物质的跨膜运输小分子.ppt

第二节 小分子物质的跨膜运输,细胞膜的选择通透性(半透性)：指细胞膜在选择性地允许一些物质通过细胞的同时，阻止另一些物质通过。 膜的选择通透性决定了： 易于通过膜的物质：脂溶性物质 不带电荷小分子物质 不易通过膜的物质：带电荷物质 大分子物质 细胞膜的物质运输方式： 小分子物质和离子的穿膜运输： 基本运输形式：被动运输、主动运输。 大分子和颗粒物质的膜泡运输： 基本运输形式：胞吞作用、胞吐作用。,小分子和离子跨膜运输的几条基本途径: 一、简单扩散 二、离子通道扩散 三、易化扩散 四、主动运输,被动运输,小分子物质和离子的穿膜运输方式： 被动运输、主动运输 被动运输： 特点：物质顺浓度或电化学梯度的跨膜转运； 不需要消耗细胞代谢能量。 若被转运溶质不带电荷，膜两侧的浓度梯度决定溶质的转运方向-顺浓度梯度 若被转运溶质带电荷，跨膜物质浓度梯度及电位梯度的总和构成的电化学梯度决定溶质转运方向-顺电化学梯度 方式： 简单扩散（被动扩散、自由扩散、单纯扩散） 离子通道扩散 易化扩散（被动转运）,主动运输： 特点：物质逆浓度或电化学梯度的跨膜转运； 需要膜特异性载体蛋白介导； 需消耗能量(直接水解ATP或来自离子电化学梯度提供能量),细胞膜是选择性半透膜,一、膜的选择性通透和简单扩散,气体,疏水分子,小的极性分子,带电分子,大的极性分子,苯,酒精,葡萄糖,氨基酸,简单扩散（simple diffussion）,1、概念：小分子物质通过膜由高浓度侧 向低浓度侧扩散的现象。 2、特点： 不消耗细胞代谢能（所需能量来源于高浓度本身所具势能） 顺浓度梯度，不需要膜蛋白协助； 运输速度取决于分子的大小和脂溶性。且与溶质浓度差成正比。（一般说，分子量越小脂溶性越强，通过速率越快。） 3、条件 溶质在膜两侧保持一定的浓度差 溶质必须能透过膜 4、运输对象： 疏水（脂溶性）非极性小分子（O2、N2、苯）； 不带电的极性小分子（H2O、CO2、乙醇、甘油、尿素）,二、膜转运蛋白介导的运输,膜转运蛋白定义：是指细胞膜上负责转运不能通过简单扩散穿膜物质的蛋白质。都是跨膜蛋白。 类型： 载体蛋白：与特定溶质分子结合，通过构象改变进行物质转运，既介导被动运输又介导主动运输。 通道蛋白：在膜上形成亲水孔道，贯穿脂双层，介导特定离子转运，仅介导被动运输。,载体蛋白(carrier protein)：是一类运输蛋白，跨膜蛋白，能与特异性分子或离子等结合通过改变自身构象使溶质穿过膜。 载体蛋白结构上具有特异性(特异结合位点)，其上结合点，能与某一种物质进行暂时性的、可逆的结合和分离。可变性(构象变化影响亲和力改变)。饱和性。,易化扩散机制,通道蛋白：运输蛋白，跨膜蛋白，蛋白形成一种充满水溶液的亲水通道，贯穿脂双层。,钠氢反向转运体,通道蛋白结构上具有特异性，一种通道蛋白只允许某一种离子或一类离子通过。可变性(构象变化影响通道开闭)。,载体蛋白既介导被动运输，也介导主动运输； 通道蛋白只介导被动运输。,离子通道高效转运各种离子 1、离子通道的特点 介导被动运输 对离子有高度选择性 转运速率高 多数不持续开放，受“闸门”控制 2、门控通道的类型 配体门控通道 电压门控通道 应力激活通道,配体门控通道 离子通道型受体 与胞外特定配体结合后构象改变，“闸门”打开，允许某种离子快速跨膜转运。如乙酰胆碱受体是典型的配体门控通道。,四种亚单位构成的五聚体，形成梅花状通道,高浓度,低浓度,电化学梯度,电压门控通道 跨膜电位的改变诱发通道蛋白构象变化，使通道开放，离子顺电化学浓度梯度自由扩散通过细胞膜。 通道开放时间只有几毫秒，随即迅速自发关闭。 电压门控通道主要存在于可兴奋细胞，如神经元、肌细胞及腺上皮细胞等。,应力激活通道 通道蛋白受应力作用，引起构象改变而开启“闸门”，离子通过亲水通道进入细胞，引起膜电位变化，产生电信号。 如内耳毛细胞感受声波震动,一些离子通道是持续开放的（如K+漏通道、水通道），但绝大多数离子通道的开放是受“闸门”控制，开放时间短暂，只有几毫秒，随即关闭和。 