細胞生物學物質的跨膜運輸

一、脂雙層的不透性和膜轉運蛋白二、被動運輸三、主動運輸?shù)谝还?jié)膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸?shù)谝豁?，共二十六頁。一、脂雙層的不透性和膜轉運蛋白1、通過脂雙層膜的轉運特點第一節(jié)膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸運輸方式：自由擴散決定通透性大小的主要因素分子的大小和極性第二頁，共二十六頁。2、細胞內外離子差別機制（1）脂雙分子層具有疏水性脂溶性、小的不帶電荷的極性分子能直接通過；對大多數(shù)溶質和離子高度不通透。（2）細胞膜上具有膜轉運蛋白第一節(jié)膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸?shù)谌?，共二十六頁?、膜轉運蛋白載體蛋白通道蛋白第一節(jié)膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸膜轉運蛋白——載體蛋白具有轉運的特異性，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轉運具有酶的特點：具有飽和度、被競爭抑制、抑制劑抑制，對被轉運的物質不做任何修飾。既能介導主動運輸又能介導被動運輸膜轉運蛋白——通道蛋白不與被轉運的物質結合，形成跨膜的親水通道；非選擇性的通道蛋白：允許適宜大小的分子和帶電離子通過具有選擇性的通道蛋白—離子通道特征：有離子選擇性；轉運速率高；沒有飽和值；門控通道只介導被動運輸?shù)谒捻摚捕?。門控通道電壓門配體門應力激活通道第一節(jié)膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸?shù)谖屙?，共二十六頁。第一?jié)膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸二、被動運輸指物質順濃度梯度或電化學梯度的跨膜轉運。不需要消耗代謝能量。包括簡單擴散和協(xié)助擴散兩種方式.第六頁，共二十六頁。1、簡單擴散簡單擴散：沒有膜蛋白的協(xié)助，沿濃度梯度的物質跨膜轉運方式不需要提供代謝能量；通透性主要取決于分子的大小和分子的極性。主要轉運疏水的小分子、小的不帶電荷的極性分子。第一節(jié)膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸?shù)谄唔?，共二十六頁。水孔蛋白（水通道蛋白aquaporin,AQP—2003年諾貝爾化學獎）一般認為AQP是處于持續(xù)開放狀態(tài)的對水分子高度特異的膜通道蛋白。水分子的轉運不需要消耗能量，也不受門控機制影響。水分子通過AQP的移動方向完全由膜兩側的滲透壓決定。水通道蛋白廣泛表達于體液代謝活躍的組織細胞，在體內液體轉運生理和病理中起主要作用。第一節(jié)膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸?shù)诎隧?，共二十六頁?、協(xié)助擴散不消耗物質代謝產生的能量。膜轉運蛋白：通道蛋白、載體蛋白具有轉運的特異性提高了物質轉運速率主要轉運各種極性分子和無機離子。第一節(jié)膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸被動運輸?shù)慕Y果是使膜兩側物質的濃度趨于相同。第九頁，共二十六頁。三、主動運輸1、概念：由膜轉運蛋白介導，逆濃度差，需要消耗代謝能量的物質跨膜轉運方式。膜轉運蛋白：載體蛋白具有轉運特異性、轉運最大速率消耗代謝能量第一節(jié)膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸?shù)谑?，共二十六頁?、主動運輸類型直接消耗ATP的主動運輸：ATP驅動泵，通過水解ATP獲得能量；間接消耗ATP的協(xié)同運輸：耦聯(lián)轉運蛋白—能同時轉運兩種不同溶質，所利用的能量儲存在一種溶質的電化學梯度中。光驅動泵：利用光能運輸物質，見于細菌。第一節(jié)膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸?shù)谑豁?，共二十六頁。第二?jié)離子泵和協(xié)同轉運ATP驅動泵偶聯(lián)轉運蛋白介導的協(xié)同轉運第十二頁，共二十六頁。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉運一、ATP驅動的主動運輸1、特點：都需要水解ATP提供能量參與主動運輸?shù)妮d體蛋白常被稱為泵推動此類運輸?shù)牡鞍踪|本身都是ATPase2、ATP驅動泵的類型P-型離子泵V-型質子泵F-型質子泵ABC超家族：只轉運離子主要轉運小分子第十三頁，共二十六頁。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉運（1）P型泵通過自身磷酸化來轉運離子的離子泵就叫做P-type2個獨立的α催化亞基，具有ATP結合位點，2個小的β亞基，通常起調節(jié)作用，在對離子的轉運循環(huán)中依賴自磷酸化過程，導致構象的變化，實現(xiàn)離子的跨膜轉運。Na+-K+泵、鈣泵、P型質子泵Na+-K+泵工作原理第十四頁，共二十六頁。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉運Na+-K+泵存在于動物細胞的細胞膜上植物細胞、真菌和細菌質膜上沒有Na+-K+泵，而是具有H+泵鈣泵主要存在于細胞膜和內質網膜上，可以將鈣離子輸出細胞或泵入內質網腔，以維持細胞內低濃度的鈣；細胞膜上的鈣泵活性受激活的Ca2+-鈣調蛋白（CAM）復合物的調節(jié)，另外，蛋白激酶c也可以激活鈣泵。Na+-K+泵的生物學意義維持了Na+和K+在細胞內外的濃度，形成細胞膜跨膜電位，Na+的濃度梯度能夠儲存能量，驅動某些物質運輸。維持動物細胞的滲透平衡第十五頁，共二十六頁。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉運（2）V-型質子泵和F-型質子泵只轉運質子，不形成磷酸化中間體V-型質子泵又稱膜泡質子泵，存在于胞內體、溶酶體、液泡等膜上，逆濃度梯度轉運H+F-型質子泵存在于細菌質膜、線粒體內膜和葉綠體類囊體膜上，順濃度梯度轉運H+，同時驅動ATP的合成。第十六頁，共二十六頁。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉運3、ABC型泵ABC轉運器（ABCtransporter），最早發(fā)現(xiàn)于細菌，屬于一個龐大而多樣的蛋白家族，每個成員都含有兩個高度保守的ATP結合區(qū)（ATPbindingcassette）故名ABC轉運器。每一種轉運器只轉運一種或一類底物，但是其蛋白家族中具有能轉運離子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白質的成員,ABC轉運器還可催化脂雙層的脂類在兩層之間翻轉，在膜的發(fā)生和功能維護上具有重要的意義。第十七頁，共二十六頁。二、協(xié)同運輸是一類由Na+-K+泵或H+泵與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動運輸方式。物質跨膜運動所需要的直接能量來自膜兩側離子的電化學濃度梯度維持電化學勢的是鈉鉀泵或質子泵。Animalcells-----Sodiumions(Na+/K+ATPase)

