细胞跨膜物质转运庄

关于细胞跨膜物质转运庄第1页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五主要内容前言一、细胞膜的不透性和膜转运蛋白二、被动运输与主动运输三、胞吞作用与胞吐作用第2页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五前言第3页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五5．对某动物细胞进行荧光标记实验，基本过程如下示意图所示：①用某种荧光染料标记该动物细胞，细胞表面出现斑点。②用激光束照射该细胞表面的某一区域，该区域荧光消失而变白。③停止激光束照射一段时间后，该区域的荧光逐渐恢复，即又出现了斑点。这个实验不能说明的是③②①

A．细胞膜具有流动性B．荧光染料能与细胞膜组成成分结合C．根据荧光恢复的速率可推算出物质跨膜运输的速率D．根据荧光恢复的速率可推算出膜中的蛋白质或脂质的流动速率2009年浙江省高考理综生物试题第4页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五5.下图①-⑤依次表示蛙坐骨神经爱到刺激后的电位变化过程。下列分析正确的是A．图①表示甲乙两个电极处的膜电位的大小与极性不同Ｂ．图②表示甲电极处的膜处于去极化过程，乙电极处的膜处于极化状态Ｃ．图④表示甲电极处的膜处于去极化过程，乙电极处的膜处于反极化状态Ｄ．图⑤表示甲乙两个电极处的膜均处于极化状态2010年浙江省高考理综生物试题第5页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五2010年浙江省高考理综生物试题

29．Ⅱ：为研究兔红细胞在不同浓度NaCl溶液中的形态变化，请根据以下提供的实验材料与用具，写出实验思路，设计记录实验结果及原因分析的表格，并填入相应内容…….

第6页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五1.下图表示物质跨膜转运的一种方式。据图分析正确的是

A．这种转运方式可逆浓度梯度进行B．乙醇分子是以这种方式进入细胞的C．细胞产生的能量增加会提高物质的转运速率D．载体蛋白在物质转运过程中形状会发生改变2011年浙江省高考理综生物调研卷第7页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五（2011年浙江卷）3.在离体实验条件下单条神经纤维的电位示意图如下，下列叙述正确的是A.a—b段的内流是需要消耗能量的B.b—c段的外流是不需要消耗能量的C.c—d段的外流是不需要消耗能量的D.d—e段的内流是需要消耗能量的第8页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五（11年四川卷）2.下列有关生物膜结构和功能的描述，不正确的是A.植物原生质体的融合依赖于细胞膜的流动性B.合成固醇类激素的分泌细胞的内质网一般不发达C.分泌蛋白的修饰加工由内质网和高尔基体共同完成D.生物膜之间可通过具膜小泡的转移实现膜成分的更新第9页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五（11年四川卷）30II、（12分）下图为反射弧中神经—肌肉接头的结构及其生理变化示意图。（1）发生反射时，神经中枢产生的兴奋沿___________神经传到突触前膜，导致突触小泡与前膜________________，释放神经递质（Ach）；Ach与Ach受体结合后，肌膜发生__________，引起肌肉收缩。（2）重症肌无力是自身免疫病，其病因是患者免疫系统把Ach受体当作抗原，使___________被激活而增殖、分化、产生Ach受体抗体。Ach受体抗体与Ach受体特异性结合，造成Ach不能与Ach受体正常结合，导致_______________信号转换过程受阻。（3）临床上治疗重症肌无力的重度患者，可采用胸腺切除法，目的是抑制_________发育成T细胞，不能产生淋巴因子，从而抑制___________免疫的应答。第10页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五上海：神经电位的测量装置如右上图所示，其中箭头表示施加适宜刺激，阴影表示兴奋区域。用记录仪记录A、B两电极之间的电位差，结果如右侧曲线图。若将记录仪的A、B两电极均置于膜外，其它实验条件不变，则测量结果是（）C第11页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五6．随着生活水平的提高和生活方式的改变，高血脂人群相对增多。脂类在血液中以脂蛋白的形式进行运送，并可与细胞膜上存在的特异性受体相结合，进入细胞内进行代谢（如图所示）。对该图分析不合理的是A．图中物质X很可能是具有识别功能的受体蛋白B．物质X在溶酶体酶的作用下被水解为氨基酸C．该过程的完成与生物膜的结构特点密切相关D．该过程需要消耗ATF，直接提供的能量第12页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五56．离子通道是细胞膜上仅能使无机盐离子选择性被动通过的一类通道蛋白。在离子通道上常具有门，因此又称为门通道。根据门开关条件的不同，大体分为电压门通道、配体门通道和压力激活通道（如图一）。电压门通道由膜电位控制门的开关：配体门通道门的开关取决于细胞内外特定的物质（配体）与相应的通道蛋白（受体）结合，从而影响离子进出细胞；压力激活通道门的开关取决于机械力的作用。图二是神经肌肉接头处传递神经冲动、刺激肌肉收缩过程中相关离子通道先后开放和关闭的示意图（各闩通道开放顺序以数字标注）。请分析回答。（1）神经肌肉接头处的离子通道X、Y、Z中属于配体门通道的是

