散的景象。2 2、特点：、特点：不耗费细胞代谢能所需能量来源于高浓度本身所具势能不耗费细胞代谢能所需能量来源于高浓度本身所具势能顺浓度梯度，不需求膜蛋白协助；顺浓度梯度，不需求膜蛋白协助；运输速度取决于分子的大小和脂溶性。且与溶质浓度差成正运输速度取决于分子的大小和脂溶性。且与溶质浓度差成正比。普通说，分子量越小脂溶性越强，经过速率越快。比。普通说，分子量越小脂溶性越强，经过速率越快。3 3、条件、条件溶质在膜两侧坚持一定的浓度差溶质在膜两侧坚持一定的浓度差溶质必需能透过膜溶质必需能透过膜4 4、运输对象：、运输对象： 疏水脂溶性非极性小分子

6、疏水脂溶性非极性小分子O2O2、N2N2、苯；、苯； 不带电的极性小分子不带电的极性小分子H2OH2O、CO2CO2、乙醇、甘油、尿素、乙醇、甘油、尿素浓度梯度浓度梯度二、膜转运蛋白介导的运输二、膜转运蛋白介导的运输n膜转运蛋白定义：是指细胞膜上担任转运不能经膜转运蛋白定义：是指细胞膜上担任转运不能经过简单分散穿膜物质的蛋白质。都是跨膜蛋白。过简单分散穿膜物质的蛋白质。都是跨膜蛋白。n类型：类型：n载体蛋白：与特定溶质分子结合，经过构象改动载体蛋白：与特定溶质分子结合，经过构象改动进展物质转运，既介导被动运输又介导自动运输。进展物质转运，既介导被动运输又介导自动运输。n通道蛋白：在膜上构成亲水

7、孔道，贯穿脂双层，通道蛋白：在膜上构成亲水孔道，贯穿脂双层，介导特定离子转运，仅介导被动运输。介导特定离子转运，仅介导被动运输。n载体蛋白载体蛋白(carrier protein)(carrier protein)：是一类运输蛋白，：是一类运输蛋白，跨膜蛋白，能与特异性分子或离子等结合经过改跨膜蛋白，能与特异性分子或离子等结合经过改动本身构象使溶质穿过膜。动本身构象使溶质穿过膜。n载体蛋白构造上具有特异性载体蛋白构造上具有特异性( (特异结合位点特异结合位点) )，其上结合点，能与某一种物质进展暂时性的、可其上结合点，能与某一种物质进展暂时性的、可逆的结合和分别。可变性逆的结合和分别。可变性(

8、 (构象变化影响亲和力构象变化影响亲和力改动改动) )。饱和性。饱和性。易化易化分散分散机制机制n通道蛋白：运输蛋白，跨膜蛋白，蛋白构成一种充通道蛋白：运输蛋白，跨膜蛋白，蛋白构成一种充溢水溶液的亲水通道，贯穿脂双层。溢水溶液的亲水通道，贯穿脂双层。钠氢反向转运体n通道蛋白构造上具有特异性，一种通道蛋白只通道蛋白构造上具有特异性，一种通道蛋白只允许某一种离子或一类离子经过。可变性允许某一种离子或一类离子经过。可变性( (构象构象变化影响通道开闭变化影响通道开闭) )。载体蛋白既介导被动运输，也介导自动运输；载体蛋白既介导被动运输，也介导自动运输；通道蛋白只介导被动运输。通道蛋白只介导被动运输。

9、离子通道高效转运各种离子离子通道高效转运各种离子1 1、离子通道的特点、离子通道的特点介导被动运输介导被动运输对离子有高度选择性对离子有高度选择性转运速率高转运速率高多数不继续开放，受多数不继续开放，受“闸门控制闸门控制2 2、门控通道的类型、门控通道的类型配体门控通道配体门控通道电压门控通道电压门控通道应力激活通道应力激活通道配体门控通道配体门控通道离子通道型受体离子通道型受体与胞外特定配体结合后构象改动，与胞外特定配体结合后构象改动，“闸门翻开，闸门翻开，允许某种离子快速跨膜转运。如乙酰胆碱受体是允许某种离子快速跨膜转运。如乙酰胆碱受体是典型的配体门控通道。典型的配体门控通道。四种亚单位构

