物质跨膜运输细胞生物学

1、关于物质的跨膜运输细胞生物学第一张，PPT共六十页，创作于2022年6月内容提要第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输一、脂双层的不通透性和膜转运蛋白二、被动运输和主动运输第二节 离子泵和主动运输一、离子泵二、超家族三、离子跨膜转运与膜电位第三节 胞吞作用与胞吐作用一、胞吞作用的类型二、胞吞作用与细胞信号转导三、胞吐作用第二张，PPT共六十页，创作于2022年6月第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输细胞进行的物质运输有三种不同的范畴 ：细胞运输(cellular transport) 这种运输主要是细胞与环境间的物质交换胞内运输(intracellular transport) 是真核生物细胞内膜性

2、细胞器与细胞内环境进行的物质交换跨细胞运输(transcellular transport) 这种运输是物质穿越细胞的运输第三张，PPT共六十页，创作于2022年6月物质通过质膜的三种主要途径被动运输主动运输胞吞作用与胞吐作用第四张，PPT共六十页，创作于2022年6月人工脂分子的透性疏水分子：O2、N2、苯小的不带电荷的极性分子：水、尿素、甘油大的不带电的极性分子：葡萄糖、蔗糖等离子：Na+、H+ 、K+ 、HCO3 、Ca 、 Cl一、脂双层的不透性和膜转运蛋白第五张，PPT共六十页，创作于2022年6月在活细胞中质膜对物质的通透有高度的选择性第六张，PPT共六十页，创作于2022年6月细

3、胞膜与人工脂双分子膜一样，能通过简单扩散透过水、非极性分子；还能透过各种极性分子和无机离子如：核苷酸、糖、氨基酸；第七张，PPT共六十页，创作于2022年6月（一）载体蛋白及其功能 P68膜转运蛋白载体蛋白通道蛋白脂双层浓度下降第八张，PPT共六十页，创作于2022年6月（二）通道蛋白一般认为它是横跨质膜形成的亲水的通道，能使适宜大小的分子及带电荷的溶质通过。脂双层亲水部分疏水部分第九张，PPT共六十页，创作于2022年6月离子通道压力激活通道细胞内外配体门控电压门控离子选择性:门控性:第十张，PPT共六十页，创作于2022年6月A.配体门通道离子通道型受体第十一张，PPT共六十页，创作于20

4、22年6月B.电压门通道 细胞内外特异离子浓度发生变化时或其它刺激引起膜电位变化时，致使其构象变化，“门”打开。正常膜电位正常膜电位被电流刺激破坏通道关闭通道开启通道失活第十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月C:压力激活通道机械门通道 各种各样的机械力刺激 ，将机械刺激的信号转化为电化学信号最终引起细胞反应 。第十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月二、被动运输 1、概念: P71顺浓度梯度；不消耗能量 2、类型:简单扩散（自由扩散）: 顺浓度梯度 ，不耗能，不需要膜蛋白。 协助扩散（促进扩散）: 顺浓度梯度 ，不耗能，需要膜蛋白。第十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月（

5、一）、简单扩散第十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月简单扩散也叫自由扩散（free diffusion）：沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需要提供能量；没有膜蛋白协助。通透性P=KD/d ， K为分配系数， D为扩散系数，d为膜的厚度。第十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月1、简单扩散的限制因素 脂溶性:脂溶性越强，通过脂双层膜的速率越快 相对分子质量:相对分子质量小，脂溶性高的分子才能快速扩散 物质的带电性: 不带电荷的极性分子第十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月（二）水孔蛋白（Aquaporin，AQP） ：水分子的跨膜通道1991年，Agre发现第一个水通道蛋

6、白CHIP28 第十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月第十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月（三）、协助扩散 P71特异的膜转运蛋白“协助”物质转运第二十张，PPT共六十页，创作于2022年6月促进扩散的速度要快几个数量级具有饱和性: 当溶质的跨膜浓度差达到一定程度时，促进扩散的速度不再提高。具有高度的选择性: 如运输蛋白能够帮助葡萄糖快速运输，但不帮助与葡萄糖结构类似的糖类运输。1、协助扩散同简单扩散相比，具有以下一些特点 ：第二十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月第二十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月（四）、主动运输 （一）概念：由载体蛋白介导的物质逆浓度

7、梯度的跨膜转运方式。 第二十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月主动运输特点：逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；需要能量；都有载体蛋白。能量来源：协同运输中的离子梯度动力； ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量；光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。第二十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月主动运输类型浓度梯度光驱泵蛋白ATP-驱动泵蛋白偶联载体第二十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月第二节 ATP驱动泵和主动运输ATP驱动泵分类：P型离子泵V型质子泵F型质子泵ABC超家族第二十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月P型离子泵(P74)对离子的转运循环依赖自磷酸化过程，所以

8、叫做P-type离子泵。第二十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月（一）、钠钾泵动物细胞的质膜 是Na+-K+ ATP酶 ,由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体. Na+电化学梯度细胞外K+电化学梯度K+结合位点胞质溶胶Na+结合位点一、P型离子泵第二十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月工作原理:细胞外胞质溶胶ATP将泵蛋白磷酸化K+的结合使泵蛋白去磷酸化第二十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月细胞必须进行渗透压调节(P75)第三十张，PPT共六十页，创作于2022年6月细胞以不同的方式避免被涨破第三十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月Na+-K+泵的作用：维持细

