細胞生物學 第五章物質的跨膜運輸

1、精選課件細胞膜的細胞膜的選擇通透性選擇通透性：指細胞膜在選擇性：指細胞膜在選擇性地允許一些物質通過的同時，阻止另一地允許一些物質通過的同時，阻止另一些物質通過，又稱為膜的半透性。些物質通過，又稱為膜的半透性。酵母：酵母：6000個基因，個基因，1/3的編碼膜結合蛋的編碼膜結合蛋白，其中多數為膜轉運蛋白。白，其中多數為膜轉運蛋白。大腸桿菌（大腸桿菌（E. coli）:20%的基因與編碼的基因與編碼膜轉運蛋白有關。膜轉運蛋白有關。第一節(jié)第一節(jié) 膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸第二節(jié)第二節(jié) 離子泵和協同轉運離子泵和協同轉運第三節(jié)第三節(jié) 胞吞作用與胞吐作用胞吞作用與胞吐作用精選課件

2、一、脂雙層的不透性和膜轉運蛋白一、脂雙層的不透性和膜轉運蛋白活細胞內外離子濃度明顯不同，其調控機活細胞內外離子濃度明顯不同，其調控機制有二：制有二：（一）脂雙層：疏水性特征（一）脂雙層：疏水性特征1、脂溶性分子和小的不帶電荷的分子可、脂溶性分子和小的不帶電荷的分子可通過。通過。2、幾乎所有小的有機分子和帶電荷的無、幾乎所有小的有機分子和帶電荷的無機離子需要膜轉運蛋白完成跨膜轉運。機離子需要膜轉運蛋白完成跨膜轉運。精選課件（二）膜轉運蛋白：（二）膜轉運蛋白：載體蛋白載體蛋白：每種載體蛋白能與特定的溶質分：每種載體蛋白能與特定的溶質分子結合，通過構象改變介導溶質分子的跨膜子結合，通過構象改變介導溶

3、質分子的跨膜轉運。只容許與載體蛋白上結合部位相合適轉運。只容許與載體蛋白上結合部位相合適的溶質分子通過。的溶質分子通過。通道蛋白通道蛋白：只有：只有大小大小和和電荷電荷適宜的分子或離適宜的分子或離子才能通過。具有高度選擇性。子才能通過。具有高度選擇性。精選課件二、主動運輸和與被動運輸二、主動運輸和與被動運輸 細胞膜的物質運輸方式：細胞膜的物質運輸方式：（）小分子物質和離子的跨膜運輸（）小分子物質和離子的跨膜運輸（被動運輸、主動運輸被動運輸、主動運輸）（）大分子和顆粒物質的膜泡運輸（）大分子和顆粒物質的膜泡運輸（胞吞作用、胞吐作用胞吞作用、胞吐作用）精選課件（一）被動運輸被動運輸：物質由高濃度一

4、側通過膜物質由高濃度一側通過膜到低濃度一側而不消耗代謝能的一種運輸到低濃度一側而不消耗代謝能的一種運輸方式。方式。 1、簡單擴散簡單擴散：物質順濃度梯度從膜的一物質順濃度梯度從膜的一側運送到另一側，既不需要消耗能量，也側運送到另一側，既不需要消耗能量，也無需膜轉運蛋白的幫助，故稱為簡單擴散。無需膜轉運蛋白的幫助，故稱為簡單擴散。疏水非極性小分子：疏水非極性小分子：N2、O2、苯等、苯等不帶電的極性小分子：水、尿素、甘油等不帶電的極性小分子：水、尿素、甘油等精選課件精選課件通透性：取決于分子大小及其極性通透性：取決于分子大小及其極性小分子小分子 大分子大分子非極性分子非極性分子 極性分子極性分子