10、成四种亚单位构成的五聚体，构成的五聚体，构成梅花状通道梅花状通道配体配体高浓度低浓度电压门控通道电压门控通道跨膜电位的改动诱发通道蛋白构象变化，使通道开跨膜电位的改动诱发通道蛋白构象变化，使通道开放，离子顺电化学浓度梯度自在分散经过细胞膜。放，离子顺电化学浓度梯度自在分散经过细胞膜。通道开放时间只需几毫秒，随即迅速自发封锁。通道开放时间只需几毫秒，随即迅速自发封锁。电压门控通道主要存在于可兴奋细胞，如神经元、电压门控通道主要存在于可兴奋细胞，如神经元、肌细胞及腺上皮细胞等。肌细胞及腺上皮细胞等。应力激活通道应力激活通道通道蛋白受应力作用，引起构象改动而开启通道蛋白受应力作用，引起构象改动而开启

11、“闸门闸门，离子经过亲水通道进入细胞，引起膜电位变，离子经过亲水通道进入细胞，引起膜电位变化，产生电信号。化，产生电信号。如内耳毛细胞感受声波震动如内耳毛细胞感受声波震动n一些离子通道是继续开放的如K+漏通道、水通道，但绝大多数离子通道的开放是受“闸门控制，开放时间短暂，只需几毫秒，随即封锁和。n离子通道的开放和封锁是延续相继的过程，其开放和封锁快速切换，以调理细胞的活动。例：神经肌肉接头处神经激动的传导引起肌肉例：神经肌肉接头处神经激动的传导引起肌肉收缩活动过程：收缩活动过程：突触小泡突触小泡1 1、电压门控、电压门控Ca2+Ca2+通道通道2、乙酰、乙酰胆碱受体胆碱受体3 3、电压门、电压

12、门控控Na+Na+通道通道4 4、电压门控、电压门控Ca2+Ca2+通道通道当神经激动传至神经末梢时当神经激动传至神经末梢时, ,引起细胞膜去极化引起细胞膜去极化, ,导致细胞膜上的导致细胞膜上的Ca2+Ca2+通道瞬通道瞬时开放时开放, ,大量的大量的Ca2+Ca2+从开放的通道涌入细胞内从开放的通道涌入细胞内, ,引起神经末梢内突触小泡的乙酰引起神经末梢内突触小泡的乙酰胆碱释放至突触间隙内胆碱释放至突触间隙内; ;释放的乙酰胆碱与突触后肌细胞膜上的乙酰胆碱受体释放的乙酰胆碱与突触后肌细胞膜上的乙酰胆碱受体结合结合, ,促使其开放一阳离子通道促使其开放一阳离子通道, Na+ , Na+ 流入

13、肌细胞流入肌细胞, ,引起细胞膜部分去极化引起细胞膜部分去极化; ;肌肌细胞膜去极化使电压闸门细胞膜去极化使电压闸门Na+ Na+ 离子通道短暂开放离子通道短暂开放, ,大量大量Na+ Na+ 流入肌细胞流入肌细胞, ,进一步进一步去极化至构成一去极化波去极化至构成一去极化波; ;肌细胞膜广泛去极化肌细胞膜广泛去极化, ,使肌浆网上的使肌浆网上的Ca2+Ca2+通道开放通道开放, , Ca2+Ca2+流入细胞质流入细胞质, Ca2+, Ca2+添加引起细胞内肌原纤维收缩添加引起细胞内肌原纤维收缩. .电化学梯度电化学梯度- - - - -+ + + +-电化学梯度电化学梯度- - - - -+

14、 + + + +-+-极化膜去极化膜继续通道继续通道配体闸门通道配体闸门通道电压闸门通道电压闸门通道载体蛋白介导的被动运输易化分散载体蛋白介导的被动运输易化分散定义：在特异性的载体蛋白介导下，各种极性分定义：在特异性的载体蛋白介导下，各种极性分子和无机离子顺电化学梯度的跨膜转运。不耗费子和无机离子顺电化学梯度的跨膜转运。不耗费细胞的代谢能，属于被动运输。细胞的代谢能，属于被动运输。特点：特点：具有选择性、特异性具有选择性、特异性具有饱和性具有饱和性存在最大转运速度，转运速率远高于简单分散，低存在最大转运速度，转运速率远高于简单分散，低于离子通道分散于离子通道分散可被竞争性抑制剂阻断、也可被非竞

