第五章 物质的跨膜运输

内容提要被动运输的基本概念、简单扩散的特征、协助扩散的特征；协助扩散的辅助蛋白类型：载体蛋白、通道蛋白；载体蛋白的转运方式；通道蛋白的门控类型；被动运输与主动运输的区别；离子泵的概念；ATP供能的主动运输、钠钾泵、P型离子泵的特点；V型与F型质子泵；ABC超家族的发现与应用；协同转运；胞吞作用与胞吐作用的基本概念；胞饮作用、吞噬作用的区别；受体介导与胞吞作用的主要过程。目前一页\总数四十一页\编于十七点第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输被动运输（passivetransport）主动运输（activetransport）目前二页\总数四十一页\编于十七点一、被动运输概念：被动运输（passivetransport）是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转。特点：运输方向；跨膜动力；能量消耗；膜转运蛋白。类型：简单扩散（simplediffusion）协助扩散（facilitateddiffusion）目前三页\总数四十一页\编于十七点（一）简单扩散概念：又称为自由扩散（freediffusion），是疏水小分子或小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋白参与的跨膜运输方式。特点：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助。某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在水和油中的分配系数（K）及扩散系数（D）来计算：P=KD/t（t为膜的厚度）

目前四页\总数四十一页\编于十七点目前五页\总数四十一页\编于十七点概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。特点：①转运速率高；②存在最大转运速率；③有膜转运蛋白参与，有特异性。膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。分为载体蛋白（carrierprotein）和通道蛋白（channelprotein）。（二）协助扩散目前六页\总数四十一页\编于十七点目前七页\总数四十一页\编于十七点目前八页\总数四十一页\编于十七点载体蛋白（carrierprotein）载体蛋白（carrierprotein）是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶质分子结合，通过构象改变介导溶质的主动和被动跨膜运输。目前九页\总数四十一页\编于十七点目前十页\总数四十一页\编于十七点相同点：①特异性，有特异的结合位点；②有饱和动力曲线；③受抑制剂的影响。不同点：①可改变过程的平衡点；②不对溶质分子作任何共价修饰。和酶的异同点：目前十一页\总数四十一页\编于十七点通道蛋白（channelprotein）概念：通道蛋白（channelprotein）是横跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。特征：一是离子通道具有选择性；二是离子通道是门控的。类型：电压门通道（voltage-gatedchannel）配体门通道（ligand-gatedchannel）

压力激活通道（stress-activatedchannel） 目前十二页\总数四十一页\编于十七点目前十三页\总数四十一页\编于十七点目前十四页\总数四十一页\编于十七点二、主动运输概念：主动运输（activetransport）是指由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低的一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。特点：①运输方向；②膜转运蛋白；③消耗能量。主动运输所需能量的来源主要有：

1.ATP直接提供能量

2.ATP间接提供能量

3.光能驱动目前十五页\总数四十一页\编于十七点目前十六页\总数四十一页\编于十七点ATP直接提供能量驱动的主动运输钠钾泵（Na+-K+

-ATP酶）

结构和作用机制作用：①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；②维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。钙泵（Ca2+-ATP酶）质子泵：P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶（或F–型）ABC转换器目前十七页\总数四十一页\编于十七点目前十八页\总数四十一页\编于十七点目前十九页\总数四十一页\编于十七点钙泵（Ca2+-ATP酶）目前二十页\总数四十一页\编于十七点目前二十一页\总数四十一页\编于十七点质子泵目前二十二页\总数四十一页\编于十七点ABC转换器目前二十三页\总数四十一页\编于十七点目前二十四页\总数四十一页\编于十七点协同运输（cotransport）是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。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。根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为：同向协同（symport）与反向协同（antiport）。

概念：协同运输（cotransport）是指一种物质的运输伴随另一种物质的运输。它是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。能量：钠钾泵或质子泵通过消耗ATP产生膜两侧的电化学浓度梯度，驱动协同运输的进行。

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。类型：共运输（同向协同（symport））对运输（反向协同（antiport））

ATP间接提供能量的主动运输目前二十五页\总数四十一页\编于十七点目前二十六页\总数四十一页\编于十七点物质的跨膜运输和膜电位膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。静息电位（restingpotential）：细胞在静息状态下的膜电位。动作电位（activepotential）：细胞在刺激作用下的膜电位。极化：在静息电位状态下，质膜内为负值，外为正值的现象。去极化：由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消失。反极化：离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位的现象。超极化：离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。目前二十七页\总数四十一页\编于十七点三、膜泡运输膜泡运输完成大分子和颗粒性物质的跨膜运输，因质膜形成囊泡而得名，又称批量运输（bulktransport）。根据物质的运输方向分为：胞吞作用（endocytosis）胞吐作用（exocytosis）目前二十八页\总数四十一页\编于十七点第三节胞吞作用与胞吐作用胞吞作用（endocytosis）胞吐作用（exocytosis）目前二十九页\总数四十一页\编于十七点（一）胞吞作用概念：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡），将外界物质裹进并输入细胞的过程。类型：胞饮作用（pinocytosis）吞噬作用（phagocytosis）目前三十页\总数四十一页\编于十七点胞饮作用特点：胞吞物为液体和溶质；形成的胞吞泡小（直径小于150nm）；连续发生的过程；网格蛋白和结合素蛋白。有被小泡胞吞泡的形成：配体和受体结合网格蛋白聚集有被小窝去被的囊泡和胞内体融合目前三十一页\总数四十一页\编于十七点

目前三十二页\总数四十一页\编于十七点目前三十三页\总数四十一页\编于十七点吞噬作用特点：胞吞物为大分子和颗粒物质；形成的胞吞泡大（直径大于250nm）；信号触发过程；微丝和结合蛋白。作用：防御侵染和垃圾清除工。目前三十四页\总数四十一页\编于十七点目前三十五页\总数四十一页\编于十七点胞饮作用和吞噬作用的区别特征物质胞吞泡的大小转运方式胞吞泡形成机制胞饮作用溶液小于150nm连续的过程网格蛋白和接合素蛋白吞噬作用大颗粒大于250nm受体介导的信微丝和结合蛋白号触发过程目前三十六页\总数四十一页\编于十七点（1）网格蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输，以及质膜到内膜区隔的膜泡运输。（2）COPI衣被小泡负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网。起初发现于高尔基体碎片，在含有ATP的溶液中温育时，能形成非笼形蛋白包被的小泡。（3）COPII主要介导从内质网到高尔基体的物质运输。最早发现于酵母ER在ATP存在的细胞质液中温育时，ER膜上能形成类似于COPI的衣被小泡，酵母COPII衣被蛋白的变异体，会在内质网中积累蛋白质。

目前三十七页\总数四十一页\编于十七点（二）受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用：配体和受体结合网格蛋白聚集有被小窝去被的囊泡和胞内体融合有被小泡胞内体是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞吞作用摄入的物质到溶酶体中被降解。溶酶体目前三十八页\总数四十一页\编于十七点