分子細胞生物學教學課件：Chapter3-細胞膜的物質運輸

1、第五章 質膜與物質進出細胞運輸細胞要攝入營養(yǎng)、離子等所需物質、排除離子及代謝產物，這些都要通過細胞膜運輸進出細胞。進出細胞物質的大小及性質不同，其運輸方式不同。第一節(jié) 穿膜運輸小分子、離子等物質穿膜運輸 一、物質屬性與穿膜 物質脂溶性與穿膜的速率18，32 466092 物質穿膜的特點與其性質和大小有關： 脂溶性越強越易直接穿膜，如：甾類激素、苯； 小非極性分子能直接穿膜，如：O2、N2；脂溶性與分 子大小比，前者影響更大。 不帶電荷的小極性分子能直接穿膜 如：H2O、乙醇(分子量46)、尿素(分子量60)、 甘油(分子量92 ) 大的極性分子和各種離子不能直接穿膜， 需依賴膜上運輸蛋白。如

2、：葡萄糖(分子量180)、Na+ 二、物質穿膜運輸的類型被動運輸（passive transport）順濃度梯度、不耗能主動運輸（active transport）逆濃度梯度、耗能、需載體蛋白或通道蛋白幫助。（一）被動運輸（passive transport）類型：簡單擴散（simple diffusion）、協(xié)助擴散（facilitated diffusion） 8 物質對膜的通透性（）由該分子的脂溶性和擴散系數、濃度梯度所決定。 / 其中為該溶質的脂水分配系數(partition cofficient)，為擴散系數，為膜厚度。1、簡單擴散 2、協(xié)助擴散（ facilitated diffu

3、sion ） 在膜運輸蛋白的幫助下，使被運送物質順濃度梯度的不消耗能量跨越膜的運輸方式，所有的通道蛋白和一部分載體蛋白采用這種運輸方式。 膜轉運蛋白：通道蛋白(channel proteins )：通道蛋白能形成貫穿膜脂雙分子層的充水的通道，使某些物質通過而運輸到膜的另一側。通道蛋白只介導被動運輸。 載體蛋白(carrier proteins)：能與特異性分子結合，通過構象改變將物質運輸到膜的另一側。介導被動運輸或主動運輸。通透酶(permease) 通道蛋白運輸物質的三個特性： 1、快：是載體蛋白運輸速率的1000倍。 2、高度離子選擇性 3、可控性：閘門控制13 閘門通道類型 電壓門控通道

4、: 閘門的開閉受膜電壓控制配體門控通道:閘門的開閉受化學物質(配體)調節(jié)機械門控通道：通道的打開受力的作用。 聽覺毛狀細胞的離子通道就是一例。聲音的振動打開通道，允許離子進入毛狀細胞，這樣建立起一種電信號，并且從毛狀細胞傳遞到聽覺神經，然后傳遞到腦。14閘門通道如：電壓閘門通道（Voltage-gated channels）乙酰膽堿與突觸后肌細胞膜上的乙酰膽堿受體結合，從而引起肌細胞膜上配體閘門通道開放，Na+進入肌細胞，使肌細胞膜去極化。肌質膜的廣泛去極化，引起肌漿網的電壓閘門Ca2+通道開放，Ca2+大量涌入細胞質，從而引起肌細胞收縮。17載體蛋白介導運輸機理： 載體蛋白可逆的構象變化 （

5、二）主動運輸（ active transport ） 在膜運輸蛋白的幫助下，使被運送物質逆濃度梯度或電化學梯度消耗能量跨越膜的運輸方式，介導此運輸方式的蛋白全為載體蛋白。 主動運輸（active transport）類型 1、由ATP直接提供能量的主動運輸 鈉鉀泵 鈣泵（Ca2+-ATP酶） 質子泵 2、間接消耗ATP的主動運輸 協(xié)同運輸（cotransport） 20 幾種常見的主動運輸泵 Na+-K+泵（ Na+-K+ ATPase ）：大多數動物細胞的質膜Ca2+泵(Ca2+ ATPase)：真核細胞的質膜 H+泵(H+ ATPase)：植物、真菌和某些細菌的質膜，動物細 胞溶酶體膜，植

6、物細胞的液泡膜 1、由ATP直接提供能量的主動運輸 Na+-K+泵（Na+-K+pump）： 動物細胞膜上穿膜運輸的載體蛋白，又稱Na+-K+ ATP酶，能水解ATP，通過自身構象變化將Na+泵出細胞，將K+泵入細胞。Na+-K+泵（Na+-K+-ATP酶） 結構：由大、小兩個亞基組成大亞基為一多次穿膜跨膜蛋白大亞基的胞質胞質側有一個ATP結合位點和三個Na+結合位點在膜的外側面大亞基上有2個K+結合位點和1個烏本苷（能抑制ATP酶）結合位點小亞基為一糖蛋白，其作用仍不清楚 鈉鉀泵主動運輸24NaK泵運輸Na、K的意義調節(jié)胞內外滲透壓平衡。物質運輸：主動運輸產生的Na濃度差是某些物質如葡萄糖、

