课件：第五章物质的跨膜运输细胞生物学.ppt

第五章 物质的跨膜运输,2019,-,1,内容提要,第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 一、脂双层的不通透性和膜转运蛋白 二、被动运输和主动运输 第二节 离子泵和主动运输 一、离子泵 二、超家族 三、离子跨膜转运与膜电位 第三节 胞吞作用与胞吐作用 一、胞吞作用的类型 二、胞吞作用与细胞信号转导 三、胞吐作用,2019,-,2,第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输,细胞进行的物质运输有三种不同的范畴 ：,细胞运输(cellular transport) 这种运输主要是细胞与环境间的物质交换 胞内运输(intracellular transport) 是真核生物细胞内膜性细胞器与细胞内环境进行的物质交换 跨细胞运输(transcellular transport) 这种运输是物质穿越细胞的运输,2019,-,3,物质通过质膜的三种主要途径,被动运输 主动运输 胞吞作用与胞吐作用,2019,-,4,人工脂分子的透性,疏水分子：O2、N2、苯,小的不带电荷的极性分子：水、尿素、甘油,大的不带电的极性分子： 葡萄糖、蔗糖等,离子： Na+、H+ 、K+ 、HCO3 、Ca 、 Cl,一、脂双层的不透性和膜转运蛋白,2019,-,5,在活细胞中质膜对物质 的 通透有高度的,选择性,2019,-,6,细胞膜,与人工脂双分子膜一样，能通过简单扩散透过水、非极性分子； 还能透过各种极性分子和无机离子如：核苷酸、糖、氨基酸；,2019,-,7,（一）载体蛋白及其功能 P68,膜转运蛋白,载体蛋白 通道蛋白,脂双层,浓度下降,2019,-,8,（二）通道蛋白,一般认为它是横跨质膜形成的亲水的通道，能使适宜大小的分子及带电荷的溶质通过。,脂双层,亲水部分,疏水部分,2019,-,9,离子通道,压力激活通道,细胞内外配体门控,电压门控,离子选择性: 门控性:,2019,-,10,A.配体门通道离子通道型受体,2019,-,11,B.电压门通道 细胞内外特异离子浓度发生变化时或其它刺激引起膜电位变化时，致使其构象变化，“门”打开。,正常膜电位,正常膜电位被电流刺激破坏,通道关闭,通道开启,通道失活,2019,-,12,C:压力激活通道机械门通道,各种各样的机械力刺激 ，将机械刺激的信号转化为电化学信号最终引起细胞反应 。,2019,-,13,二、被动运输,1、概念: P71顺浓度梯度；不消耗能量 2、类型:,简单扩散（自由扩散）: 顺浓度梯度 ，不耗能，不需要膜蛋白。 协助扩散（促进扩散）: 顺浓度梯度 ，不耗能，需要膜蛋白。,2019,-,14,（一）、简单扩散,2019,-,15,简单扩散,也叫自由扩散（free diffusion）： 沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散； 不需要提供能量； 没有膜蛋白协助。 通透性P=KD/d ， K为分配系数， D为扩散系数，d为膜的厚度。,2019,-,16,1、简单扩散的限制因素,脂溶性:脂溶性越强，通过脂双层膜的速率越快,相对分子质量:相对分子质量小，脂溶性高的分子才能快速扩散,物质的带电性: 不带电荷的极性分子,2019,-,17,（二）水孔蛋白（Aquaporin，AQP） ：水分子的跨膜通道,1991年，Agre发现第一个水通道蛋白CHIP28,2019,-,18,2019,-,19,（三）、协助扩散 P71,特异的膜转运蛋白“协助”物质转运,2019,-,20,促进扩散的速度要快几个数量级 具有饱和性: 当溶质的跨膜浓度差达到一定程度时，促进扩散的速度不再提高。 具有高度的选择性: 如运输蛋白能够帮助葡萄糖快速运输，但不帮助与葡萄糖结构类似的糖类运输。,1、协助扩散同简单扩散相比，具有以下一些特点 ：,2019,-,21,2019,-,22,（四）、主动运输,（一）概念：由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度的跨膜转运方式。,2019,-,23,主动运输,特点： 逆浓度梯度（逆化学梯度）运输； 需要能量； 都有载体蛋白。 能量来源： 协同运输中的离子梯度动力； ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量； 光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。,2019,-,24,主动运输类型,浓度梯度,光驱泵蛋白,ATP-驱动泵蛋白,偶联载体,2019,-,25,第二节 ATP驱动泵和主动运输,ATP驱动泵分类： P型离子泵 V型质子泵 F型质子泵 ABC超家族,2019,-,26,P型离子泵(P74),对离子的转运循环依赖自磷酸化过程，所以叫做P-type离子泵。,2019,-,27,（一）、钠钾泵动物细胞的质膜,是Na+-K+ ATP酶 ,由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体.,Na+ 电化学梯度,细胞外,K+ 电化学梯度,K+结合位点,胞质溶胶,Na+结合位点,一、P型离子泵,2019,-,28,工作原理:,细胞外,胞质溶胶,ATP将泵蛋白磷酸化,K+的结合使泵蛋白去磷酸化,2019,-,29,细胞必须进行渗透压调节(P75),2019,-,30,细胞以不同的方式避免被涨破,2019,-,31,Na+-K+泵的作用： 维持细胞的渗透性，保持细胞的体积； 维持低Na+高K+的细胞内环境； 维持细胞的静息电位； 吸收营养。 乌苯苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助提高于其活性。