9、胞的渗透性，保持细胞的体积；维持低Na+高K+的细胞内环境；维持细胞的静息电位；吸收营养。 乌苯苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助提高于其活性。 第三十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月（二）、钙泵(P75)及其他P型离子泵Ca2+ ATP酶 第三十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月H+泵(P76)植物细胞、真菌和细菌细胞质膜H+ ATP酶 ，建立跨膜的H+电化学梯度，驱动转运溶质进入细胞第三十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月质子泵1、P-type：如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。 2、V-type：存在于各类小泡膜上，水解

10、ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、内体、植物液泡膜上。3、F-type：利用质子动力势合成ATP，即ATP合酶，位于细菌质膜、线粒体内膜、类囊体膜上。第三十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月P-型泵V -型泵第三十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月定子转子 F -型泵：H+-ATP酶 第三十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月三、ABC 超家族ABC超家族（ABC superfamily）最早发现于细菌，属于一个庞大的蛋白家族，每个成员都有两个高度保守的ATP结合区（ATP binding cassette），故名ABC转运器。第三十八张，PPT共六十页，创

11、作于2022年6月Mammalian MDR1 protein第一个被发现的真核细胞的ABC转运器是多药抗性蛋白（multidrug resistance protein, MDR），约40%患者的癌细胞内该基因过度表达。ABC转运器还与病原体对药物的抗性有关。 第三十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月Four types of ATP-powered pumps第四十张，PPT共六十页，创作于2022年6月四、协同运输（cotransport)偶联转运概念:特点：靠间接提供能量完成主动运输。所需能量来自膜两侧离子的浓度梯度。动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。植物细胞和细菌

12、常利用H+浓度梯度来驱动。第四十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月协同运输分为：同向协同和反向协同第四十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月1、同向协同（symport）如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。某些细菌对乳糖的吸收伴随着H+的进入。2、反向协同（antiport）如Na+驱动的Cl-HCO3-交换，即Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如存在于红细胞膜上的带3蛋白。 第四十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月小肠上皮细胞吸收葡萄糖示意图葡萄糖浓度：高低低葡萄糖Na+-驱动同向转运将葡萄糖引入细胞载体蛋白介导的被动转运将葡萄糖送出细胞小肠肠腔

13、小肠上皮细胞Na+-K+泵小肠上皮细胞微绒毛细胞外体液第四十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月三、被动运输与主动运输比较主动转运被动转运浓度梯度载体蛋白通道蛋白被转运的分子简单扩散通道蛋白介导载体蛋白介导第四十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月第三节 胞吞作用和胞吐作用膜泡运输批量运输主动运输真核细胞通过内吞作用（endocytosis）和外排作用（exocytosis）完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。因货物包被在囊泡中，又称膜泡运输。 第四十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月一、胞吞作用细胞外物体（或大分子物质）进入细胞内的渠道胞吞作用胞吞泡胞饮作用吞噬作用胞饮泡吞

14、噬泡第四十七张，PPT共六十页，创作于2022年6月1.胞饮作用与吞噬作用细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用。第四十八张，PPT共六十页，创作于2022年6月吞噬作用：巨噬细胞正在吞噬死亡的红细胞伪足边缘第四十九张，PPT共六十页，创作于2022年6月吞噬作用：嗜中性细胞正在吞噬分裂中的细菌细菌伪足细胞质膜噬中性细胞第五十张，PPT共六十页，创作于2022年6月细胞吞入液体或极小的颗粒物质。胞饮作用第五十一张，PPT共六十页，创作于2022年6月胞饮作用：卵细胞正在摄取脂蛋白1342细胞内细胞外网格蛋白脂蛋白球第五十二张，PPT共六十页，创作于2022年6月胞饮泡形成

15、机制网格蛋白分子三角蛋白体（triskelion）三角蛋白体的可能结构组成含三个轻链和三个重链由36个三角蛋白体组成的网格蛋白包被（电镜图）网格蛋白第五十三张，PPT共六十页，创作于2022年6月网格蛋白小泡的组装和拆卸衔接蛋白裸露的转运小泡货物蛋白受体出芽形成货物蛋白质网格蛋白小泡形成蛋白质包被组装;货物蛋白质选择有被小泡发动蛋白脱包被具选择性细胞质基质第五十四张，PPT共六十页，创作于2022年6月二、受体介导的胞吞作用细胞吸收胆固醇：胆固醇在血管里以胆固醇酯存在于脂蛋白颗粒中，叫做“低密度脂蛋白（LDL，low density lipoproteins）”胆固醇分子胆固醇酯分子磷脂单层蛋白质分子的表面突出一个 LDL 颗粒第五十五张，PPT共六十页，创作于2022年6月细胞以受体为媒介输入胆固醇（2）第五十六张，PPT共六十页，创作于2022年6月受体通过胞吞作用进入细胞后的命运1、再循环（recycling）：受体返回到原来的细胞质膜区域2、转包吞作用（transcytosis） 受体被转运到细胞质膜的不同区域3、降解（degradation）：胞内体接受水解酶后演变成溶酶体,受体被降解细胞质膜的顶端区域细胞质膜的基部（侧面）区域胞吞作用转运小泡溶酶体胞内体再循环胞吞转运降解第五十七张，P