。（2）进入突触小体中的Ca2+的作用是

，从而使兴奋传导信号类型发生的转变是

。（3）图二中，Na+和Ca2+跨膜运输过程

（填“需要’’或“不需要’’）消耗能量。（4）突触前膜和突触后膜都属于细胞的

系统，但它们执行不同的功能，从其组成成分上分析，原因是

不同。第13页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五第14页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五适宜刺激第15页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五ABCDEAC=CDABCDEAC=CDABCDEAC=CDABCD第16页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五Na+物质基础：神经细胞膜内外各种离子浓度不同(内K+

外Na+)细胞膜对不同离子的通透性不同。膜外膜内膜外++++++++++++++----------------------------++++++++++++++

静息时K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+K+静息电位：内负外正极化Na+Na+Na+K+K+K+

Na+Na+第17页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五Na+物质基础：神经细胞膜内外各种离子浓度不同(内K+

外Na+)细胞膜的通透性不同。膜外膜内膜外++++++++++++++----------------------------++++++++++++++K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+K+极化

适宜刺激Na+Na+Na+去极化反极化K+K+K+动作电位：内正外负

K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+第18页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五Na+物质基础：神经细胞膜内外各种离子浓度不同(内K+

外Na+)细胞膜的通透性不同。膜外膜内膜外++++++++++++++----------------------------++++++++++++++K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+K+极化Na+Na+Na+去极化反极化K+K+K+复极化K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+第19页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五

兴奋在神经纤维上的传导-+-------------------------------------------------++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

适宜刺激

①②③④⑤⑥①⑤⑥第20页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五第21页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五传导传递1.神经元：2.结构：3.过程:4.功能:5.信号:6.特点:

一个内二个之间神经膜内外突触神经冲动产生和传导使下一个神经元产生兴奋或抑制(1)双向性(2)生理完整性(3)绝缘性(4)不衰减性(5)速度快速(6)相对不疲劳(1)单向性(2)易受环境的影响(3)时间延搁(4)速度较慢(5)要衰减电信号电信号→化学信号→电信号第22页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五一、细胞膜的不透性和膜转运蛋白

（一）细胞膜的不透性：细胞膜除了脂溶性分子和小的不带电荷的分子能以简单扩散的方式通过细胞膜外，对绝大多数的溶质分子和离子是高度不透的。疏水性分子（烷烃、油、脂肪和多数含有油脂的物质）第23页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五（二）细胞内外离子分布差异的机制

特殊的膜转运蛋白的活性质膜本身的脂双层所具有的疏水性第24页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五细胞跨膜物质转运ATP间接供能光能驱动胞吞胞吐被动转运主动转运单纯扩散易化扩散同向转运反向转运钠钾泵钙泵质子泵ATP直接供能载体介导通道介导第25页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五（三）膜转运蛋白（载体蛋白、通道蛋白）1、载体蛋白（carrierproteins——通透酶(permease）性质：是多次跨膜的蛋白质分子。只允许能与载体蛋白结合部位结合的分子通过。介导被动运输或主动运输。

大多数动物细胞质膜通过构象改变输入溶质（如葡萄糖）的被动运输：状态A时溶质结合位点在膜外侧暴露，状态B时在膜内侧暴露。两种构象的转变不依赖于是否有溶质结合。若膜外侧溶质浓度高，状态A转变为状态B更常发生。第26页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五跨膜转运的特点：1.特异性；2.可饱和性；3.转运速率类似于酶与底物作用的饱和动力学曲线；4.pH依赖；5.可被底物类似物抑制，故也称为通透酶。几种载体蛋白载体蛋白部位能源功能葡萄糖载体大多数动物细胞质膜无被动输入葡萄糖Na+驱动的葡萄糖泵肠和肾细胞的顶部质膜Na+梯度主动输入葡萄糖Na+-K+泵大多数动物细胞质膜ATP水解主动输出Na+和输入K+Ca2+泵真核细胞的质膜ATP水解主动输出Ca2+第27页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五2、通道蛋白（channelproteins）

