《跨膜转运》PPT课件.ppt

1、5,要点 1. 跨膜运输的原则; 2. 被动运输与主动运输; 3. 两种主要的跨膜运输蛋白：载体蛋白与通道蛋白; 4. 离子转运系统; 5. 胞吞与胞吐: 细胞对大分子及颗粒物质的吸收。,物质的跨膜运动,1. 跨膜运输的原则,质膜是选择性的渗透屏障。它允许物质通过跨膜运动而交换或被分离。,人工脂双层对不同分子的相对通透性。 小分子溶质在水中形成的氢键越少越容易通过脂双层膜。,B. 蛋白质-自由脂双层对离子是高度不通透的。,小分子通过脂双层膜的扩散,若不带电的溶质分子足够小，它们可依照其浓度梯度通过简单扩散方式直接通过脂双层膜。 若存在着相应的载体蛋白，大多数溶质均可通过膜屏障。 被动运输的溶质

2、依赖浓度梯度直接运输。 主动运输需要载体蛋白介导逆浓度梯度转运溶质，并需要耗能。,被动运输中不同溶质分子通过人工脂双层膜的渗透系数（cm/sec） 溶质跨膜运动的速率直接取决于其在膜两侧的浓度差。浓度差（ mol/cm3）乘以渗透系数(cm/sec) 就是每秒钟每平方厘米溶质的运输速率。,扩散是溶质自发的由高浓度区域向低浓度区域的运动。 非电解质扩散过程中的自由能变化依赖于浓度梯度。 电解质在扩散过程中的自由能变化依赖于电化学梯度。,C.溶质运动的热力学,D. 真核细胞中的运输过程,2. 被动运输与主动运输,A. 两种运输形式的比较,扩散,简单扩散 协助扩散,主动运输,特 性,熵值增减（熵的效

3、率）,简单扩散与协助扩散动力学过程的比较。,B. 两类运输蛋白,载体蛋白负责被动与主动运输,介导运输的三种载体。 本图显示了单向运输、同向协同与反向协同运输的三种载体蛋白。,载体蛋白在膜的一侧结合一个或数个溶质分子经历构象改变，然后将溶质运输到膜的另一侧。,载体蛋白，例如红细胞质膜上的葡萄糖运载蛋白 (GluT1 ) ，改变构象以协助葡萄糖的运输 。,协助扩散: 蛋白质介导的运动，沿浓度梯度进行,绝大多数通道蛋白是离子通道，依赖于离子通道的打开与关闭方式，分三种类型。,乙酰胆碱受体的结构模型,3. 主动运输: 载体蛋白介导的逆浓度梯度的运动,A. 该过程在两个主要方面不同于协助扩散,主动运输维

4、持了钾、钠、钙以及其他离子的跨膜梯度；它是逆浓度梯度或电化学梯度的溶质运动; 主动运输时溶质的 移动与ATP水解相偶联，即主动运输需要能量输入。,B. 细胞中三种主动运输的形式,一种溶质的逆浓度梯度运输伴随另一种溶质的顺浓度梯度运输（间接主动运输） 逆浓度梯度运输伴随ATP的水解（直接主动运输）。 在细菌中, 逆浓度梯度运输与光能利用相偶联（光驱动）。,协同运输,ATP驱动泵,光驱动泵,C. 直接主动运输有四种转运ATP酶（泵）,四种ATP能量的转运蛋白： 磷酸化作用的“P”型泵。转运物质时形成磷酸化的中间体。 F型和V型泵。 ABC (ATP结合结构域) 超家族，从细菌到人类细胞均有。两种跨

5、膜结构域(T)和两种胞浆ATP结合结构 (A),Na+-K+ ATP酶 -与ATP水解相偶联的主动运输。,The Na+-K+ ATP酶需要胞外的 K+,胞内的 Na+ 和ATP，可被乌本苷抑制. 每分子ATP水解时，以 3:2 比率泵出/入Na+和K+ 。 Na+-K+ ATP酶是P-型离子泵。因ATP酶在泵周期过程中可顺序磷酸化和去磷酸化。 Na+-K+ ATP酶仅在动物细胞中存在。,Na+/K+ ATP酶的主动运输用来维持质膜的电化学梯度，以便维持细胞的可兴奋性。,Na+/K+ 泵用来保持渗透平衡和稳定细胞体积 。,Na+/K+ 泵的生物学功能,形成磷酸化的蛋白质中间体P-型泵。,其他的

