细胞膜物质运输

关于细胞膜物质运输第1页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五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15~30%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的2/3。两类主要转运蛋白：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2页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五概括起来，细胞膜的物质运输方式包括小分子和离子的跨膜运输和大分子及颗粒物质的膜泡运输两类。跨膜运输有被动运输和主动运输之分，膜泡运输分为胞吞作用和胞吐作用两种形式。胞吞作用和胞吐作用都需要能量供给，故也属主动运输。第3页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第4页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五一、被动运输（passivetransport）

被动运输是指不消耗细胞代谢能，将物质顺浓度梯度，从浓度高的一侧运输到浓度低的一侧的运输方式，运输动力来自于浓度梯度和电位差。被动运输又可分为简单扩散和协助扩散两种形式，两种方式的区别在于后者需要专一性膜蛋白的协助。第5页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五（一）简单扩散（simplediffusion）

也叫自由扩散（freediffusion）：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白协助。第6页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五膜的通透性，主要取决于被运输物质本身的理化性能，包括以下几个方面：①脂溶性：一般来说，物质的脂溶性越大越容易穿过细胞膜；②极性：非极性物质比极性物质更易溶于脂质，故非极性物质更容易透过细胞膜；③分子大小：小分子比大分子更容易穿膜；④导电性：不带电荷的物质容易通过细胞膜，电解质的离子难溶于脂质，且带有水膜，增大了有效体积，故难以通过膜。第7页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第8页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五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，如离子是高度不通透的。第9页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五也称易化扩散。分为载体蛋白协助扩散和通道蛋白协助扩散。载体：离子载体、通道蛋白。（二）协助扩散（facilitateddiffusion）

第10页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五1、载体蛋白协助扩散第11页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五特点：①转运速率高；②蛋白质变性剂对膜转运蛋白有抑制作用；③特异性；④饱和性。第12页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五2、通道蛋白（channelprotein）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。第13页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五有些通道长期开放，称为水通道，如钾泄漏通道；第14页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五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（电位门通道、配体门通道、环核苷酸门通道、机械门通道）。第15页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五1、配体门通道(ligandgatedchannel)

特点：受体与细胞外的配体结合，引起通道构象改变，“门”打开，又称离子通道型受体。分为阳离子通道，如乙酰胆碱受体；和阴离子通道，如γ－氨基丁酸受体。Ach受体由4种亚单位（α2βγδ）组成。第16页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五Nicotinicacetylcholinereceptor第17页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五Threeconformationoftheacetylcholinereceptor第18页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五2、电位门通道(voltagegatedchannel)特点：膜电位变化可引起构象变化，“门”打开。结构：四聚体，每个单体跨膜6次。Na+、K+、Ca2+电压门通道结构相似，由同一个远祖基因演化而来。第19页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五VoltagegatedK+channelK+电位门有四个亚单位，每个亚基有6个跨膜α螺旋(S1-S6)，N和C端均位于胞质面。连接S5-S6段的发夹样β折叠(P区或H5区)，构成通道内衬，大小允许K+通过。目前认为S4段是电压感受器第20页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五K+channel

