细胞生物学第五章

细胞生物学第五章第一页，共三十二页，2022年，8月28日

第一节物质的跨膜运输

相关知识：脂双层的不透性和膜转运蛋白

物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一

1、脂双层的不透性维持细胞内外的离子差异。

2、膜转运蛋白：载体蛋白（carrierproteins）——通透酶（permease）性质；介导被动运输与主动运输。通道蛋白（channelproteins）——具有离子选择性，转运速率高；离子通道是门控的；只介导被动运输

类型：电压门通道 配体门通道

压力激活通道

第二页，共三十二页，2022年，8月28日第一节物质的跨膜运输跨膜运输的类型：

一、被动运输（passivetransport）二、主动运输（activetransport）三、胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis）第三页，共三十二页，2022年，8月28日（一）简单扩散转运分子：疏水的小分子或小的不带电荷的极性分子。特点：不需能量，不需膜蛋白的协助过程：跨膜物质溶解在膜脂中，再从膜脂一侧扩散到另一侧，最后进入细胞质水相中。转运速度：决定于分子的大小和分子的极性第四页，共三十二页，2022年，8月28日（二）协助扩散

特点：1.转运速率高

2.存在最大转运速率

3.转运具有特异性

4.需有膜转运蛋白的参与

转运分子：极性分子和无机离子动力：物质跨膜梯度，需转运蛋白协助第五页，共三十二页，2022年，8月28日一、被动运输（passivetransport）

（三）水孔蛋白：水分子的跨膜通道

第六页，共三十二页，2022年，8月28日二、主动运输（activetransport）●特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白●类型：三种基本类型（ATP、协同、光动力） （一）由ATP直接提供能量的主动运输：钠钾泵

（结构与机制） （二）由ATP直接提供能量的其他主动运输：钙泵

质子泵：V-型质子泵、H+-ATP酶（F-型质子泵）（三）协同运输（cotransport） 由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用， 靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式

（四）物质的跨膜转运与膜电位

第七页，共三十二页，2022年，8月28日1、Na+-K+泵（Na+泵或Na+-K+-ATPase）目前各方面工资料证明Na+-K+泵，实质上就是Na+-K+-ATPase，它是膜中的内在蛋白，作用是将细胞内的Na+泵出胞外，同时将胞外的K+泵入胞内。Na+-K+泵由α和β大小二个亚基构成，α为大亚基，分子量约为120KDa，为催化部分，具有ATP酶活性；β为小亚基，分子量为50KDa。在细胞内侧α亚基与Na+结合，激活了ATP酶的活性使ATP分解，高能磷酸根与酶结合，发生磷酸化作用，引起α亚基构象变化。于是与Na+结合的部位转向膜外侧，在膜外侧α亚基对Na+的亲和力低，对K+的亲合力高，因而释放Na+，结合K+。K+在胞外与α亚基的另一位点结合，促使酶发生去磷酸化作用，使磷酸根很快解离，结果α基构象又恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧。在膜内侧，酶与K+亲合力低，与Na+亲合力高，K+在膜内被释放，而又与Na+结合，由此完成一个循环。这种磷酸化和去磷酸化引起的构象变化交替出现，每循环一次，消耗1分子ATP，同时从胞内泵出3个Na+，从胞外泵近2个K+。第八页，共三十二页，2022年，8月28日2、Ca2+泵（Ca2+-ATPase）Ca2+泵对机体的重要性不亚于Na+K+泵，Ca2+泵是由多肽构成的跨膜蛋白，分子量100KDa。它的运输机制类似于Na+K+-泵，Ca+泵的工作与ATP水解相偶联，每消耗1分子ATP，可从胞内转出2个Ca2+，并逆向运输1个Mg2+。Ca2+泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，可将Ca2+泵出细胞质，使Ca2+浓度在胞质中维持低水平。一般细胞内游离Ca2+浓度约为10-7mol/L,细胞外为10-3mol/L，因此，该过程也是逆浓度梯度运输。第九页，共三十二页，2022年，8月28日三、胞吞作用与胞吐作用（endocytosis

andexocytosis）

胞吞作用与胞吐作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜 运输，又称膜泡运输或批量运输（bulktransport）。一般可以归属于主动运输。一、胞吞作用与吞噬作用二、胞吐作用第十页，共三十二页，2022年，8月28日一、胞吞作用胞吞作用中，根据吞入囊泡的大小及胞吞物性质，可将胞吞作用分为两种类型。如果胞吞物为固体，形成的囊泡较大，为吞噬作用；若胞吞物为液体或溶质，形成的囊泡较小，则为胞饮作用。（一）、胞饮作用（pinocytosis）与吞噬作用（phagocytosis）。 胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别（二）、受体介导的胞吞作用及包被的组装第十一页，共三十二页，2022年，8月28日二、

胞吐作用

（一）、

组成型的外排途径（constitutiveexocytosispathway） 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）、除某些有特殊标志的駐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。（二）、调节型外排途径（regulatedexocytosispathway）特化的分泌细胞、分泌过程：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

（三）、膜流：动态过程对质膜更新和维持细胞的生存与生长是必要的 补充：囊泡与靶膜的识别与融合

第十二页，共三十二页，2022年，8月28日第十三页，共三十二页，2022年，8月28日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第十四页，共三十二页，2022年，8月28日简单扩散与协助扩散的比较

第十五页，共三十二页，2022年，8月28日第十六页，共三十二页，2022年，8月28日第十七页，共三十二页，2022年，8月28日第十八页，共三十二页，2022年，8月28日第十九页，共三十二页，2022年，8月28日第二十页，共三十二页，2022年，8月28日第二十一页，共三十二页，2022年，8月28日第二十二页，共三十二页，2022年，8月28日在动物、植物细胞由载体蛋白介导的协同运输异同点的比较第二十三页，共三十二页，2022年，8月28日一般认为，动物细胞对葡萄糖和氨基酸主动运输，不直接需要ATP水解的能量，是由Na+泵排出的Na+所产生的电位梯度的作用，使物质进入细胞。这种运输过程，是由膜上Na+泵和载体共同协作完成的。协同运输中由Na+和运输物共同向一个方向运输的方式，称为共运输；如果被运输物质的方向与离子转运的方向相反，称为对向运输。第二十四页，共三十二页，2022年，8月28日第二十五页，共三十二页，2022年，8月28日当细胞摄入大分子或颗粒时，首先被摄入物质先附着于细胞表面，被一小部分质膜逐渐包围，然后质膜凹陷，分离下来，形成胞内的小囊泡（胞吞泡），囊中含有被摄入的物质，这个过程称为胞吞作用。第二十六页，共三十二页，2022年，8月28日第二十七页，共三十二页，2022年，8月28日在受体介导的胞吞作用中，特定的大分子首先被细胞表面受体识别并结合，然后，所在位置的质膜开始凹陷，形成有被小窝，再分离下来形成有被小泡或有被小囊。该过程可迅速专一地使细胞大量摄入消化特定的大分子，是一种选择性的浓缩机制。有被小窝或有被小泡的包被是由蛋白质构成的，其中最主要的是网格蛋白和接合素蛋白。网格蛋白是一种纤维蛋白，由两条肽链组成纤维状二聚体，3个二聚体组成包被的结构单位――三脚蛋白复合体，进一步构成网格蛋白