物质的跨膜运输细胞生物学

物质的跨膜运输细胞生物学第一页，共五十七页，2022年，8月28日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、胞吐作用第二页，共五十七页，2022年，8月28日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(cellulartransport)

这种运输主要是细胞与环境间的物质交换胞内运输(intracellulartransport)是真核生物细胞内膜性细胞器与细胞内环境进行的物质交换跨细胞运输(transcellulartransport)这种运输是物质穿越细胞的运输第三页，共五十七页，2022年，8月28日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页，共五十七页，2022年，8月28日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页，共五十七页，2022年，8月28日在活细胞中质膜对物质

的

通透有高度的选择性第六页，共五十七页，2022年，8月28日细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；第七页，共五十七页，2022年，8月28日（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页，共五十七页，2022年，8月28日（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页，共五十七页，2022年，8月28日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:第十页，共五十七页，2022年，8月28日A.配体门通道——离子通道型受体第十一页，共五十七页，2022年，8月28日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页，共五十七页，2022年，8月28日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。第十三页，共五十七页，2022年，8月28日二、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。第十四页，共五十七页，2022年，8月28日（一）、简单扩散第十五页，共五十七页，2022年，8月28日简单扩散也叫自由扩散（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。通透性P=KD/d，K为分配系数，D为扩散系数，d为膜的厚度。第十六页，共五十七页，2022年，8月28日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页，共五十七页，2022年，8月28日（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白CHIP28第十八页，共五十七页，2022年，8月28日第十九页，共五十七页，2022年，8月28日（三）、协助扩散P71特异的膜转运蛋白“协助”物质转运第二十页，共五十七页，2022年，8月28日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：第二十一页，共五十七页，2022年，8月28日第二十二页，共五十七页，2022年，8月28日（四）、主动运输

（一）概念：由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度的跨膜转运方式。

第二十三页，共五十七页，2022年，8月28日主动运输特点：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。第二十四页，共五十七页，2022年，8月28日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页，共五十七页，2022年，8月28日第二节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超家族第二十六页，共五十七页，2022年，8月28日P—型离子泵(P74)

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。第二十七页，共五十七页，2022年，8月28日（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——型离子泵第二十八页，共五十七页，2022年，8月28日工作原理: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页，共五十七页，2022年，8月28日细胞必须进行渗透压调节(P75)第三十页，共五十七页，2022年，8月28日细胞以不同的方式避免被涨破第三十一页，共五十七页，2022年，8月28日Na+-K+泵的作用：维持细胞的渗透性，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。第三十二页，共五十七页，2022年，8月28日（二）、钙泵(P75)及其他P－型离子泵Ca2+

ATP酶

第三十三页，共五十七页，2022年，8月28日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页，共五十七页，2022年，8月28日质子泵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。第三十五页，共五十七页，2022年，8月28日P-型泵V-型泵第三十六页，共五十七页，2022年，8月28日定子转子

F-型泵：H+-ATP酶

第三十七页，共五十七页，2022年，8月28日三、ABC

超家族ABC超家族（ABCsuperfamily）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（ATPbindingcassette），故名ABC转运器。第三十八页，共五十七页，2022年，8月28日MammalianMDR1protein第一个被发现的真核细胞的ABC转运器是多药抗性蛋白（multidrugresistanceprotein,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。第三十九页，共五十七页，2022年，8月28日FourtypesofATP-poweredpumps第四十页，共五十七页，2022年，8月28日四、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。植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。第四十一页，共五十七页，2022年，8月28日

协同运输分为：同向协同和反向协同

第四十二页，共五十七页，2022年，8月28日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。第四十三页，共五十七页，2022年，8月28日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页，共五十七页，2022年，8月28日三、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页，共五十七页，2022年，8月28日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。第四十六页，共五十七页，2022年，8月28日一、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噬泡第四十七页，共五十七页，2022年，8月28日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。第四十八页，共五十七页，2022年，8月28日吞噬作用：巨噬细胞正在吞噬死亡的红细胞伪足边缘第四十九页，共五十七页，2022年，8月28日吞噬作用：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页，共五十七页，2022年，8月28日细胞吞入液体或极小的颗粒物质。胞饮作用第五十一页，共五十七页，2022年，8月28日胞饮作用：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页，共五十七页，2022年，8月28日胞饮泡形成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）网格蛋白第五十三页，共五十七页，2022年，8月28日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页，共五十七页，2022年，8月28日二、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，lowdensitylipoproteins）”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颗粒第五十五页，共五十