细胞膜与物质转运

关于细胞膜与物质转运第1页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三一、关于膜的化学组成和结构的早期研究1895年，E.Overton认为：细胞膜由脂质组成。1917年，Langmuir脂类单分子膜技术（膜平衡）：

磷脂：亲水区（极性区）疏水区（非极性区）第2页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三1925年E.Gorter-F.Grendel学说:

人红细胞直径7um表面积100um21.8～2.2：1由双层脂质分子构成第3页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三二、几种有代表性的质膜模型（一）Danielli-Davson模型（1935年）：

（片层模型、夹层模型、三明治模型）Cole(1932)和Shapiro(1934)：

海胆卵细胞膜张力<油滴J.F.Danielli和H.Harvey(1935)：鲐鱼卵油滴实验

加入蛋白质表面张力↓推想：细胞膜←脂质，蛋白质第4页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三静电作用球形蛋白质第5页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（二）单位膜模型：（Robertson,1959年）“暗___明___暗”细胞膜细胞质2nm3.52++=7.5nm暗明暗

②脂质分子极性头+蛋白质层→暗脂双层非极性尾→亮①蛋白质：单层伸展的片状，β折叠，静电作用，

内、外层不对称第6页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三合理性：生物膜形态学上的共性，与观察到的膜形态吻合。质膜有高电阻；脂溶性的不同物质，通透性不同。不足：把膜看成是静止的，各种生物膜功能上差异性；各种膜厚度不完全相同；酶的活性同构型的关系；膜蛋白分离难易度不同。60年代，蛋白和脂结合主要是疏水键；膜脂双分子层中心分布有蛋白颗粒；膜蛋白是-螺旋的球形结构。

60年代后期到70年代初期，生物膜具有流动的性质。

第7页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（三）流动镶嵌模型（液态镶嵌模型）：

Singer和Nicolson1972年1、脂质双分子层。2、球形膜蛋白镶嵌在脂双分子层中。整合、外周、脂锚定式总之：生物膜是嵌有球形蛋白质的脂类二维排列的液态体。镶嵌蛋白附着蛋白3、流动性。不对称性。成分、功能生物膜两大特性第8页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（四）晶格镶嵌模型：

1975Wallach提出1、脂质相变

无序（液态）有序（固态）2、膜蛋白对脂类分子的活动有控制作用。界面脂晶格第9页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三细胞内脂双层膜蛋白生物膜结构的一般模型糖链（分布在非胞质面）第10页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三一、膜脂

(一)类型:磷脂生物膜的主要成份。糖脂胆固醇第二节细胞膜的化学成分脂类、蛋白质、糖类1、磷脂：甘油磷脂鞘磷脂第11页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三X极性头部基团（亲水）非极性尾部基团（疏水）鞘胺醇第12页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三3、胆固醇：极性头部平面固醇环结构非极性尾部2、糖脂：鞘胺醇鞘胺醇半乳糖苷脂第13页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三水水水磷脂分子团磷脂双层磷脂脂质体第14页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（二）膜脂的流动性：1、运动方式：侧向扩散旋转摆动翻转

2、影响流动性的因素：脂肪酸链的长度长-----小脂肪酸链的饱和程度大-----小胆固醇的含量多-----小卵磷脂/鞘磷脂大-----大第15页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三脂质双层非胞质面胞质面整合蛋白（跨膜蛋白）极性键非极性键（疏水键）

二、膜蛋白：（一）类型：

外周蛋白（附着蛋白）

静电键脂锚定蛋白

共价键第16页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三

（二）膜蛋白分子的流动：侧向运动旋转人鼠细胞体外融合间接免疫荧光法：

——Frye和Edidin（1970年）成纤维细胞融合——杂交细胞表面抗原分布的变化第17页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三小鼠细胞标记人膜蛋白抗体+人膜蛋白（抗原）异核细胞抗小鼠膜蛋白抗体+荧光素B抗人膜蛋白抗体+荧光素A标记小鼠膜蛋白抗体+小鼠膜蛋白（抗原）人细胞孵育（370C,40分钟）诱导融合膜蛋白(抗原）第18页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三膜糖类糖类+膜脂共价键糖脂糖类+膜蛋白糖蛋白共价键细胞内三、膜糖类脂双层膜蛋白细胞衣（糖萼）：细胞外表的糖链+

该细胞分泌的糖蛋白细胞衣第19页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三物质的跨膜运输通透性选择性细胞

环境交换的方式：小分子和离子的穿膜运输。大分子和颗粒物质的膜泡转运。半透膜☆

运输方式☆

转运机理（难点）☆

基本概念第三节小分子物质的跨膜运输第20页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三一、被动运输（passivetransport)：

是指物质顺浓度梯度、不消耗细胞代谢能的穿膜运输。包括:简单扩散、易化扩散、通道蛋白介导的运输（一）简单扩散

（simplediffusion）：单纯扩散、自由扩散(freediffusion)

指不借助膜蛋白、不消耗细胞代谢能而使物质顺浓度梯度自由穿膜的运输方式。第21页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三高浓度低浓度脂质双分子层电化学梯度影响通透性的因素：分子大小、脂溶程度、带电性适合简单扩散的物质：

非极性小分子:苯、醇、O2、CO2、N2

。不带电荷的极性小分子：H2O、尿素、甘油。

第22页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三＊

膜转运蛋白(membranetransportprotein)：通道蛋白（channelprotein)载体蛋白(carrierprotein)（二）易化扩散(facilitateddiffusion)

