物质跨膜运输1

1、关于物质的跨膜运输1第一张，PPT共五十九页，创作于2022年6月第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输一、脂双层的不透性和膜转运蛋白细胞内外的离子浓度明显不同，这种差异对于细胞的存活和功能至关重要。第二张，PPT共五十九页，创作于2022年6月典型动物细胞内外离子浓度的比较 成份 细胞内浓度(mM) 细胞外浓度(mM)阳离子Na+ 5-15 145K+ 140 5Mg2+* 0.5 1-2Ca2+* 10-7 1-2阴离子Cl- 5-15 110固定的阴离子* 高 0第三张，PPT共五十九页，创作于2022年6月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1530%，细胞用在物质转运方面的

2、能量达细胞总消耗能量的2/3。细胞内外离子差别分布主要由两种机制所调控：（1）特殊膜转运蛋白。（2）质膜本身的脂双层所具有的疏水性特征第四张，PPT共五十九页，创作于2022年6月载体蛋白膜转运蛋白通道蛋白两类主要膜转运蛋白：载体蛋白：又称做载体、通透酶和转运器。通道蛋白：能形成亲水的通道，允许特定的溶质通过。 第五张，PPT共五十九页，创作于2022年6月（一）载体蛋白及其功能载体蛋白（carrier proteins）：存在于细胞膜上的一种具有特异性传导功能的蛋白质，它能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运。 特点：载体蛋白既参与被动的物质运输，也参与主动的物质运

3、输。需要与被运输的离子或分子结合。第六张，PPT共五十九页，创作于2022年6月 葡萄糖是载体蛋白进行促进扩散的典型例子，运输葡萄糖的载体蛋白主要是通过构型的变化将葡萄糖运输到细胞内，肝细胞、红细胞质膜上有很多载体蛋白。第七张，PPT共五十九页，创作于2022年6月（二）通道蛋白及其功能通道蛋白（channel proteins）：存在于细胞膜上的一种跨膜亲水性通道，允许特定离子顺浓度梯度通过，又称离子通道。有些通道长期开放，如钾泄漏通道；有些通道平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，称为门通道第八张，PPT共五十九页，创作于2022年6月 通道蛋白在运输过程中并不与被运输的分子结合，也不会

4、移动，只参与被动运输，其运输作用具有选择性。 离子通道蛋白在膜中有开和关两种构型，相当于门，所以称为门控通道。特点第九张，PPT共五十九页，创作于2022年6月通道蛋白的门控电压门控通道(voltage-gated channel)配体门控通道(ligand-gated channel)应力激活通道(stress-activated channel)离子通道三种类型的门控离子通道示意图第十张，PPT共五十九页，创作于2022年6月配体门控通道 ： 这类通道在其细胞内外的特定配体与膜受体结合时发生反应，引起通道蛋白的一种成分发生构型变化，使“门”打开。可分为细胞内配体和细胞外配体两种类型。 第十

5、一张，PPT共五十九页，创作于2022年6月 这类通道的构型变化依据细胞内外带电离子的状态，主要是通过膜电位的变化使其构型发生改变，从而将“门”打开。电压门控通道：第十二张，PPT共五十九页，创作于2022年6月基底膜听觉神经纤维不倾斜的束连接丝听觉毛细胞应力门控通道：这类通道的打开受一种力的作用。如听觉毛状细胞的离子通道。声音的振动推开应力门控通道，允许离子进入毛状细胞，形成电信号传递到听觉神经再传到脑。第十三张，PPT共五十九页，创作于2022年6月被动运输定义：是指通过简单扩散或协助扩散将物质从高浓度向低浓度方向的跨膜转运，转运的动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供代谢能量。二、 被动

6、运输与主动运输：类型：简单扩散、协助扩散 第十四张，PPT共五十九页，创作于2022年6月不需要膜蛋白的帮助，也不需要细胞提供能量 ，只靠膜两侧保持一定的浓度差，通过扩散发生的物质运输。（一）简单扩散：第十五张，PPT共五十九页，创作于2022年6月小的疏水分子小的不带电荷的极性分子大的不带电荷的极性分子离子氨基酸核苷酸葡萄糖甘油乙醇人工脂双层膜对不同分子的相对透性 乙醇第十六张，PPT共五十九页，创作于2022年6月结论：人工膜对各类物质的通透率： 脂溶性越高通透性越大； 小分子比大分子易透过； 非极性分子比极性容易透过； 极性不带电荷的小分子可透过人工脂双层; 人工膜对带电荷的物质，如离子

