细胞生物学 05 物质的跨膜运输

细胞生物学生命科学学院主讲李桂兰第五章物质的跨膜运输本章主要内容第一节膜转运蛋白和物质的跨膜运输第二节离子泵和协同转运第三节胞吞作用与胞吐作用第五章物质的跨膜运输一、脂双层的不透性和膜转运蛋白二、被动运输三、主动运输第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输一、脂双层的不透性和膜转运蛋白1、通过脂双层膜的转运特点第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输运输方式：自由扩散决定通透性大小的主要因素分子的大小和极性2、细胞内外离子差别机制（1）脂双分子层具有疏水性脂溶性、小的不带电荷的极性分子能直接通过；对大多数溶质和离子高度不通透。（2）细胞膜上具有膜转运蛋白第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输3、膜转运蛋白载体蛋白通道蛋白第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输膜转运蛋白——载体蛋白具有转运的特异性，与特定的溶质分子结合，通过构象改变介导溶质分子的跨膜转运具有酶的特点：具有饱和度、被竞争抑制、抑制剂抑制，对被转运的物质不做任何修饰。既能介导主动运输又能介导被动运输膜转运蛋白——通道蛋白不与被转运的物质结合，形成跨膜的亲水通道；非选择性的通道蛋白：允许适宜大小的分子和带电离子通过具有选择性的通道蛋白—离子通道特征：有离子选择性；转运速率高；没有饱和值；门控通道只介导被动运输门控通道电压门配体门应力激活通道第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输二、被动运输指物质顺浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运。不需要消耗代谢能量。包括简单扩散和协助扩散两种方式.1、简单扩散简单扩散：没有膜蛋白的协助，沿浓度梯度的物质跨膜转运方式不需要提供代谢能量；通透性主要取决于分子的大小和分子的极性。主要转运疏水的小分子、小的不带电荷的极性分子。第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输水孔蛋白（水通道蛋白aquaporin,AQP—2003年诺贝尔化学奖）一般认为AQP是处于持续开放状态的对水分子高度特异的膜通道蛋白。水分子的转运不需要消耗能量，也不受门控机制影响。水分子通过AQP的移动方向完全由膜两侧的渗透压决定。水通道蛋白广泛表达于体液代谢活跃的组织细胞，在体内液体转运生理和病理中起主要作用。第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输2、协助扩散不消耗物质代谢产生的能量。膜转运蛋白：通道蛋白、载体蛋白具有转运的特异性提高了物质转运速率主要转运各种极性分子和无机离子。第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输被动运输的结果是使膜两侧物质的浓度趋于相同。三、主动运输1、概念：由膜转运蛋白介导，逆浓度差，需要消耗代谢能量的物质跨膜转运方式。膜转运蛋白：载体蛋白具有转运特异性、转运最大速率消耗代谢能量第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输2、主动运输类型直接消耗ATP的主动运输：ATP驱动泵，通过水解ATP获得能量；间接消耗ATP的协同运输：耦联转运蛋白—能同时转运两种不同溶质，所利用的能量储存在一种溶质的电化学梯度中。光驱动泵：利用光能运输物质，见于细菌。第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输第二节离子泵和协同转运ATP驱动泵偶联转运蛋白介导的协同转运第二节离子泵和协同转运一、ATP驱动的主动运输1、特点：都需要水解ATP提供能量参与主动运输的载体蛋白常被称为泵推动此类运输的蛋白质本身都是ATPase2、ATP驱动泵的类型P-型离子泵V-型质子泵F-型质子泵ABC超家族：只转运离子主要转运小分子第二节离子泵和协同转运（1）P型泵通过自身磷酸化来转运离子的离子泵就叫做P-type2个独立的α催化亚基，具有ATP结合位点，2个小的β亚基，通常起调节作用，在对离子的转运循环中依赖自磷酸化过程，导致构象的变化，实现离子的跨膜转运。Na+-K+泵、钙泵、P型质子泵Na+-K+泵工作原理第二节离子泵和协同转运Na+-K+泵存在于动物细胞的细胞膜上植物细胞、真菌和细菌质膜上没有Na+-K+泵，而是具有H+泵钙泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，可以将钙离子输出细胞或泵入内质网腔，以维持细胞内低浓度的钙；细胞膜上的钙泵活性受激活的Ca2+-钙调蛋白（CAM）复合物的调节，另外，蛋白激酶c也可以激活钙泵。Na+-K+泵的生物学意义维持了Na+和K+在细胞内外的浓度，形成细胞膜跨膜电位，Na+的浓度梯度能够储存能量，驱动某些物质运输。维持动物细胞的渗透平衡第二节离子泵和协同转运（2）V-型质子泵和F-型质子泵只转运质子，不形成磷酸化中间体V-型质子泵又称膜泡质子泵，存在于胞内体、溶酶体、液泡等膜上，逆浓度梯度转运H+F-型质子泵存在于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上，顺浓度梯度转运H+，同时驱动ATP的合成。第二节离子泵和协同转运3、ABC型泵ABC转运器（ABCtransporter），最早发现于细菌，属于一个庞大而多样的蛋白家族，每个成员都含有两个高度保守的ATP结合区（ATPbindingcassette）故名ABC转运器。每一种转运器只转运一种或一类底物，但是其蛋白家族中具有能转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质的成员,ABC转运器还可催化脂双层的脂类在两层之间翻转，在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。二、协同运输是一类由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。物质跨膜运动所需要的直接能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度维持电化学势的是钠钾泵或质子泵。Animalcells-----Sodiumions(Na+/K+ATPase)

Plant,bacterium-----Protons(H+ATPase