,2019,-,32,（二）、钙泵(P75)及其他P型离子泵,Ca2+ ATP酶,2019,-,33,H+泵(P76)植物细胞、真菌和细菌细胞质膜,H+ ATP酶 ，建立跨膜的H+电化学梯度，驱动转运溶质进入细胞,2019,-,34,质子泵,1、P-type：如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。 2、V-type：存在于各类小泡膜上，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、内体、植物液泡膜上。 3、F-type：利用质子动力势合成ATP，即ATP合酶，位于细菌质膜、线粒体内膜、类囊体膜上。,2019,-,35,P-型泵,V -型泵,2019,-,36,定子,转子,F -型泵：H+-ATP酶,2019,-,37,三、ABC 超家族,ABC超家族（ABC superfamily）最早发现于细菌，属于一个庞大的蛋白家族，每个成员都有两个高度保守的ATP结合区（ATP binding cassette），故名ABC转运器。,2019,-,38,Mammalian MDR1 protein,第一个被发现的真核细胞的ABC转运器是多药抗性蛋白（multidrug resistance protein, MDR），约40%患者的癌细胞内该基因过度表达。ABC转运器还与病原体对药物的抗性有关。,2019,-,39,Four types of ATP-powered pumps,2019,-,40,四、协同运输（cotransport)偶联转运,概念: 特点： 靠间接提供能量完成主动运输。所需能量来自膜两侧离子的浓度梯度。 动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。 植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。,2019,-,41,协同运输分为：同向协同和反向协同,2019,-,42,1、同向协同（symport） 如小肠细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。某些细菌对乳糖的吸收伴随着H+的进入。 2、反向协同（antiport） 如Na+驱动的Cl-HCO3-交换，即Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如存在于红细胞膜上的带3蛋白。,2019,-,43,小肠上皮细胞吸收葡萄糖示意图,葡萄糖浓度： 高,低,低,葡萄糖,Na+-驱动同向转运将葡萄糖引入细胞,载体蛋白介导的被动转运将葡萄糖送出细胞,小肠肠腔,小肠上皮细胞,Na+-K+ 泵,小肠上皮细胞微绒毛,细胞外体液,2019,-,44,三、被动运输与主动运输比较,主动转运,被动转运,浓度梯度,载体蛋白,通道蛋白,被转运的分子,简单扩散,通道蛋白介导,载体蛋白介导,2019,-,45,第三节 胞吞作用和胞吐作用,膜泡运输 批量运输 主动运输,真核细胞通过内吞作用（endocytosis）和外排作用（exocytosis）完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输。 因货物包被在囊泡中，又称膜泡运输。,2019,-,46,一、胞吞作用细胞外物体（或大分子物质）进入细胞内的渠道,胞吞作用,胞吞泡,胞饮作用,吞噬作用,胞饮泡 吞噬泡,2019,-,47,1.胞饮作用与吞噬作用,细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，称为吞噬作用。,2019,-,48,吞噬作用：巨噬细胞正在吞噬死亡的红细胞,伪足边缘,2019,-,49,吞噬作用：嗜中性细胞正在吞噬分裂中的细菌,细菌,伪足,细胞质膜,噬中性细胞,2019,-,50,细胞吞入液体或极小的颗粒物质。,胞饮作用,2019,-,51,胞饮作用：卵细胞正在摄取脂蛋白,1,3,4,2,细胞内,细胞外,网格蛋白,脂蛋白球,2019,-,52,胞饮泡形成机制,网格蛋白分子 三角蛋白体（triskelion）,三角蛋白体的可能结构组成 含三个轻链和三个重链,由36个三角蛋白体组成的网格蛋白包被 （电镜图）,网格蛋白,2019,-,53,网格蛋白小泡的组装和拆卸,衔接蛋白,裸露的转运小泡,货物蛋白受体,出芽形成,货物蛋白质,网格蛋白,小泡形成,蛋白质包被组装; 货物蛋白质选择,有被小泡,发动蛋白,脱包被,具选择性,细胞质基质,2019,-,54,二、受体介导的胞吞作用,细胞吸收胆固醇： 胆固醇在血管里以胆固醇酯存在于脂蛋白颗粒中，叫做“低密度脂蛋白（LDL，low density lipoproteins）”,胆固醇 分子,胆固醇酯分子,磷脂单层,蛋白质分子的 表面突出,一个 LDL 颗粒,2019,-,55,细胞以受体为媒介输入胆固醇（2）,2019,-,56,受体通过胞吞作用进入细胞后的命运,1、再循环（recycling）：受体返回到原来的细胞质膜区域 2、转包吞作用（transcytosis） 受体被转运到细胞质膜的不同区域 3、降解（degradation）：胞内体接受水解酶后演变成溶酶体,受体被降解,细胞质膜的顶端区域,细胞质膜的基部（侧面）区域,胞吞作用,转运小泡,溶酶体,胞内体,再循环,胞吞转运,降解,2019,-,57,三、胞吐作用（外排作用） 细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过质膜运出细胞的过程。,2019,-,58,新合成的细胞质膜脂类,不受控制的膜融合,组成型（不受调控）胞吐途径,信号分子，如激素和神经递质等,调节型途径,受调控节制的膜融合,新合成的细胞质膜蛋白质,细胞内信号传递系统,两种分泌途径,新合成的准备进行组成型分泌的蛋白,含有待分泌蛋白质的分泌小泡,2019,-,59,后面内容直接删除就行 资料可以编辑修改使用 资料可以编辑修改使用 资料仅供参考，实际情况实际分析,感谢您的观看和下载,The user can demonstrate