细胞生物学第五章物质的跨膜运输

第五章物质的跨膜运输MembraneTransport1整理ppt了解：膜转运蛋白的类别和特点、胞饮作用与吞噬作用。掌握：被动运输与主动运输的特点、4类ATP驱动泵的特点、受体介导的胞吞作用。重点：被动运输与主动运输的特点、离子泵、受体介导的胞吞作用。难点：组成型胞吐作用和调节性胞吐作用的特点。2整理ppt3整理ppt第一节膜转运蛋白与物质的跨膜运输4整理ppt脂双层的不透性-屏障barrier脂溶性分子和小的不带电荷的分子高度不透：大多数溶质分子、离子

5整理ppt6整理ppt黑膜试验7整理ppt不同分子通过无膜蛋白的人工脂双层8整理ppt细胞内外离子差异分布两种机制：一套特殊的膜转运蛋白的活性。质膜本身的脂双层所具有的疏水性特征。9整理ppt膜转运蛋白载体蛋白〔carrierprotein〕结合部位相适合通道蛋白〔channelprotein〕溶质大小和电荷10整理ppt载体蛋白(carrierprotein)被动转运〔passive〕顺浓度梯度或电化学梯度主动运输〔active〕逆浓度梯度或电化学梯度通道蛋白(channelprotein)被动转运11整理ppt载体蛋白〔carrierprotein〕载体蛋白是在生物膜上普遍存在的屡次跨膜蛋白分子。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。红细胞膜上的葡萄糖转运12整理ppt通道蛋白〔channelprotein〕通道蛋白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，又称为离子选择性通道〔ion-selectivechannel〕。特征：一离子通道具有选择性、极高的转运速率；二离子通道没有饱和值；三离子通道是门控的。 13整理ppt14整理ppt15整理ppt机制在膜上特异性刺激控制下，闸门短暂地开放，随即关闭。配体门通道：小分子-构象电压门通道：跨膜电位变化应力激活通道：应力改变构象-电信号内耳听觉毛细胞16整理ppt17整理ppt电压门通道voltage-gatedionchannels18整理ppt

应力激活通道stressactivatedionchannel19整理ppt被动运输与主动运输20整理ppt被动运输〔passivetransport〕：通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度的跨膜转运。转运的动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供代谢能量。21整理ppt㈠简单扩散〔simplediffusion〕/被动扩散

影响因素：分子量越小脂溶性越强非极性比极性分子过脂双层膜速率越快特点：①沿浓度梯度扩散高-低②不需要提供能量③不需要膜蛋白协助22整理ppt〔二〕水孔蛋白：水分子的跨膜通道23整理ppt24整理ppt水孔蛋白〔aquaporin，AQP〕由4个亚基组成的四聚体，每个亚基都有6个跨膜α螺旋组成水分子快速跨膜运动的通道25整理ppt26整理ppt〔三〕协助扩散极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等顺其浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运，该过程不需要细胞提供能量。特异性的膜转运蛋白“协助〞27整理ppt特点：①转运速率高；②运输速率同物质浓度成非线性关系；③特异性；④饱和性。载体：离子载体、通道蛋白。28整理ppt29整理ppt葡萄糖载体〔glucosetransporter，GLUT〕高度同源的氨基酸序列，12次跨膜的α螺旋丝氨酸〔Ser〕、苏氨酸〔Thr〕、天冬氨酸〔Asp〕、谷氨酸〔Glu〕30整理ppt31整理ppt32整理ppt载体蛋白介导的被动转运(协助扩散)⑴特点——类似于酶-底物反响①结合溶质分子具有特异性②结合溶质分子具有饱和性到达饱和状态时转运速率最大(Vmax)③每种载体对各自溶质均有一结合常数(Km)即V＝1／2Vmax时溶质的浓度④结合可被竞争性或非竞争性抑制剂阻断不同点:载体蛋白对被转运溶质无共价修饰可改变过程的平衡点；33整理ppt⑵不同的运输形式单向运输〔uniport〕协同运输〔coupledtransport〕

同向运输〔symport〕

对向运输〔antiport〕

34整理ppt35整理ppt〔四〕主动运输主动运输〔activetransport〕载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由低浓度一侧向高浓度一侧进行跨膜转运的方式。能量来源ATP直接供能-初级主动运输间接提供能量〔耦联转运蛋白〕光能驱动对向转运蛋白同向转运蛋白36整理ppt37整理ppt主动运输的特点是：①逆浓度梯度〔逆化学梯度〕运输；②需要能量〔由ATP直接供能〕或与释放能量的过程耦联〔协同运输〕；③都有载体蛋白。

38整理ppt第二节离子泵和协同转运离子泵P-型离子泵V-型质子泵和F-型质子泵ABC超家族39整理ppt40整理pptP-型离子泵都有2个独立的α催化亚基，具有ATP结合位点；绝大多数还具有2个β小亚基，通常起调节作用。在转运离子过程中，至少有一个α催化亚基发生磷酸化和去磷酸化反响，从而改变泵蛋白的构象，实现离子的跨膜转运。41整理ppt⑴Na+-k+泵ATP直接供能对向运输将Na+逆电化学梯度运出细胞将k+逆电化学梯度运入细胞其动力是自身ATP水解供能—Na+-k+-ATP酶P-型离子泵42整理ppt43整理ppt由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体。Na+-K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。钠钾泵的一个特性是它对离子的转运循环依赖自磷酸化过程。总的结果是每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。Na+-K+泵作用是：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。44整理ppt45整理ppt钠钾泵机制46整理ppt〔2〕钙泵〔Ca2+-ATP酶〕ATP直接供能