性质：1.多次跨膜的蛋白质通道。

2.只介导被动运输。

离子通道类型

电压门通道配体门通道配体门通道压力激活通道第28页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五特点：1.具有离子选择性，依赖于通道的直径与形状以及内衬的带电荷氨基酸的分布。2.转运速率比载体蛋白高。3.无饱和现象。4.离子通道是门控的，即由开和关两种构象所调节。第29页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五电压门控离子通道对膜电位的变化极为敏感，在膜电位小于阈电位时关闭，在膜电位达到阈电位时开放，如电压门控的Na+通道、K+通道。(1)电压门控离子通道第30页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五电压门K+通道(VoltagegatedK+channel)K+通道有四个亚单位，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)构成通道的内衬，大小可允许K+通过。K+通道具有三种状态：开启、关闭和失活。目前认为S4段是电压感受器。

4thsubunitnotshown第31页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五配体门控离子通道通过与细胞内外某些小分子配体的结合和分离来改变构象，调节通道开关，如配体门控Na+通道。(2)配体门控离子通道第32页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五配体门通道(Nicotinicacetylcholinereceptor)离子通道型受体。第33页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五压力激活通道通过感应压力来调节构象，如内耳听觉毛细胞依赖这一机制产生兴奋。(3)压力激活离子通道第34页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五

压力激活通道（stress-activatedchannel）第35页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五

少数种类离子通道是持续开放的，如神经细胞膜上非门控的K+渗漏通道、Na+渗漏通道。（4）非门控的离子通道第36页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五神经肌肉接点由Ach门控通道开放而出现终板电位时，可使肌细胞膜中的电位门Na+通道和K+通道相继激活，出现动作电位；引起肌质网Ca2+通道打开，Ca2+进入细胞质，引发肌肉收缩。电压门控离子通道配体门控离子通道压力激活离子通道第37页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五第38页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五二、被动运输与主动运输●被动运输：通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运输。转运的动力来自物质的浓度梯度，不消耗能量。类型：简单扩散（simplediffusion），协助扩散（facilitateddiffusion）需要膜转运蛋白。●主动运输：通过转运蛋白介导，物质逆浓度梯度跨膜运输。运输过程需要与释放能量的过程相偶联。●膜泡运输：大分子和颗粒物质被运输时并不直接穿过细胞膜，都是由膜包围形成膜泡，通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成转运的过程，也称吞排作用或称批量运输，包括细胞内膜系统各个部分之间的膜泡运输。大多数运输小泡是在膜的特定区域以出芽方式产生的。在转运过程中，涉及膜的融合与断裂，因此需要消耗能量。第39页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五（一）自由扩散、简单扩散、扩散被转运物质顺浓度梯度跨膜扩散第40页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五1.简单扩散（simplediffusion）人工脂质膜对各类物质的通透率：1.脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；2.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；3.小分子比大分子容易透过；4.分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过；5.人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的特点：运输方向：高浓度向低浓度跨膜动力：物质的浓度梯度不需要转运蛋白协助不消耗能量第41页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五运输物质的通透性脂溶性分子水溶性分子非极性分子：CO2

、O2、N2通透性逐渐减小不带电的小分子（H2O

尿素甘油）不带电的稍大分子（葡萄糖核苷酸氨基酸）带电的离子（K+Na+Ca2+Cl-……）通透性逐渐减小大分子及其颗粒性物质极性分子第42页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五2.水孔蛋白：水分子的跨膜通道

水通道(Aquaporin，AQP)水扩散通过人工膜的速率很低，人们推测膜上有水通道。1991年Agre发现第一个水通道蛋白CHIP28（28KD），他将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，5分钟内破裂。细胞的这种吸水膨胀现象会被Hg2+抑制。2003年Agre与离子通道的研究者MacKinnon同获诺贝尔化学奖。目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种，被命名为水通道蛋白（Aquaporin，AQP）。第43页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五水通道(Aquaporin，AQP)

水孔蛋白是由4个亚基组成的四聚体每个亚基的相对分子质量为28kDa，有六个跨膜结构域，在跨膜结构域2与3、5与6之间有一个环状结构，是水通过的通道，每个亚基是一个独立的水通道.只允许水而不允许其他离子通过。如肾小管对水的重吸收，唾液的分泌等，水分子通过水通道快速运动。AQP1水通道蛋白

