二细胞膜与物质的跨膜运输

二细胞膜与物质的跨膜运输第1页/共90页相关的概念细胞膜（cellmembrane，又称质膜)内膜系统（endo-membranesystem)生物膜(biologicalmembrane)单位膜（unitmembrane)细胞膜内膜系统第2页/共90页单位膜

生物膜有着共同的形态特征，在透射电镜下呈现为“两暗夹一明”的三层结构，即内外两个电子致密的“暗”层中间夹着电子密度低的“亮”层，其总厚度约为7.5nm，这三层结构称为单位膜。第3页/共90页第一节细胞膜的化学组成

与分子结构

化学组成、分子结构

生物膜的特征

细胞膜的分子结构模型第4页/共90页化学组成脂类——基本骨架蛋白质——功能的主要担负者糖类——细胞外被水、无机盐、金属离子主体返回第5页/共90页(一)膜脂（membranelipid）

1、组成磷脂—含量最高胆固醇糖脂

2、特点：双亲性分子

3、存在方式（水溶液中）球状的胶态分子团脂质双分子层

脂质体第6页/共90页1．磷脂磷脂分子：均含有极性基团、磷酸基团和非极性基团，形成亲水头部和疏水尾部，称为双亲性分子或兼性分子。第7页/共90页磷脂含量最高头部——磷脂酰碱基（亲水）尾部——疏水两条烃链组成长短饱和状态膜的流动性第8页/共90页第9页/共90页第10页/共90页第11页/共90页第12页/共90页第13页/共90页返回第14页/共90页脂质体(liposome)根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层的趋势而制备的人工膜平面脂质体膜：单层脂质分子球形脂质体（d=1um)自我装配自我封闭5.用途：研究质膜功能的材料基因转移治疗疾病第15页/共90页第16页/共90页第17页/共90页第18页/共90页外在膜蛋白内在膜蛋白占20%-30%膜的内外表面，内表面为主不与脂质的疏水区连接水溶性蛋白结合力较弱离子键静电作用分离条件：温和不破坏膜结构改变离子强度、提高温度占70%-80%多数为跨膜蛋白嵌入或贯穿脂双层，直接与脂质的疏水区相作用双亲性分子与膜结合紧密去垢剂使膜崩解多见于功能复杂的细胞膜第19页/共90页第20页/共90页第21页/共90页返回第22页/共90页生物膜的特征流动性——膜脂和膜蛋白不断的运动（fluidity）生理常温生物膜是液晶态

要维持在一定的限度内，影响因素

不对称性——生物膜的近胞质面和非胞质面在结构(asymmetry)和功能上存在差异排列有序可流动返回第23页/共90页膜脂分子的运动

侧向(lateraldiffusion)翻转(flip-flop)旋转(rotation)弯曲(flexion)伸缩振荡旋转异构运动

第24页/共90页膜蛋白分子的运动方式：侧向运动旋转（不耗能）特点：速度慢区域性并非所有的蛋白质分子在膜上都能自由的运动

返回第25页/共90页返回第26页/共90页影响膜流动性的因素脂肪酸链的饱和程度和长度不饱和脂肪酸越多烃链越短胆固醇的含量

防止烃链的凝集防止在温度降低时流动性突然降低增加膜的稳定性卵磷脂和鞘磷脂的比值：比值越高，流动性越强。膜蛋白的影响：嵌入疏水区，降低流动性其他：环境温度、离子强度、酸碱度等。相变温度越低流动性越大返回第27页/共90页第28页/共90页第29页/共90页生物膜的不对称性(asymmetry)1．膜脂分布的不对称性：卵磷脂、鞘磷脂——膜外层脑磷脂等——内层相对性不对称，含量比例上的差异。2．膜蛋白分布的绝对不对称性内在膜蛋白外在膜蛋白3．糖基均分布在非胞质面：绝对的不对称返回第30页/共90页细胞膜的分子结构模型片层结构模型(lamellastructuremodel)单位膜模型(unitmembranemodel)液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel)脂筏模型(lipidraftsmodel)第31页/共90页第32页/共90页两暗：磷脂极性头部+蛋白一明：脂类的疏水尾部第33页/共90页第34页/共90页液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel)