通常细胞内钙离子浓度〔10-7M〕显著低于细胞外钙离子浓度〔10-3M〕，这种浓度差由钙泵维持。位置：质膜和内质网膜上每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。例：肌质网〔sarcoplasmicreticulum〕上的钙离子泵，肌细胞膜去极化后引起肌质网上的钙离子通道翻开，大量钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩之后由钙离子泵将钙离子泵回肌质网。47整理ppt48整理ppt〔3〕H+/K+-ATP泵49整理ppt〔4〕质子泵〔H＋泵〕ATP直接供能

存在位置：植物细胞、真菌和细菌细胞作用方式：从胞质中主动将H＋泵出细胞，建立和维持跨膜的H＋电化学梯度50整理pptV-型质子泵和F-型质子泵V-型质子泵存在：溶酶体膜动物细胞胞内体植物液泡膜上功能：利用ATP水解产生能量逆H+电化学梯度将H+泵入细胞器〔维持质膜的中性；细胞器酸性〕转运H+时不产生磷酸化中间体51整理pptF-型质子泵存在：细菌质膜线粒体内膜叶绿体内囊体膜功能：H+顺浓度梯度运动将所释放的能量与ATP合成相偶联

H+-ATP合成酶52整理ppt53整理pptABC超家族几百种不同的转运蛋白，30%~40%同源ABC蛋白对于单一底物或相关底物的基因具有特异性核心结构域

2个跨膜结构域

2个胞质侧ATP结构域54整理ppt55整理ppt56整理ppt多药抗性转运蛋白〔multidrug-resistance，MDR〕MDR1秋水仙碱长春花碱57整理ppt协同转运由Na+-K+泵〔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，又叫做耦联运输。能量：离子浓度梯度电化学梯度58整理ppt同向转运〔symport〕：物质运输方向与离子转移方向相同。反向转运〔antiport〕：物质运输方向与离子转移方向相反。59整理ppt糖、氨基酸和其他有机分子跨膜转运60整理ppt小肠上皮细胞吸收葡萄糖示意图61整理ppt离子梯度驱动的主动转运(对向)

——调节细胞内pHNa+-H+交换载体Cl--HCO3-交换载体例：红细胞膜bandⅢ蛋白

Na+-与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流62整理pptNa+-K+泵〔或H+泵〕与载体蛋白协同转运的示意图A动物细胞Na+驱动的同向转运；B植物细胞H+驱动的同向转运63整理ppt离子跨膜转运与膜电位静息电位：细胞在静息状态下的膜电位动作电位：在外界刺激作用下产生的行驶通讯功能的快速变化的膜电位极化：静息电位是细胞质膜内外相对稳定的电位差，质膜内为负值，质膜外为正值。64整理ppt

小分子物质的跨膜转运小分子

离子：阴离子CL-

阳离子Na+,K+,Mg+,Ca2+,H+

非极性小分子：苯、N2、O2

极性小分子：CO2,乙醇，尿素，类固醇激素，甘油，H2O

其他：葡萄糖，氨基酸

总结65整理ppt小分子物质通过细胞膜的转运主要有三种方式简单扩散〔simplediffusion〕协助扩散〔facilitateddiffusion〕主动运输〔activetransport〕66整理ppt第三节胞吞作用与胞吐作用大分子物质的囊泡转运67整理ppt膜性囊泡以出芽方式从细胞的一种内膜细胞器脱离后又与另一内膜细胞器发生融合，这一转运过程称为膜泡转运。根据物质的运输方向：胞吞作用〔endocytosis〕胞吐作用〔exocytosis〕共同特点：双向、特异、有序、化学修饰68整理ppt胞吞作用消耗能量,属于细胞膜的主动运输吞噬〔phagocytosis〕由专门的吞噬细胞完成,大的颗粒,直径>250nm，最终到达溶酶体被降解。吞饮〔pinocytosis〕摄入液体和小溶质分子进行消化，直径<150nm。一、胞饮作用与吞噬作用69整理ppt70整理ppt71整理ppt吞噬过程吞饮过程72整理ppt73整理ppt需要微丝骨架及其结合蛋白的参与74整理ppt75整理ppt胞吞作用受体介导的胞吞作用非特异性的胞吞作用76整理ppt⑴特点①所摄入的大分子在质膜上有特异受体②内吞由大分子配体与其受体的识别、结合而激发③受体配体复合物聚集于质膜的有被小窝内，由有被小泡送至内体。受体介导的胞吞作用

——受体-配体结合而引发的胞饮作用77整理ppt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。受体介导的胞吞作用溶酶体78整理ppt受体介导的胞吞作用网格蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，介导高尔基体到胞内体、溶酶体、植物液泡的运输，以及质膜到内膜区隔的膜泡运输。79整理ppt大分子物质运输中的三种有被小泡网格蛋白〔clathrin〕冷冻蚀刻技术发现，有被小凹和小泡上的外被呈网格样结构，这种物质由几种蛋白组成，其中一种就是网格蛋白。网格蛋白在进化上高度保守，分子由3条重链和3条轻链形成三足结构，许多三足结构再组装成六边形或五边形的网格样结构。网格蛋白位于转运小泡的外表，大大提高了小泡的外表张力。80整理ppt81整理ppt82整理ppt胆固醇低密度脂蛋白〔low-densitylipoprotein，LDL〕83整理ppt84整理ppt85整理ppt不同类型受体的胞内体的分选途径：〔1〕返回原来的质膜结构域，重新发挥受体的作用；〔2〕进入溶酶体中被消化掉，称为受体下行调节；〔3〕被运至质膜的不同结构域，称为转胞吞作用。86整理ppt87整理ppt三、细胞胞