Plant,bacterium-----Protons(H+ATPase)第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉運

Sugars,aminoacids,andotherorganicmoleculesintocells第十八頁，共二十六頁。GlucoseNa+H+Na+同向協(xié)同—共運輸：逆向協(xié)同—對向運輸：第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉運第十九頁，共二十六頁。第二十頁，共二十六頁。光能驅動的主動運輸細菌的視紫紅質質子泵：細菌視紫紅質是細胞質膜上能被光線激活的蛋白質，當其被光激活時，就能引起整個分子的構型發(fā)生變化，導致兩個H+從細胞內運送到細胞外。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉運第二十一頁，共二十六頁。第三節(jié)胞吞胞吐作用大分子與顆粒性物質的跨膜轉運方式，膜的融合需要消耗能量，屬于主動運輸。第二十二頁，共二十六頁。胞吞作用胞飲作用：吞入的是液體或溶解物，胞吞泡比較??；連續(xù)攝入的過程；大多數(shù)細胞都能進行，需要網格蛋白的參與。吞噬作用：吞入的通常是較大的顆粒性物質，胞吞泡較大；是一個信號觸發(fā)的過程；只有幾種特化的細胞具有此功能，需要微絲及其結合蛋白的參與。第三節(jié)胞吞胞吐作用第二十三頁，共二十六頁。網格蛋白有被小泡的形成第三節(jié)胞吞胞吐作用第二十四頁，共二十六頁。受體介導的胞吞作用根據(jù)胞吞的物質是否有專一性，可分為受體介導的胞吞作用和非特異性的胞吞作用受體介導的胞吞作用是一種特殊類型的胞吞作用,主要用于攝取特殊的生物大分子,是一種選擇濃縮機制。第三節(jié)