1.脂双分子层构成膜的主体，它既有固体（晶体）的

有序性又有液体的流动性。

2.膜蛋白分子以各种形式与脂双分子层结合，有的贯

穿其中，有的镶嵌在其表面。

3.膜糖类（糖脂和糖蛋白）分布在非细胞质侧，形成

糖萼。

4.该模型强调了膜的流动性和不对称性。第35页/共90页第36页/共90页第37页/共90页一、简单扩散二、易化扩散三、主动运输第38页/共90页小分子物质的跨膜运输被动运输(passivetransport)：高——低、不耗能

简单扩散(simplediffusion)：一些物质不需要膜蛋白的帮助，不需要消耗能量，顺浓度梯度自由扩散通过膜的脂双层的跨膜运输方式易化扩散(facilitateddiffusion)：在膜转运蛋白的帮助下，物质顺其浓度或电化学梯度进行跨膜运输，不需要消耗能量主动运输(activetransport)：消耗细胞代谢所产生的能量，借助细胞膜上载体蛋白的帮助，将物质逆浓度梯度或电化学梯度运输的方式。第39页/共90页一、膜的选择性通透和简单扩散膜的选择通透性易于通过膜的物质脂溶性物质不带电荷的小分子物质不易通过膜的物质带电荷物质大分子物质第40页/共90页（一）特点不需要膜蛋白的帮助不需要消耗能量顺浓度梯度自由扩散（二）运输物质非极性小分子——CO2、O2、N2不带电荷的极性小分子——H2O、乙醇、尿素、固醇类激素第41页/共90页二、跨膜蛋白介导的跨膜运输（一）膜转运蛋白（membranetransportprotein

）定义细胞中负责转运各种极性分子和离子如葡萄糖、氨基酸、核苷酸及细胞代谢产物的膜蛋白特点都是跨膜蛋白，通常每种膜转运蛋白只转运一种特定类型的物质类型

载体蛋白(carrierprotein

)通道蛋白(channelprotein

)第42页/共90页第43页/共90页第44页/共90页第45页/共90页第46页/共90页第47页/共90页离子通道介导的易化扩散第48页/共90页运输物质：

极性分子和离子，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等。转运过程：溶质分子特异的结合位点结合溶质→构象变化完成第49页/共90页载体蛋白介导的易化的扩散第50页/共90页第51页/共90页第52页/共90页

Na＋-K＋-ATP酶

Ca2＋-ATP酶

H＋–ATP酶

第53页/共90页定义

是一种离子泵，是细胞膜上进行主动运输的一种载体蛋白。它能主动地逆电化学梯度把Na+泵出细胞外，把K+摄入细胞内以维持细胞内高K＋低Na＋的离子梯度。

第54页/共90页第55页/共90页第56页/共90页第57页/共90页2.协同运输(coupledtransport

)一些转运蛋白在转运一种溶质分子的同时或随后伴随有另外一种物质的转运。

同向协同运输（symport

）逆向协同运输（antiport）

第58页/共90页第59页/共90页同向协同运输小肠吸收上皮1）葡萄糖和钠离子的同向协同运输2）载体蛋白介导的易化扩散3）钠-钾泵

Na＋顺浓度梯度转运同时伴有葡萄糖或氨基酸的转运第60页/共90页对向协同运输调节细胞内的pHNa+-H+交换载体清除细胞代谢过程中产生的H+，使细胞内pH值升高。Cl-—HCO3-交换载体

从细胞中排出HCO3-交换Cl-进入细胞，使细胞内pH

值降低。第61页/共90页第62页/共90页第63页/共90页第64页/共90页第65页/共90页第66页/共90页第67页/共90页第68页/共90页第69页/共90页第70页/共90页第71页/共90页第72页/共90页结构性分泌途径调节性分泌途径第73页/共90页第74页/共90页第75页/共90页第76页/共90页第77页/共90页第78页/共90页第79页/共90页第80页/共90页第81页/共90页第82页/共90页第83页/共90页第84页/共90页第85页/共90页第86页/共90页第87页/共90页思考题结合图例，试述小肠上皮细胞从肠腔中摄入葡萄糖并将葡萄糖转运入血循环的过程中涉及的跨膜转运方式。简述两种膜转运蛋白（载体蛋白和通道蛋白）在分子结构和转运功能方面有何不同。以Na＋-K＋泵为例说明细胞膜的主动转运过程及其生物学意义。第88页/共90页肿瘤：