5、離子及大分子不能通過無膜蛋白的人工脂雙層。離子及大分子不能通過無膜蛋白的人工脂雙層。2 2、水孔蛋白：對水分子高度特異的運輸通道、水孔蛋白：對水分子高度特異的運輸通道紅細胞、腎小管細胞等膜上有許多水孔蛋白，紅細胞、腎小管細胞等膜上有許多水孔蛋白，每個水孔蛋白（每個水孔蛋白（4 4個亞基）亞基可形成一個供個亞基）亞基可形成一個供水分子運動的中央孔，直徑約水分子運動的中央孔，直徑約0.28nm,0.28nm, 長長2nm2nm。精選課件一個水孔蛋白亞基：一個水孔蛋白亞基：3對跨膜對跨膜螺旋，構成水通道螺旋，構成水通道精選課件3、協助擴散：又稱易化擴散，是物質由高濃度到低、協助擴散：又稱易化擴散，是

6、物質由高濃度到低濃度的一種穿膜運輸方式，它不消耗細胞的代謝能，濃度的一種穿膜運輸方式，它不消耗細胞的代謝能，但需要專一性的膜轉運蛋白的幫助。但需要專一性的膜轉運蛋白的幫助。分為：分為： a.閘門通道蛋白介導的協助擴散閘門通道蛋白介導的協助擴散 b.載體蛋白介導的協助擴散載體蛋白介導的協助擴散 載體蛋白介導的協助擴散的特征：載體蛋白介導的協助擴散的特征：（1）比簡單擴散轉運速率高得多。）比簡單擴散轉運速率高得多。（2）存在最大轉運速率）存在最大轉運速率（3）不同載體蛋白對溶質的親和性不同。）不同載體蛋白對溶質的親和性不同。精選課件離子通道離子通道 電壓門通道：膜電位變化 配體門通道：化學信號 應

7、力激活通道：壓力刺激，如內耳聽覺毛細胞精選課件離子通道運輸離子的特點：離子通道運輸離子的特點：(1)轉運效率極高。轉運效率極高。107-108個離子個離子/秒，比秒，比載體蛋白高載體蛋白高1000倍以上。運輸的方向順電倍以上。運輸的方向順電化學梯度進行（濃度梯度、電位差）?；瘜W梯度進行（濃度梯度、電位差）。(2)沒有飽和值。通過的離子量沒有最大值。沒有飽和值。通過的離子量沒有最大值。(3)非連續(xù)性開放，且是門控的。通常為關閉非連續(xù)性開放，且是門控的。通常為關閉狀態(tài)狀態(tài)精選課件b.載體蛋白介導的協助擴散載體蛋白介導的協助擴散 在膜的一側，溶質分子與載體蛋白上專一的在膜的一側，溶質分子與載體蛋白上

8、專一的結合位點結合，載體蛋白構象發(fā)生變化，將溶質結合位點結合，載體蛋白構象發(fā)生變化，將溶質分子運至膜的另一側，載體蛋白與溶質分離后，分子運至膜的另一側，載體蛋白與溶質分離后，又恢復到原來的構象（例：葡萄糖、氨基酸、核又恢復到原來的構象（例：葡萄糖、氨基酸、核苷酸）苷酸）通道蛋白只進行被動運輸，而載體蛋白既可被動運通道蛋白只進行被動運輸，而載體蛋白既可被動運輸，又可主動運輸輸，又可主動運輸。精選課件 紅細胞質膜載體蛋白協助葡萄糖擴散紅細胞質膜載體蛋白協助葡萄糖擴散精選課件精選課件載體蛋白載體蛋白特點特點（1）飽和性：數量限制、底物類似物競爭）飽和性：數量限制、底物類似物競爭性抑制。性抑制。（2）

9、高度選擇性：靠特異性位點與特異性）高度選擇性：靠特異性位點與特異性底物結合，通常只轉運一種分子。底物結合，通常只轉運一種分子。（3）環(huán)境條件對其活性有影響。具有）環(huán)境條件對其活性有影響。具有pH依賴性、蛋白質變性劑對膜轉運蛋白有依賴性、蛋白質變性劑對膜轉運蛋白有抑制作用。抑制作用。與酶類似，故有人稱為與酶類似，故有人稱為“通透酶通透酶”，但載，但載體蛋白對轉運的物質不作任何修飾。體蛋白對轉運的物質不作任何修飾。精選課件主動運輸主動運輸：物質由低濃度的一側通過膜到高濃：物質由低濃度的一側通過膜到高濃度的一側，同時消耗代謝能的一種物質運輸方度的一側，同時消耗代謝能的一種物質運輸方式。在運輸過程中，

