细胞生物学第四章 细胞膜及物质的跨膜运输(2)课件

1、第四章、细胞质膜及物质的跨膜运输第二节、小分子物质的跨膜运输一、膜的被动运输（一）自由扩散也叫自由扩散（free diffusion）特点：沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需要提供能量；没有膜蛋白的协助。人工膜对各类物质的通透率：脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度较慢；小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过；人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。二、膜转运蛋白介导的跨膜运输膜的不透性：细胞膜的骨架成分是脂质分子，具有水不溶性特征，仅能进行某些脂溶性分子和不带电小

2、分子的简单扩散运输，而对绝大多数溶质分子和离子是高度不通透的。膜转运蛋白：细胞内外离子浓度差别的形成还需要由一套膜转运蛋白来运转，尤其是对细胞有重要作用的有机小分子和带电荷的无机离子。膜转运蛋白可分为两类：一类称载体蛋白（carrier Proteins），如转运葡萄糖分子的膜蛋白；另一类称通道蛋白（channel Proteins），它可形成亲水的通道，允许一定大小和一定电荷的离子通过。（一）、载体蛋白载体蛋白的运输特点是： 与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质的跨膜转运； 对所转运的物质具有高度选择性； 载体蛋白又称为通透酶(Permease): 对物质的转运过程具有被类似物竞

3、争性抑制、具有竞争性抑制等酶的特性。但它不对转运分子作任何共价修饰。2、钠钾泵构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实际上就是Na+-K+-ATP酶，分布于动物细胞的质膜。工作原理：Na+-K+ATP PUMP3、钙泵Model for mode of action for Ca+ ATPase Conformation changeCa2+-ATPase的跨膜结构域膜内侧第一个环有Ca2+离子结合位点；第二个环有激活位点，包括ATP的结合位点。在静息状态，羧基端的抑制区域同环2的激活位点结合，使泵失去功能（自我抑制）。Ca2+-ATPase泵有两种激活机制： CaM复合物、蛋白激酶C激

4、活。Ca2+升高，Ca2+同CaM结合，形成激活的Ca2+/钙调蛋白复合物，后者与抑制区结合，释放激活位点，泵开始工作。Ca2+浓度时，CaM同抑制区脱离，抑制区又同激活位点结合，使泵处于静息状态。蛋白激酶C使抑制区磷酸化，从而失去抑制作用；当磷酸酶使抑制区脱磷酸，抑制区又同激活位点结合，起抑制作用。Ca2+ -ATPase的结构和功能位点 4、质子泵P-型质子泵：P62V-型质子泵：存在于动物细胞内体、溶酶体膜以及植物、酵母和其他真菌细胞膜上。 利用ATP水解供能从细胞质基质中逆H+转运到细胞器中。F-型质子泵：主要存在于线粒体内膜等上。5、协同转运是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物

5、质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为：同向协同（symport）与反向协同（antiport）。1、同向协同（symport）物质运输方向与离子转移方向相同。如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。在某些细菌中，乳糖的吸收伴随着H+的进入。2、反向协同（antiport）物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反，如动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方式来转运H+，以调节细胞内的PH值。还

6、有一种机制是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。 （三）、通道蛋白通道蛋白(channel protein)是一类横跨质膜，它们都是通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道，允许适宜的分子通过。通道蛋白具有选择性，所以在细胞膜中有各种不同的通道蛋白。通道蛋白参与的只是被动运输，转运速度高，无饱和性。主要类型：电压门通道、配体门通道、应力激活通道等。Three conformation of the acetylcholine receptor第三节、大分子物质的跨膜运输真核细胞通过内吞作用（endocytosis）

7、和外吐作用（exocytosis）完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。在转运过程中，质膜内陷，形成包围细胞外物质的囊泡，因此又称膜泡运输。细胞的内吞和外排活动总称为吞排作用（cytosis）。 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。一、胞饮作用与吞噬作用细胞吞入液体或极小的颗粒物质。胞饮作用Structure of a clathrin coated vesicle三、外吐作用exocytosis包含大分子物质的小囊泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融，将物质排出细胞之外。外吐作用的两种形式1 固有分泌途径（consititutive pathway of secretio

8、n）：新合成的分子在高尔基体装入转运小泡，随即很快被带到质膜，并持续不断的分泌出去，普遍存在于所有细胞中2 受调分泌途径（regulated pathway of secretion）:胞内大分子合成后被储存在特殊的小泡中，当细胞接受胞外信号物质作用后引起胞内变化，包括钙离子浓度升高这些小泡才于质膜融合发生外吐。（分子扣机理）四、质膜的循环与运动第四节、质膜的特化结构和功能细胞侧面的特化结构：分为三大类，即：封闭连接（occluding junction）、锚定连接（anchoring junction）和通讯连接（communicating junction）。 细胞有里面的特化结构：如小肠

9、上皮细胞的微绒毛结构。一、封闭连接存在于脊椎动物的上皮细胞间。也叫zonula occluden连接区域具有蛋白质焊接线，也称嵴线，由跨膜细胞粘附分子构成。相邻细胞之间的质膜紧密结合，没有缝隙。主要作用：封闭相邻细胞间的接缝，防止溶液中的分子沿细胞间隙渗入体内，构成脑血屏障和睾血屏障。（一）紧密连接Tight Junction in Epithelia of RabbitTight Junctions Seal off body cavitiesRestrict diffusion of membrane componentsTight Junction二、锚定连接（一）粘合带与粘合斑粘合带（

10、adhesion belt） ：呈带状环绕细胞，位于紧密连接下方。相邻细胞间的粘合分子为E-钙粘素。质膜内侧有多种附着蛋白形成的致密斑。连接的细胞骨架成分为actin。粘合斑（adhesion plaque）：位于细胞与细胞外基质间，粘附分子为integrin、胞内骨架成分也是actin。粘合带Adhesion Belt（二）桥粒与半桥粒桥粒（desmosome）是相邻细胞间形成的纽扣状结构。通过质膜下的致密斑连接中间纤维。桥粒中间为钙粘素（desmoglein及desmocollin）。分布：承受强拉力的组织中，如皮肤、口腔、食管、心肌中。半桥粒（hemidesmosome）：位于上皮细胞基面与基膜之间，连接蛋白为整合素。连接的细胞内骨架成分为角蛋白。DesmosomeDesmosomeHemidesmosome三、间隙连接 gap junction存在于大多数动物组织。连接处有24nm的缝隙。基本单位称连接子（connexon），由6个相同或相似的跨膜蛋白亚单