：

——葡萄糖的转运为例

①概念：

借助于载体的帮助、不消耗细胞代谢能、使物质顺浓度梯度转运的方式。帮助扩散第23页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三③特点：速度快、高度选择性、速率最大值。②机制：④适于易化扩散的物质：

亲水性物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸无机离子：Na+、K+、CI¯、H+

高浓度低浓度电化学梯度脂双分子层载体蛋白第24页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三②机理：通道蛋白高浓度低浓度电化学梯度简单扩散（三）通道蛋白介导的运输：①可转运的物质：适当大小的带电荷的分子或离子，如：Na+,K+,Ca2+,H2O。第25页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三③通道蛋白类型：持续开放间断开放——闸门通道高浓度低浓度电化学梯度通道蛋白配体配体闸门通道电压闸门通道第26页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第27页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三神经肌肉连接处的闸门通道④通道蛋白特点：运输速度快（10000000个/S）；具有选择性（已发现50）多种。第28页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三二、主动运输(activetransport)：

借助于载体蛋白、通过消耗代谢能、将物质逆浓度梯度转移的运输方式。

能量来源:ATP、吸收光能、间接利用

（一）ATP提供能量的离子泵转运:1、钠钾泵（Na+–K+

pump）实质：Na+–k+ATP酶（钠钾泵），载体和酶。工作原理：结构2个α大亚基2个β小亚基胞质侧结合Na+、ATP非胞质侧结合k+

、乌苯苷第29页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三细胞质钾浓度梯度[30倍]钠浓度梯度[13倍]KNa++泵大亚基大亚基小亚基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亚基大亚基大亚基K+ATPADP+Pi钠结合部位K+Pi大亚基大亚基小亚基钾结合部位Mg+Pi第30页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三水解1分子ATP：排出3Na+、摄入2k+，

100个ATP/秒。2、Ca+-ATP酶（钙泵）：细胞膜外高Ca+内低ATPCa+3、H+-ATP酶（质子泵）：线粒体叶绿体溶酶体胃壁细胞

肌细胞膜肌浆网膜高Ca+泵Ca+ATP第31页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（二）耦联运输（coupledtransport）：

（协同运输）（cotransport）小肠上皮细胞Na+与葡萄糖的协同运输第32页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三小肠上皮细胞吸收葡萄糖示意图第33页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三协同运输ATP离子浓度梯度（Na+）（离子梯度驱动的主动运输）

“小分子物质转运”小结:

*

物质本身的性质。

*

有无膜蛋白参与通道蛋白载体蛋白

*

物质运输方向

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是否消耗细胞代谢能第34页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三被动运输主动运输小分子物质的跨膜运输方式：

通道蛋白的扩散易化扩散

主动运输小结：被动运输简单扩散协同运输钠钾泵无转运蛋白参与有转运蛋白参与第35页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第四节大分子和颗粒物质的跨膜运输（膜泡转运）☆掌握：1、囊泡的类型；

2、转运过程（机理）第36页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三一、转运囊泡的类型：——包被囊泡第37页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三信号序列分选信号肽

内质网驻留蛋白膜蛋白可溶性蛋白第38页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三1、网格蛋白：电镜下观察到的有被小泡作用：牵动质膜内陷（一）网格蛋白包被的组成：二、网格蛋白囊泡的运输3条重链+3条轻链→三叉蛋白复合体第39页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三2、接头蛋白（接合素、调节素）：接头蛋白的作用：识别并捕获被转运分子。把被转运分子连接到网格蛋白上。信号序列AP家族:AP1A、AP1B、AP2AP3A、AP3B、AP4第40页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三蛋白包被的功能：牵拉生物膜形成芽泡；协助捕获要转运的物质。（二）囊泡的形成有被小窝有被小泡动力素：GTP酶-----装配反应因子(ARF)

作用：“缢割”囊泡使之脱离细胞膜第41页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第42页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三（三）囊泡的锚定以及与靶膜的融合

——卸载转运物质1993年Rothman、Soller等提出SNARE假说：

①N–乙基马来酰亚胺敏感性融合蛋白(因子)(NSF)：

ATP酶②NSF附着蛋白(SNAP)(融合锚定蛋白)：

增加NSF的ATP酶活性③SNAP受体(SNARE)：转运小泡膜

V–SNARE

靶膜

t–SNARE

第43页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三第44页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三2、分泌方式：

固有分泌

持续进行，普遍存在于所有细胞。调节分泌

暂存于分泌泡，细胞外信号物质，特化细胞，分泌量大。第五节细胞膜的胞吐与胞吞作用一、胞吐作用（出胞作用）（exocytosis）：

——以分泌蛋白为例1、过程:

核糖体→内质网→高尔基体→细胞膜第45页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三NSFSNAPV–SNAREt–SNARE“分子夹”突触结合蛋白固有分泌细胞膜高尔基体ATPADP+Pi转运小泡7S复合物20S复合物分泌至细胞外受调分泌细胞膜

转运小泡其上有分子夹

此复合物上由于有分子夹，使SNAP不能与该复合物结合细胞外信号

分子夹移位或脱落，使SNAP与SNARE复合物结合ATPADP+Pi分泌至细胞外第46页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三二、胞吞作用（入胞作用)(endocytosis)1、吞噬作用:(phagocytosis)固态颗粒；囊泡Φ>250nm单细胞生物原虫——捕食动物的免疫细胞——抵御微生物清除衰老细胞第47页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三2、吞饮作用(pinocytosis)：

液体、小颗粒；囊泡Φ<150nm连续进行，存在于所有细胞，基本内吞作用第48页，讲稿共56页，2023年5月2日，星期三3、受体介导的内吞作用

(receptor-mediatedendocytosi