10、需要載體蛋白的參與。式。在運輸過程中，需要載體蛋白的參與。1.ATP驅動泵：直接利用水解驅動泵：直接利用水解ATP提供能量。提供能量。2.耦聯轉運蛋白耦聯轉運蛋白（同向和反向）：逆濃度梯度（同向和反向）：逆濃度梯度運動耦聯順濃度梯度運動。（協同運輸）運動耦聯順濃度梯度運動。（協同運輸）3.光驅動泵：溶質的主動運輸耦聯光能輸入。光驅動泵：溶質的主動運輸耦聯光能輸入。精選課件ATP驅動泵驅動泵：依靠：依靠ATP水解供能，逆濃度水解供能，逆濃度梯度轉運離子和各種小分子。（跨膜蛋白）梯度轉運離子和各種小分子。（跨膜蛋白）ATPase，但，但ATP水解與跨膜轉運耦聯。水解與跨膜轉運耦聯。P-型離子泵型離

11、子泵V-型質子泵型質子泵F-型質子泵型質子泵ABC超家族超家族轉運離子轉運離子轉運小分子轉運小分子第二節(jié)第二節(jié) 離子泵和協同運輸離子泵和協同運輸精選課件P型、型、V型和型和F型運輸泵的結構型運輸泵的結構 V型和型和F型結構復雜，只轉運質子，不形成磷酸化的型結構復雜，只轉運質子，不形成磷酸化的中間體；中間體；P型結構簡單，形成磷酸化的中間體，轉型結構簡單，形成磷酸化的中間體，轉運離子和分子。運離子和分子。精選課件一、一、P-型離子泵型離子泵具有具有ATP結合位點，有結合位點，有2個獨立的個獨立的催化亞基；催化亞基；大多數還有大多數還有2個小的起調節(jié)作用的個小的起調節(jié)作用的亞基。通亞基。通過發(fā)生磷

12、酸化和去磷酸化反應，改變泵蛋白過發(fā)生磷酸化和去磷酸化反應，改變泵蛋白的構象，實現離子的跨膜轉運。的構象，實現離子的跨膜轉運。由于利用由于利用ATP水解能，形成磷酸化中間體，水解能，形成磷酸化中間體，故稱故稱P-型離子泵。型離子泵。精選課件1、Na+-K+-ATP酶（酶（ Na+-K+泵）泵）a、 Na+、K+的轉運與的轉運與ATP水解偶聯水解偶聯b、 Na+與與ATP在膜內側，在膜內側， K+的在膜外側的在膜外側 c、 一個一個ATP酶分子水解酶分子水解1000個個ATP/秒，秒，水解水解1個個ATP能同時轉運能同時轉運3個個Na+出胞和出胞和2個個K+入胞入胞作用：維持細胞膜兩側正常的離子梯

13、度、作用：維持細胞膜兩側正常的離子梯度、膜的正常興奮性、滲透壓的平衡和細胞膜的正常興奮性、滲透壓的平衡和細胞體積的恒定體積的恒定。精選課件Na+-K+ ATP酶的結構示意圖酶的結構示意圖精選課件Na+-K+泵工作機制泵工作機制 （磷酸化依賴（磷酸化依賴Na+,去磷酸化依賴去磷酸化依賴K+）精選課件2、 Ca2-ATP酶（鈣泵）酶（鈣泵） 特點：每個特點：每個Ca2 -ATP酶每秒水解酶每秒水解10個個ATP,每個每個ATP轉運兩個轉運兩個Ca2出胞或進入出胞或進入肌質網肌質網 作用：維持細胞內低外高的濃度差、跨作用：維持細胞內低外高的濃度差、跨膜信息傳遞、肌肉收縮。膜信息傳遞、肌肉收縮。精選課