7、氨基酸運輸的電化學勢能保障。維持細胞代謝必須：胞內高濃度的K為蛋白質合成及糖酵解所需的酶活動提供了重要條件。產生膜電位。 26（2）Ca2+-ATP酶（Ca2+泵）： 在紅細胞主要存在于細胞膜上。在肌細胞主要存在于肌漿網膜上，約占肌質網膜蛋白的90。Ca2+-泵的工作原理類似于Na+ -K+ 泵: 在細胞質面結合兩個 Ca2+， Ca2+結合后使酶激活，并結合上一分子ATP，伴隨著 ATP 的水解酶被磷酸化， Ca2+泵構型發(fā)生改變，結合的Ca2+轉到細胞外側被釋放，此時酶發(fā)生去磷酸化，構型恢復到原始的靜息狀態(tài)。Ca2+-ATP酶作用機理28Ca2+泵運輸Ca2+的意義細胞內含有極低濃度的Ca

8、2+ ，胞外Ca2+濃度高很多；Ca2+ 的順濃度梯度入胞對跨膜信息傳遞有重要的意義。 2、間接消耗ATP的主動運輸協(xié)同運輸（co-transport） 一種物質的逆濃度梯度穿膜運輸依賴于另一種物質的順濃度梯度的穿膜運輸，二者協(xié)同進行，是一種間接消耗ATP的主動運輸方式。物質運輸方向與離子轉移方向相同為同向共運輸(symport)物質運輸方向與離子轉移方向相反為反向共運輸(antiport)1）同向共運輸(symport)小腸上皮細胞中GNa+共運輸過程在小腸上皮細胞的頂面，Na+順濃度梯度入胞（通過GNa+同向協(xié)同轉運蛋白），Na+入胞同時，G伴隨入胞小腸上皮細胞基底面有NaK泵，將由頂面入

9、胞的Na又逆濃度梯度泵出細胞，這樣使Na+梯度得以維持；G得以不斷從小腸腔吸收到小腸上皮細胞。31 342）反向共運輸(antiport)反向共運輸調節(jié)細胞內pHNa+-H+ 轉運蛋白 Cl-HCO3-轉運蛋白 Na+-Ca2+轉運蛋白 NaH交換蛋白：該載體將H輸出與Na流入相偶聯(lián)，從而清除細胞內產生的過量的H，調節(jié)細胞的pH。細胞內特定的pH是細胞正常代謝活動所必須的，在不分裂的細胞內pH為7.17.2，當細胞受生長因子等刺激后，pH可由7.2升至7.4，細胞開始生長與分裂，這一過程中H減少約40，主要是靠細胞膜上的NaH載體蛋白。NaH交換速率也受細胞內PH調節(jié)。PH越低，則H越高，則交

10、換越活躍。 37 速度快，要比簡單擴散快幾個數量級；可飽和性具有高度特異性：運輸作用受抑制劑的抑制 載體蛋白可被競爭性抑制物或非競爭性抑制物阻斷載體蛋白介導運輸的特點物質穿膜運輸的小結1. 吞噬作用（phagocytosis） 攝入顆粒物質形成的吞噬體(phagosome)較大，大于250nm過程：吸附+包裹+吞進 中性粒細胞吞噬細菌巨噬細胞吞噬衰老紅細胞41吞噬作用只限于幾種特殊的細胞類型單細胞真核生物如變形蟲(Amoebae)等通過吞噬作用從周圍環(huán)境中攝取營養(yǎng)。在高等動物細胞中，吞噬作用是一種保護措施而非攝食的手段。如：巨噬細胞和中性粒細胞，它們通過吞噬菌體，攝取和消滅感染的細菌、病毒以及

11、損傷的細胞、衰老的紅細胞422. 胞飲作用（pinocytosis）攝入可溶大分子或極微小顆粒。進入細胞內的物質形成胞飲小泡（pinocytic vesicle）；小于150nm根據物質進入細胞內部后的去向分為：受體介導內吞(receptor-mediated endocytosis)穿胞運輸（transcytosis） （1）受體介導內吞(receptor-mediated endocytosis) 細胞特異性攝取細胞外大分子物質的過程： 細胞膜受體專一性識別并結合相應配體，此處質膜胞質面有成籠蛋白，質膜凹陷形成有被小窩，包圍物質后與質膜脫離形成有被小泡將細胞外物質攝入細胞內，被溶酶體消化。

12、 44（2)陷窩蛋白介導的胞飲作用陷窩由質膜脂筏區(qū)內陷形成，主要結構蛋白是陷窩蛋白（caveolin）。陷窩最后也有長頸被掐下來形成小泡，進行穿胞運輸穿胞運輸（transcytosis）：物質被細胞膜上受體結合后內吞，在細胞內未作任何處理只是經細胞轉運到細胞的另一側，通過胞吐作用釋放出去。 例如抗體的轉運。 作業(yè)解釋名詞：載體蛋白、通道蛋白、被動運輸、主動運輸、Na+-K+泵、協(xié)同運輸參與物質穿膜運輸的運輸蛋白包括哪幾類？各有何特點？ 第六章第一節(jié) 細胞質溶質(cytosol)細胞質溶質: 細胞質中除去膜性細胞器和有形結構以外的無定形膠狀體系無定形、流動性、不均一性黏滯性：蛋白質（含量為20%-30%）和水 一、細胞質溶質的化學組成小分子：無機離子：K+ Na + C