水孔蛋白的跨膜结构域第44页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五3、协助扩散（facilitateddiffusion）

需要转运蛋白如载体蛋白（carrierprotein）“协助”运输的物质：大的非脂溶性的极性分子和离子，如糖、氨基酸、核苷酸等红细胞质膜载体蛋白促进葡萄糖扩散示意图

第45页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五简单扩散与协助扩散的比较

特点：1.比简单扩散转运速率高；

2.转运速率同物质成非线性关系；

3.具有特异性、饱和性。第46页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五（二）主动运输（activetransport）

●特点：①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要细胞提供能量；③都有载体蛋白介导

●类型：根据能量来源不同分三种基本类型：1.ATP直接提供能量，由ATP驱动泵（如钠钾泵、钙泵和质子泵）完成；2.ATP间接提供能量的协同运输，由藕联转运蛋白完成；3.光能驱动由光驱动泵完成。第47页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五驱动主动运输的三种不同类型偶联转运蛋白ATP驱动泵

光驱动泵ATP间接提供能ATP直接提供能量光能驱动

量的协同运输见于细菌第48页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五1.主动转运—钠钾泵也称Na+–K+–ATP酶，主要存在于动物细胞膜。第49页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五第50页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五钠钾泵工作模式工作原理：Na+-K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。工作模式：1.在静息状态下，Na+-K+

泵α亚基的Na+结合位点暴露在膜内侧，当细胞内Na+浓度升高时，3个Na+与该位点结合。2.由于Na+的结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，产生ADP，α亚基被磷酸化。3.由于酶的构象发生变化，与Na+结合的部位转向膜外侧，这种磷酸化的ATP酶对Na+的亲和力降低低，对K+的亲和力升高，泵出3个Na+。4.膜外的2个K+与磷酸化的酶结合。5.促使该酶去磷酸化，酶的构象恢复原状。6.与K+结合的部位转向膜内侧，K+与酶的亲和力降低，泵入K+。第51页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五钠钾泵工作模式特点1.Na+依赖的磷酸化和K+依赖的去磷酸化引起构象变化有序交替发生，循环约1000次/S；2.每次循环消耗1分子ATP，泵出3个Na+，泵入2个K+。

造成胞外Na+高，胞内K+高现象。Na+-K+泵的生物学功能：1.维持低Na+高K+的细胞内环境；2.维持细胞的渗透平衡，保持细胞的体态特征；3.维持细胞膜的跨膜静息电位。地高辛、乌本苷等强心剂抑制钠钾泵活性；Mg2+和少量膜脂有助提高于其活性。★用药物抑制钠钾泵的活性，对细胞的生物电有何影响？第52页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五2.主动转运—钙泵也称Ca2+–ATP酶，主要存在于质膜和内质网膜。钙泵能将Ca2+从细胞质基质泵出到细胞外，或将Ca2+从细胞质基质泵到内质网腔内，从而使Ca2+浓度在细胞质基质中维持较低水平。如肌质。第53页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五3.主动转运—质子泵也称H+–ATP酶，存在于溶酶体膜、液泡膜、线粒体内膜、类囊体膜、植物细胞质膜、真菌细胞质膜及细菌细胞质膜。第54页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五ATP形成的动力--------质子动力势第55页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五第56页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五第57页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五物质转运方向与离子顺电化学势梯度转移方向相反的协同转运称反向转运。4.主动转运—协同转运（同向转运和反向转运）第58页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五高浓度葡萄糖低浓度葡萄糖低浓度葡萄糖Glucoseisabsorbedbysymport第59页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五协同转运类型

按运输方向与离子顺电化学梯度的方向关系分为：（1）同向转运(symport)：即同向协同运输。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）反向转运（antiport）：即反向协同运输。物质跨膜运动的方向与离子转移方向相反，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，如存在与红细胞膜上的带3蛋白。第60页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五第61页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五第62页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五三、胞吞作用与胞吐作用

真核细胞通过囊泡完成大分子与颗粒性物质的运输，又称膜泡运输或批量运输。

按照膜泡的总体运动方向分为：●胞吞作用●胞吐作用第63页，共71页，2022年，5月20日，23点39分，星期五（一）胞饮作用与吞噬作用胞吞作用：通过细胞质膜内陷形成囊泡，称胞吞泡（endocyticvesicle），将外界物质裹进并输入细胞的过程。如激素、细