7、是高度不通透的。第十七张，PPT共五十九页，创作于2022年6月（二）水孔蛋白：水分子的跨膜通道1991年Agre发现第一个水孔蛋白CHIP28 （28 KD ），CHIP28的mRNA能引起非洲爪蟾卵母细胞吸水破裂，已知这种吸水膨胀现象会被Hg2+抑制。目前在人类细胞中已发现至少11种此类蛋白，被命名为水孔蛋白（Aquaporin，AQP）。第十八张，PPT共五十九页，创作于2022年6月2003年，美国科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。 Peter AgreRoderick MacKinnon 第十九张，PPT共五十九页，创作于

8、2022年6月 指非脂溶性物质或亲水性物质，如氨基酸、糖和金属离子等借助细胞膜上的膜蛋白的帮助顺浓度梯度或顺化学浓度梯度，不需要细胞提供能量进入膜内的一种运输方式。（三）协助扩散：第二十张，PPT共五十九页，创作于2022年6月特点： ： 转运速率高； 运输速率同物质浓度成非线性关系； 特异性； 饱和性。第二十一张，PPT共五十九页，创作于2022年6月（四） 主动运输 被动运输只能将物质从高浓度向低浓度方向运输，趋向于细胞内外的浓度达到平衡。实际上，细胞内外的物质浓度差别很大，浓度的差异是维持细胞生命活动所必须的。第二十二张，PPT共五十九页，创作于2022年6月能够维持一些无机离子在细胞内

9、恒定和最适的浓度，特别K+、Ca + 和H +的浓度。作用：保证了细胞或细胞器从周围环境或表面摄取必需的营养物质。能够将细胞内的各种物质，如分泌物、代谢废物以及一些离子排到细胞外。主动运输是由运输蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度进行的运输方式。第二十三张，PPT共五十九页，创作于2022年6月主动运输的特点1、逆梯度运输2、依赖于膜运输蛋白3、需要代谢能。4、具有选择性和特异性。参与主动运输的载体蛋白被称为泵，因为他们能利用能量来做功。由于它们消耗的代谢能多数为ATP，所以又称它们为某某ATPase。有下列类型：第二十四张，PPT共五十九页，创作于2022年6月类型（根据能量来源）： AT

10、P驱动泵、 ATP间接提供能量（耦联转运蛋白）、 光驱动泵（见于细菌） 主动运输的三种类型第二十五张，PPT共五十九页，创作于2022年6月ATP驱动泵种类（1）P-型离子泵：结构与Na+-K+泵和Ca2+泵结构类似，在转运H的过程中涉及磷酸化和去磷酸化，存在于真核细胞的细胞膜上。（2）V-型质子泵：存在于各类小泡膜上，水解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。其功能是维持细胞质基质中性pH和细胞器内的酸性。 （3） F-型质子泵 :存在于线粒体膜、植物类囊体膜及多数细菌质膜上，以相反的方式发挥生理作用H+顺浓度梯度运动，释放能量与合成ATP偶联起来。（4）ABC

11、超家族：转运小分子第二十六张，PPT共五十九页，创作于2022年6月第二十七张，PPT共五十九页，创作于2022年6月（4）ABC超家族（ABC transporter）最早发现于细菌，是一庞大的蛋白家族，都有两个高度保守的ATP结合区（ATP binding cassette），故名。一种ABC转运蛋白只转运一种或一类底物，不同成员可转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、蛋白质；可催化脂双层的脂类在两层之间翻转。第二十八张，PPT共五十九页，创作于2022年6月Mammalian MDR1 proteinABC转运蛋白与病原体对药物的抗性有关。MDR （multidrug resistanc

12、e protein ）是第一个被发现的真核细胞ABC转运蛋白，是多药抗性蛋白，约40%患者的癌细胞内该基因过度表达。第二十九张，PPT共五十九页，创作于2022年6月Fig. Na+-K+泵的结构与工作模式示意图一、 P-型离子泵ATP催化位点结构：（MW=120,000Da）+（MW=50000Da）（一）Na+-K+泵功能：维持细胞内低Na+高K+的离子环境存在：一切动物细胞的细胞膜上，植物细胞、真菌、细菌上没有第三十张，PPT共五十九页，创作于2022年6月第三十一张，PPT共五十九页，创作于2022年6月维持了细胞Na+离子的平衡，抵消了Na+离子的扩散作用。作用在建立细胞质膜两侧Na