14、件Ca2+ -ATPase的結構和功能位點的結構和功能位點 精選課件二、二、V-型質子泵和型質子泵和F-型質子泵型質子泵功能相似：轉運質子，都不形成磷酸化中間體功能相似：轉運質子，都不形成磷酸化中間體不同：不同：V-型質子泵：利用型質子泵：利用ATP水解供能，將水解供能，將H+逆電化逆電化學梯度泵入細胞器（內體、溶酶體、液泡）學梯度泵入細胞器（內體、溶酶體、液泡）F-型質子泵：型質子泵：H+順電化學梯度運動，所釋放能順電化學梯度運動，所釋放能量與量與ATP合成耦聯起來（線粒體、葉綠體、合成耦聯起來（線粒體、葉綠體、 類囊體膜、細菌質膜）類囊體膜、細菌質膜）精選課件三、三、ABC超家族超家族(A

15、TP-binding cassette superfamily)ATP驅動泵，含有幾百種不同的轉運蛋白。驅動泵，含有幾百種不同的轉運蛋白。從細菌到人類都存在，特異性底物或許是離從細菌到人類都存在，特異性底物或許是離子、單糖、氨基酸、磷脂、多肽、多糖等。子、單糖、氨基酸、磷脂、多肽、多糖等。共同結構模式，即共同結構模式，即4個個“核心核心”結構域：結構域：2個個跨膜結構域，跨膜結構域，2個胞質側個胞質側ATP結合域。結合域。功能：功能：轉運小分子，轉運小分子，如磷脂、親脂性藥物等如磷脂、親脂性藥物等 前面三種只轉運離子前面三種只轉運離子精選課件四、四、協同轉運協同轉運 由鈉鉀泵（或由鈉鉀泵（或H

16、+泵）與載體蛋白協泵）與載體蛋白協同作用，由膜兩側貯存的電化學梯度提同作用，由膜兩側貯存的電化學梯度提供能量，間接消耗供能量，間接消耗ATP，所完成的主動，所完成的主動運輸方式。運輸方式。 同向協同運輸：同向協同運輸：Na+與葡萄糖與葡萄糖 反向協同運輸：反向協同運輸：Na+與與H+精選課件 單純擴散單純擴散 被動運輸被動運輸 通道蛋白介導的協助擴散通道蛋白介導的協助擴散 易化擴散易化擴散 載體蛋白介導的協助擴散載體蛋白介導的協助擴散 鈉鉀泵鈉鉀泵主動運輸主動運輸 鈣泵鈣泵 協同轉運協同轉運精選課件精選課件五、離子跨膜轉運與膜電位五、離子跨膜轉運與膜電位(了解了解)離子或帶電荷物質的跨膜運動，

17、產生并維離子或帶電荷物質的跨膜運動，產生并維持了膜兩側不同物質特定的濃度分布，形持了膜兩側不同物質特定的濃度分布，形成了膜兩側的電位差。成了膜兩側的電位差。膜兩側各種帶電物質形成的電位差的總和，膜兩側各種帶電物質形成的電位差的總和，即膜電位。即膜電位。精選課件膜泡運輸膜泡運輸：細胞在轉運大分子和顆粒物質的過程中，：細胞在轉運大分子和顆粒物質的過程中，物質被包裹在膜脂雙分子層圍成的囊泡中，通過物質被包裹在膜脂雙分子層圍成的囊泡中，通過囊泡與細胞膜的融合進行轉運，這種運輸方式稱囊泡與細胞膜的融合進行轉運，這種運輸方式稱為膜泡運輸。為膜泡運輸。特點：不與細胞質內其他結構直接接觸和混合，特點：不與細胞

18、質內其他結構直接接觸和混合，囊泡只與特定膜融合，直接轉運囊泡只與特定膜融合，直接轉運消耗代謝能。消耗代謝能?；拘问剑喊套饔?、胞吐作用基本形式：胞吞作用、胞吐作用第三節(jié)第三節(jié) 胞吞作用與胞吐作用胞吞作用與胞吐作用精選課件胞吞作用與胞吐作用胞吞作用與胞吐作用精選課件（一）胞吞作用（一）胞吞作用又稱入胞作用，指通過細胞膜的變形運動，又稱入胞作用，指通過細胞膜的變形運動，將細胞外大分子或顆粒物質包裹成膜泡運進細將細胞外大分子或顆粒物質包裹成膜泡運進細胞的過程。根據胞吞物質和形成的胞吞泡的大胞的過程。根據胞吞物質和形成的胞吞泡的大小將胞吞作用主要分為兩類：小將胞吞作用主要分為兩類：1.吞噬作用：吞噬