离子通道的开放和关闭是连续相继的过程，其开放和关闭快速切换，以调节细胞的活动。,例：神经肌肉接头处神经冲动的传导引起肌肉收缩活动过程：,突触小泡,1、电压门控Ca2+通道,2、乙酰胆碱受体,3、电压门控Na+通道,4、电压门控Ca2+通道,当神经冲动传至神经末梢时,引起细胞膜去极化,导致细胞膜上的Ca2+通道瞬时开放,大量的Ca2+从开放的通道涌入细胞内,引起神经末梢内突触小泡的乙酰胆碱释放至突触间隙内;释放的乙酰胆碱与突触后肌细胞膜上的乙酰胆碱受体结合,促使其开放一阳离子通道, Na+ 流入肌细胞,引起细胞膜局部去极化;肌细胞膜去极化使电压闸门Na+ 离子通道短暂开放,大量Na+ 流入肌细胞,进一步去极化至形成一去极化波;肌细胞膜广泛去极化,使肌浆网上的Ca2+通道开放, Ca2+流入细胞质, Ca2+增加引起细胞内肌原纤维收缩.,载体蛋白介导的被动运输（易化扩散） 定义：在特异性的载体蛋白介导下，各种极性分子和无机离子顺电化学梯度的跨膜转运。不消耗细胞的代谢能，属于被动运输。 特点： 具有选择性、特异性 具有饱和性 存在最大转运速度，转运速率远高于简单扩散，低于离子通道扩散 可被竞争性抑制剂阻断、也可被非竞争性抑制剂破坏。,如：人的红细胞膜上葡萄糖载体蛋白，载体为12次跨膜螺旋,分布:,多数细胞:细胞外,肝细胞:细胞内,细胞内,细胞外,（5万、5%、180个分子）,葡萄糖载体蛋白,载体蛋白介导的主动运输 在生理条件下，细胞内外许多物质浓度存在很大差异，如细胞内K浓度约为细胞外K浓度的20倍。机体是如何维持细胞内外物质浓度差异的呢？-主动运输维持细胞内外物质浓度差。 主动运输类型： ATP直接提供能量（ATP驱动泵） ATP间接提供能量,1、离子泵直接水解ATP进行主动运输 特点 具有载体和酶的双重作用 具有专一性。如钙泵、氢泵、钠钾泵,a - -ATP酶（a-泵）,载体（四聚体）： 小亚基，糖蛋白，分子量万。 大亚基，多次跨膜蛋白，分子量12万,Na+ 结合位点 （高亲和力）,K+ 结合位点 （低亲和力）,ATP,ADP+Pi,ATP,Na+ 结合位点 （低亲和力）,K+ 结合位点 （高亲和力）,Pi,P,1、结合Na+,2、A sp磷酸化,3、E1E2变构,4、解离Na+ 结合K+,5、A sp去磷酸化,6、E2E1变构,7、解离K+,Na+ K+出入细胞示意图,a - -ATP酶（a-泵）,过程： 与泵结合， 刺激ATP水解 泵磷酸化， 泵构象改变 释放 与泵结合 泵去磷酸化 泵构象改变 释放,作用： 直接效果：维持细胞内低钠高钾的特殊离子梯度。,间接效果：调节细胞容积,维护渗透压平衡 产生和维持膜电位 为某些物质(葡萄糖氨基酸等)吸收提 供驱动力 为蛋白质合成及代谢活动提供必要的 离子浓度。,钙泵： Ca2+- pump、Ca2+- ATP酶 主要位于细胞膜和肌细胞内的肌浆网膜上。是一 种跨膜蛋白。 作用: Ca2+逆浓度出胞,另有一些钙泵:a- Ca2交换器(对向运输a入胞,Ca2逆浓度出胞),Ca+ ATPase,2、离子梯度驱动的协同运输,协同运输：是一类由a-泵（或H+泵）与载体蛋白协同作用，间接消耗ATP所完成的主动运输方式。 物质跨膜运输动力：直接来自膜两侧离子的电化学梯度。梯度的维持是通过泵消耗ATP而实现的。 据溶质运输方向与a顺电化学梯度转移方向的关系，可分为两类型：同向运输、对向运输,同向运输：物质运输方向与离子转移方向相同。如：小肠上皮细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na的进入。 对向运输：物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反。如动物细胞常通过Na/ H+反向运输的方式来转运H+以调节细胞内的PH值。,Na+,葡萄糖,协同运输,-同向运输,Na+,葡萄糖,(Na+易化扩散葡萄糖主动运输),Na+/葡萄糖载体蛋白,high,low,协同运输,-同向运输,协同运输-对向运输,Cl-HCO3- :人红细胞膜阴离子载体带蛋白 进入Cl-