生物化学膜结构与物质转运.ppt

1 4. 跨膜转运 4.1 物质通过细胞膜的传送方式 4.1.1 被动传送(passive transport) 高浓度 低浓度 传送 顺浓度差 不耗能 简单扩散 被动传送 促进扩散 被动传送 主动转运 2 4.1.1.1 简单扩散（simple diffusion） 高浓度 低浓度 （顺浓度差、被动、不耗能） 非极性或极性较小的分子 （H20、CO2、O2、乙醇、尿素等） 扩散速度： 取决于膜两侧物质的浓度差、分子大小和脂溶性高低等。 扩散 3 4.1.1.2 促进扩散(又称易化扩散，facilitated diffusion) 高浓度 低浓度 （顺浓度差、不耗能） 传送蛋白 水溶性分子（Glc、aa.） 各种离子（无机离子） 载体蛋白(carrier protein) 传送蛋白 （离子）通道蛋白(channel protein) 4 （1） 载体蛋白传送 （2）通道蛋白(离子通道 ) 无饱和性，其扩散速度 比载体蛋白更快。 传送速度： 取决于两侧物质的浓度 差，比简单扩散快，但可以 达到饱和。 促进 促进 5 4.1.2 主动转运(active transport) 低浓度 高浓度（逆浓度差、主动、耗能、速度快） 载体蛋白 离子泵 Na-K-ATPase (Na泵) Ca2+-ATPase (Ca2+泵) 膜外侧 膜内侧 6 Simple diffusion Facilitated diffusion Ion pump 7 简单扩散 被动转运 载体蛋白 促进扩散 通道蛋白 （离子通道） 主动转运 离子泵 物质跨膜 传送方式 8 4.2 跨膜转运机理（载体蛋白、通道蛋白、离子泵） 4.2.1 载体蛋白 胰岛素, 或肌肉收缩 促进载体蛋白的转运速率 肌肉、脂肪细胞对葡萄糖的载体转运（促进扩散） 9 肝细胞对葡萄糖的载体转运（促进扩散） 10 肠粘膜细胞对葡萄糖的主动转运 11 4.2.2 通道蛋白 (1) 配体控制通道（LGC） 通道的开启与关闭受配体(Ach、GABA等)调控; (2) 电压控制通道(VGC) 通道的开启与关闭受膜电位变化的影响; (3) 离子控制通道(IGC) 通道的开启与关闭受某些特殊离子浓度变化的影响. 12 从神经冲动刺激肌纤维收缩，整个反应1秒内完成， 至少包括4个闸门通道的相继开启与关闭： 1）电压控制Ca2+通道 2）Ach 配体控制通道 3）电压控制Na+通道 4）肌浆网上的Ca2+通道 4.2.2.1 配体控制通道烟碱型乙酰胆碱受体（N-AchR） Brisson and Unwin（ 1985年 ） ： N-AchR是由、 四型亚基构成的五聚体。 15 16 17 4.2.2.2 电压控制通道（ Na+、K+、Ca2+通道） 有下列共性： 均由、 等多个亚基构成的寡聚体糖蛋白。 其中 大亚基结构相似，在膜中形成4个跨膜区，每 个跨膜区有6个呈螺旋形式的跨膜肽段（S1 S6） 18 电压控制的Na+、K+、Ca2+通道的共性结构 静息状态下，S4区Arg+/Lys+与跨膜肽链上aa-发生相互作用，关闭离子通道; 去极化时， S4区Arg+/Lys+发生位移，开启离子通道。 H5/P区：离子通道孔； 药物、毒素作用部位 S4： 电压感受器 19 4.2.3 离子泵（ion pump） 低 高 （耗能、主动） 4.2.3.1 钠钾泵（ Na+-K+ - ATPase ） 由2、2亚亚基构成四聚体，属于 横跨细细胞膜的 糖蛋白 载体蛋白 传送离子 2 亚基（功能） 2亚基（定位） (E2) 磷酸化的亲钾构象 非磷酸化的亲钠构象 (E1) ATP ADP 膜外侧 膜内侧 Mg2+ H2O Pi 21 E1-非磷酸化的亲钠型 E2-磷酸化的亲钾型 22 Na+-K+-ATPase活性测定设计基本思路 ATP ADP + Pi (总酶活性) Na+-K+ - ATPase Mg2+ - ATPase ATP ADP + Pi (剩余酶活性) Na+-K+ - ATPase 活性 Na+-K+ - ATPase Mg2+ - ATPase 乌本苷 （） 23 4.2.3.2 钙泵(Ca2+ - ATPase) 钙泵与Ca2+结合 钙泵发生磷酸化修饰而变构 将Ca2+泵回肌桨网 内Ca2+库再充盈 ，同时胞浆内Ca2+浓度下降 肌肉松弛。 肌纤维收缩 兴奋过后 24 三类膜转运蛋白作用机制的异同点 载体蛋白 通道蛋白 离子泵 高低 高低 低高 被动转运 被动转运 主动转运 不耗能 不耗能 耗能 速度快 速度更快 速度快 有饱和性 无饱和性 肌肉、脂肪细胞 神经肌肉接头处 细胞膜上的 葡萄糖载体蛋白 N-AchR Na+-K+-ATPase 载体蛋白变构 通道开启或关闭 磷酸化的亲K+型 非磷酸化的亲Na+型 25 4.2.4 基团转位(group translocation) 磷酸烯醇式丙酮酸转磷酸化酶传送系统(S.Rosman) 糖外 P-Pr 丙酮酸 酶、A、B 酶 糖内P H-Pr 磷酸烯醇式丙酮酸 27 （ 基团转位 ） 脑内缺乏谷氨酰转肽酶，易导致神经系统功能障碍。 28 4.2.5 膜动运输（membrane moving traffic） 通过膜的变形运动来运输大分子抗原、蛋白质、颗粒 等物质。 固有/组成性分泌途径 胞吐(exocytosis) 膜动运输 调节性分泌途径 吞噬作用（phagocytosis） 胞吞(endocytosis) 吞饮作用(pinocytosis) (胞泌) 胞吐作用 SG-secretory granule CP-coated pit PH-pha