19、作用：攝入大的顆粒，攝入大的顆粒，如細菌和細胞碎片。如細菌和細胞碎片。原生動物攝食方式，哺乳動物只有少數特化的原生動物攝食方式，哺乳動物只有少數特化的細胞，如巨噬細胞等才有攝入和消化大顆粒的細胞，如巨噬細胞等才有攝入和消化大顆粒的吞噬作用。吞噬作用。吞噬泡直徑一般大于吞噬泡直徑一般大于250nm2.胞飲作用：胞飲作用：攝入液體和溶質分子攝入液體和溶質分子進入細胞的過進入細胞的過程。所有真核細胞都具有胞飲作用。是連續(xù)發(fā)程。所有真核細胞都具有胞飲作用。是連續(xù)發(fā)生的過程，胞飲泡一般小于生的過程，胞飲泡一般小于150nm精選課件胞飲作用胞飲作用吞噬作用吞噬作用精選課件根據胞吞物質是否專一，可將胞吞作用

20、分根據胞吞物質是否專一，可將胞吞作用分為受體介導的胞吞作用和非特異性胞吞為受體介導的胞吞作用和非特異性胞吞作用。受體介導的胞吞作用是大多數動作用。受體介導的胞吞作用是大多數動物細胞通過網格蛋白有被小泡從細胞外物細胞通過網格蛋白有被小泡從細胞外攝取特定大分子的有效途徑。首先與細攝取特定大分子的有效途徑。首先與細胞膜上的受體結合，然后細胞膜內陷形胞膜上的受體結合，然后細胞膜內陷形成成有被小窩有被小窩，繼而形成，繼而形成有被小泡有被小泡，這種，這種內吞方式稱為受體介導的胞吞作用。內吞方式稱為受體介導的胞吞作用。 這是選擇性濃縮機制這是選擇性濃縮機制例：例：LDLLDL攝取過程攝取過程（二）受體介導的

21、胞吞作用（二）受體介導的胞吞作用精選課件功能精選課件 有被小泡有被小泡：網格蛋白有被小泡、非網格：網格蛋白有被小泡、非網格蛋白有被小泡蛋白有被小泡a.網格蛋白有被小泡參與細胞攝取特異的網格蛋白有被小泡參與細胞攝取特異的膜結合配體、高爾基體到溶酶體及分泌膜結合配體、高爾基體到溶酶體及分泌泡之間的物質轉運等過程。泡之間的物質轉運等過程。b.非網格蛋白有被小泡與內質網到高爾基非網格蛋白有被小泡與內質網到高爾基體或返回、高爾基體各扁平囊之間的物體或返回、高爾基體各扁平囊之間的物質轉運有關。質轉運有關。精選課件功能（轉運物、受體、結合素蛋白、網格蛋白包被）（轉運物、受體、結合素蛋白、網格蛋白包被）網格蛋

22、白又稱籠形蛋白，由基網格蛋白又稱籠形蛋白，由基本骨架為三臂蛋白。本骨架為三臂蛋白。精選課件 受體介導的胞吞作用過程中，胞內體受體介導的胞吞作用過程中，胞內體是膜泡運輸的主要分選站之一，不同類型的是膜泡運輸的主要分選站之一，不同類型的的受體具有不同的胞內體分選途徑。的受體具有不同的胞內體分選途徑。受體分選途徑有三：受體分選途徑有三：大部分受體返回它們原來的質膜結構域大部分受體返回它們原來的質膜結構域有些受體進入溶酶體中被消化，不能再有些受體進入溶酶體中被消化，不能再循環(huán)，如：循環(huán)，如：EGF結合的細胞表面受體結合的細胞表面受體有些受體被運送到質膜不同的結構域，有些受體被運送到質膜不同的結構域，該過程稱為轉胞吞作用。該過程稱為轉胞吞作用。精選課件（二）胞吐作用（二）胞吐作用又稱出胞作用，指將細胞內的分泌物質、又稱出胞作用，指將細胞內的分泌物質、未分解物質等，通過膜泡轉運至細胞膜與之融未分解物質等，通過膜泡轉運至細胞膜與之融