4thsubunitnotshown第21页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第22页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五3、环核苷酸门通道CNG结构与钠电位门通道相似。细胞内的C末端较长，有环核苷酸的结合位点。分布于化学和光感受器中。如气味分子与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合，激活腺苷酸环化酶，产生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道，引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。第23页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五4、压力激活通道(stretchchannel)感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。目前比较明确的有两类机械门通道，一类对牵拉敏感，为2价或1价的阳离子通道，有Na+、K+、Ca2+，以Ca2+为主，几乎存在于所有的细胞膜。另一类对剪切力敏感，仅发现于内皮细胞和心肌细胞。第24页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五二、主动运输（activetransport）第25页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五特点：①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要能量；③都有载体蛋白。能量来源：①协同运输中的离子梯度动力；②ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量；③光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。第26页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五（一）Na+-K+泵(Na+-K+pump)构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，也叫Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。第27页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五工作原理：对离子的转运循环依赖自磷酸化过程，所以叫做P-type离子泵。每个周期转运３个钠离子，２个钾离子。第28页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五钠钾泵的作用：①维持细胞的渗透性，保持细胞体积；②维持低Na+高K+的细胞内环境；③维持细胞的静息电位。地高辛、乌本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29页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五（二）Ca2+泵(Ca2+pump)作用：维持细胞内较低的钙离子浓度（胞内钙浓度10-7M，胞外10-3M）。位置：质膜、内质网膜。类型：P型离子泵，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋白质的80%。钠钙交换器（Na+-Ca2+exchanger），属于反向协同运输体系，通过钠钙交换来转运钙离子。第30页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五(三)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31页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五三、协同转运(cotransport)由离子泵与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP完成的主动运输称为协同运输。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。分为：同向协同（symport）和反向协同（antiport）。第32页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五1、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蛋白。第33页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第34页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第35页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五四、胞吞作用（endocytosis）膜泡运输的基本概念：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。根据入胞物质的大小及入胞机制的不同，胞吞作用分为吞噬作用（phagocytosis）、胞饮作用（pinocytosis）和受体介导的胞吞作用（receptormediatedendocytosis）3种方式第36页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等。（一）吞噬作用(phagocytosis)第37页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五细胞吞入液体或极小的颗粒物质。(二)吞饮作用(pinocytosis)第38页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五（三）受体介导的胞吞作用(receptor-mediatedendocytosis)第39页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第40页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第41页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第42页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第43页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五包含内容物的囊泡移至细胞表面，与质膜融合，将物质排出细胞之外。（四）胞吐作用(exocytosis)第44页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五四、穿胞运输在细胞的一侧形成胞饮小泡穿越细胞质，另一侧使小泡中的物质释放出去。如：母鼠血液中的抗体经穿胞运输进入乳汁。五、胞内膜泡运输细胞内膜系统各个部分之间的物质传递也通过膜泡运输方式进行。如从内质网到高尔基体；高尔基体到溶酶体等。第45页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第五节细胞表面（cellsurface）细胞表面是指包围在细胞质外，由细胞膜、细胞外被和膜下溶胶层构成的多功能复合结构体系。第46页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第47页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五一、细胞外被（cellcoat）动物细胞表面富含糖类的结构，也称为糖萼(glycolayx)。用钌红染色后，在电镜下可显示厚约10~20nm的结构，边界不甚明确。第48页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第49页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五第50页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五作用：保护细胞识别和细胞黏连细胞识别（cellrecognition）是指细胞与细胞之间或细胞与大分子之间，通过受体与配体、抗原与抗体的相互作用所产生的相互辨认和鉴别，具有组织特异性。决定血型红细胞质膜上的糖鞘脂是AB0血型系统的血型抗原，糖链结构基本相同，但末端糖基不同。A型血的糖链末端为N-乙酰半乳糖；B型血为半乳糖；O型血则缺少这两种糖基。抑制增殖：接触抑制（contactinhibition）：在体外细胞培养时，正常细胞生长分裂达到一定密度、细胞密切接触时，即停止生长第51页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五二、膜下溶胶层（膜骨架）质膜下纤维蛋白组成的网架结构；位于质膜下约0.2μm厚的溶胶层。主要作用：维持质膜的形态，参与调控膜蛋白移动。模式材料：红细胞，经低渗处理破裂释放出内容物，留下一个保持原形的空壳，称为血影（ghost）。第52页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五三、质膜的特化结构如：微绒毛、褶皱、纤毛、鞭毛，结构细微，只能在电镜下观察到。第53页，共61页，2022年，5月20日，23点37分，星期五（一）微绒毛microvilli是细胞表面伸出的细长突起，直径约为0.1μm。内芯由肌动蛋白丝束组成。肌动蛋白丝之间由许多微绒毛蛋白（villin）和丝束蛋白（fimbrin）组成的横桥相连。微绒毛处质膜有myosinI构成的侧臂与肌动蛋白丝束相连。作用