15、争性抑制剂破可被竞争性抑制剂阻断、也可被非竞争性抑制剂破坏。坏。如：人的红细胞膜如：人的红细胞膜上葡萄糖载体蛋白，上葡萄糖载体蛋白，载体为载体为1212次跨膜次跨膜螺旋螺旋分布分布: :多数细胞多数细胞: :细胞外细胞外肝细胞肝细胞: :细胞内细胞内细胞内细胞内细胞外细胞外5万、5%、180个分子 n葡萄糖载体蛋白载体蛋白介导的自动运输载体蛋白介导的自动运输 在生理条件下，细胞内外许多物质浓度存在在生理条件下，细胞内外许多物质浓度存在很大差别，如细胞内很大差别，如细胞内K K浓度约为细胞外浓度约为细胞外K K浓度浓度的的2020倍。机体是如何维持细胞内外物质浓度差别倍。机体是如何维持细胞内外物

16、质浓度差别的呢？的呢？-自动运输维持细胞内外物质浓度差。自动运输维持细胞内外物质浓度差。 自动运输类型：自动运输类型： ATPATP直接提供能量直接提供能量ATPATP驱动泵驱动泵 ATPATP间接提供能量间接提供能量1、离子泵直接水解ATP进展自动运输特点具有载体和酶的双重作用具有专注性。如钙泵、氢泵、钠钾泵a a - - -ATP -ATP酶酶a a- -泵泵载体四聚体：载体四聚体： 小亚基，糖蛋白，分子量万。小亚基，糖蛋白，分子量万。 大亚基，多次跨膜蛋白，分子量大亚基，多次跨膜蛋白，分子量1212万万E1E1PE2PE2E2E1E1Na+ 结合位点结合位点高亲和力高亲和力K+ 结合位点

17、结合位点低亲和力低亲和力ATPADP+PiATPNa+ 结合位点结合位点低亲和力低亲和力K+ 结合位点结合位点高亲和力高亲和力PiP1、结合、结合Na+ 2、A sp磷酸化磷酸化 3、E1E2变构变构 4、解离、解离Na+结合结合K+ 5、A sp去磷酸化去磷酸化 6、E2E1变构变构 7、解离、解离K+ Na+ K+Na+ K+出入细胞表示图出入细胞表示图a a - - -ATP-ATP酶酶a a- -泵泵过程：过程： 与泵结合，与泵结合，刺激刺激ATPATP水解水解泵磷酸化，泵磷酸化，泵构象改动泵构象改动释放释放与泵结合与泵结合 泵去磷酸化泵去磷酸化泵构象改动泵构象改动释放释放作用：作用：

18、直接效果：维持细胞内低钠高钾的特殊离子梯度。直接效果：维持细胞内低钠高钾的特殊离子梯度。间接效果：调理细胞容积间接效果：调理细胞容积, ,维护浸透压平衡维护浸透压平衡 产生和维持膜电位产生和维持膜电位 为某些物质为某些物质( (葡萄糖氨基酸等葡萄糖氨基酸等) )吸收提吸收提 供驱动力供驱动力 为蛋白质合成及代谢活动提供必要的为蛋白质合成及代谢活动提供必要的 离子浓度。离子浓度。钙泵：钙泵： Ca2+- pump Ca2+- pump、Ca2+- ATPCa2+- ATP酶酶 主要位于细胞膜和肌细胞内的肌浆网膜上。是一主要位于细胞膜和肌细胞内的肌浆网膜上。是一种跨膜蛋白。种跨膜蛋白。 作用作用:

19、 Ca2+: Ca2+逆浓度出胞逆浓度出胞另有一些钙泵另有一些钙泵: :a a- Ca2- Ca2交换器交换器( (对向运对向运输输a a入胞入胞,Ca2,Ca2逆浓度出胞逆浓度出胞) )2、离子梯度驱动的协同运输、离子梯度驱动的协同运输n协同运输：是一类由协同运输：是一类由a a- -泵或泵或H+H+泵与泵与载体蛋白协同作用，间接耗费载体蛋白协同作用，间接耗费ATPATP所完成的自动运所完成的自动运输方式。输方式。n物质跨膜运输动力：直接来自膜两侧离子的电化物质跨膜运输动力：直接来自膜两侧离子的电化学梯度。梯度的维持是经过泵耗费学梯度。梯度的维持是经过泵耗费ATPATP而实现的。而实现的。n据溶质运输方向与据溶质运输方向与a a顺电化学梯度转移方向的顺电化学梯度转移方向的关系，可分为两类型：同向运输、对向运输关系，可分为两类型：同向运输、对向运输同向运输：物质运输