13、+离子浓度梯度的同时，为葡萄糖协同运输提供了驱动力。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。帮助维持动物细胞的渗透压平衡第三十二张，PPT共五十九页，创作于2022年6月 Ca 2+泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，它将Ca 2+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来，以维持细胞内低浓度的游离Ca 2+。（二）钙泵和其他P-型离子泵第三十三张，PPT共五十九页，创作于2022年6月Fig. Ca2+泵的结构与工作模式示意图结构：与Na+-K+泵的亚基同源，MW=100,000Da， 10个螺旋Ca2+泵功能：维持细胞质内低浓度的游离Ca2+, 在肌质网内储存Ca2+调节肌细胞的收

14、缩与舒张工作原理：第三十四张，PPT共五十九页，创作于2022年6月存在于植物细胞、真菌和细菌细胞质膜上，将质子泵出细胞，建立跨膜的质子电化学梯度（取代动物细胞Na+的电化学梯度），驱动转运溶质进入细胞。质子泵第三十五张，PPT共五十九页，创作于2022年6月四、协同转运又称偶联运输，它不直接消耗ATP，但要依赖离子泵建立的电化学梯度。在动物细胞靠钠泵建立Na+离子梯度，在植物细胞则是由H +泵建立H +质子梯度。类 型（根据运输方向与离子顺电化学梯度的转移方向）：同向转运：物质运输方向与离子转移方向相同。反向转运：物质运输方向与离子转移方向相反。第三十六张，PPT共五十九页，创作于2022年

15、6月在动物、植物细胞由载体蛋白介导的协同转运异同点的比较第三十七张，PPT共五十九页，创作于2022年6月第三十八张，PPT共五十九页，创作于2022年6月动物细胞中，质膜上的钠泵和载体协作完成葡萄糖、氨基酸等的逆浓度梯度的协同运输（同向转运）。第三十九张，PPT共五十九页，创作于2022年6月 植物细胞的协同运输 间接消耗ATP第四十张，PPT共五十九页，创作于2022年6月 第三节 胞吞作用与胞吐作用对于大分子和颗粒性物质，真核细胞是通过胞吞作用与胞吐作用完成跨膜运输的，如蛋白质、多核苷酸、多糖等。在转运过程中，物质包裹在脂双层膜围绕的囊泡中，因此又称膜泡运输，需要消耗能量，所以属于主动运

16、输。第四十一张，PPT共五十九页，创作于2022年6月（一）胞饮作用与吞噬作用胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别第四十二张，PPT共五十九页，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。第四十三张，PPT共五十九页，创作于2022年6月Fig. 通过网格蛋白有被小泡介导的选择性运输示意图胞吞泡形成的机制：需要网格蛋白的帮助第四十四张，PPT共五十九页，创作于2022年6月网格蛋白由笼形蛋白（重链）和较小的分子多肽（轻链）组成笼形蛋白二聚体，三个二聚体形成3条弯曲的臂组成的风车状结构，称为三脚蛋白复合物第四十五张，PPT共五十九

17、页，创作于2022年6月（二）受体介导的胞吞作用 主要用于摄取特殊的生物大分子，如激素、生长因子、淋巴因子和一些营养物质如 低密度脂蛋白（LDL）的吞入过程低密度脂蛋白（LDL）：是胆固醇在血液中与磷脂、蛋白质结合成的复合物，细胞表面有LDL受体第四十六张，PPT共五十九页，创作于2022年6月LDL胞吞过程血液中的LDL与血管细胞表面的LDL受体结合形成包被小窝包被小泡内体：LDL与受体分离细胞质脱去外被溶酶体细胞膜LDL受体游离胆固醇酸性环境第四十七张，PPT共五十九页，创作于2022年6月LDL的受体介导胞吞作用第四十八张，PPT共五十九页，创作于2022年6月作用：使血液中的胆固醇含量

18、保持正常在编码LDL受体的基因有缺陷的个体中，胆固醇摄入的通道被阻断，胆固醇积累在血液中，使人提早患动脉粥样硬化。第四十九张，PPT共五十九页，创作于2022年6月受体的去向： 1、返回原来的质膜结构域再利用。 2、进入溶酶体被消化 3、被转运到质膜的不同的结构域胞内体是膜泡运输的主要分选站，呈酸性环境第五十张，PPT共五十九页，创作于2022年6月 （三）胞吐作用 组成型的外排途径： 所有真核细胞，连续分泌过程。用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养或信号分子）。 去限定途径（default pathway）：除某些有特殊标志的驻留蛋白和调节型分泌泡外，其余蛋白的转运途径：粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面 第五十一张，PPT共五十九页，创作于2022年6月调节型外排途径（regulated exocytosis pathway） 存在于特化的分泌细胞 过程：储存刺激释放 产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定 囊泡与靶膜的识别与融合 第五