6、P-型泵: 如 H+ 与 Ca2+ ATP酶，以及H+/K+ ATP 酶,植物细胞有H+转运的质子泵。 这类质子泵在次级溶质转运、胞内pH值控制, 植物细胞生长细胞壁形成过程中的成酸性控制等方面有关键作用。,Ca2+泵: Ca2+-ATP酶存在于质膜与ER膜上。 Ca2+ 泵的功能是将胞浆中的 Ca2+主动运输到细胞外或ER腔内，以降低胞浆内的Ca2+浓度。,H+/K+ ATP酶 (胃上皮细胞中): 可分泌高浓度的酸到胃腔中 (达到0.16N HCl) 。,V-型泵: 利用ATP的能量但不形成磷酸化的中间体。,囊泡(V型)泵将 H+ 跨膜运入/运出囊泡或细胞器膜。,它们存在于溶酶体、分泌泡、植

7、物细胞液泡中，某些细胞的质膜上也可发现V型泵（肾小管）。,4. 由离子梯度驱动的间接主动运输-协同运输,A. 糖, 氨基酸与其他有机分子进入细胞。,逆浓度梯度运输的分子与顺电化学梯度运输的离子相偶联，导致这些分子出入细胞，消耗的是该离子泵用ATP水解所建立的电化学势能: 动物细胞-钠离子(Na+/K+ ATP酶) 植物,真菌，细菌 -质子(H+ ATP酶),主动运输的离子泵所形成的离子跨膜梯度中蕴藏了许多能量，使其可与其他运输过程相偶联。,动物细胞与植物细胞吸收营养物质的区别,B. 协同运输: 同向与反向协同,Na+-连接的同向运输可将葡萄糖和氨基酸运进许多动物细胞,Na+-连接的反向协同运输

8、可从心肌细胞向外运输Ca2+ 。,药物,乌本苷和地高辛通过抑制Na+/K+ ATP酶增加心肌细胞的收缩，此时钙的外流减少。,5. 胞吞作用: 大分子进入细胞,A. 胞吞：将胞外溶于水的溶质分子通过质膜形成囊泡运进细胞的过程。,胞饮作用不需要膜表面的识别，非特异性吸收胞外液体。 受体介导的内吞作用(RME) 允许待运物质与膜表面受体结合。,B. 吞噬作用: 大颗粒物质的吸收,包括: 大分子，细胞碎片，甚至微生物和其他细胞。 胞吞作用通常局限于特殊细胞，该类细胞称吞噬细胞。 吞噬作用起始于细胞与合适的靶物质接触 。 吞噬作用可为调理素激活。 吞噬作用可为微丝的收缩活性所驱动。,C. 受体介导的内吞

9、作用,受体介导的内吞作用： 该图是受体介导的内吞作用的示意图。1.分子内化结合于质膜表面的特殊受体上。2.在包被小窝中受体配体复合物聚集。3.接头蛋白、胞质面笼形蛋白、动力蛋白协助内陷。4.形成内化的有被小泡。5.迅速脱去外被。6.无被小泡与胞内其他膜成分融合，通常为早期内体。此处内化物质被分选。被消化物质与受体的最后命运与物质的特性有关。囊泡7a.通常携带到晚期内体去消化。变化的路径包括7b.受体重新回到质膜或7c.运至质膜的另一个区域并被分泌（转胞吞作用）,笼形蛋白结构包被的囊泡,笼形蛋白包被小窝形成的模型 ，被运输的物质与膜蛋白（受体）特异结合，而后进入笼形蛋白包被的囊泡。 笼形蛋白的主

10、要作用是形成囊泡。笼形蛋白包装完成时，囊泡即告形成,内吞作用：早胞内体途径和晚胞内体途径。,膜蛋白（受体）在膜上聚集；然后形成囊泡进入胞浆，随即进入早胞内体。 物质在早胞内体中被分选（sorting）: 被运输的物质（配体）+受体与包被蛋白结合多囊泡体 (由微管介导运输) 晚胞内体.,物质分子到达晚胞内体后再移至溶酶体。,6. 胞吐作用 （胞外分泌）,组成型的胞吐途径 B.调节型的胞吐途径,接近膜的分泌囊泡； 囊泡与膜融合；（图中红色颗粒代表胞质内侧蛋白） 囊泡内的物质释放到细胞外； 囊泡的膜汇入质膜使质膜成分扩充与更新，分泌物质进入细胞外空间。,组成型分泌,调节型分泌,高尔基体,分泌泡，内有分泌蛋白,调节型的膜融合,非调节型的膜融合,内膜系统的囊泡运输,7.膜电位与神经冲动,Na+-K+ ATP泵维持的K+梯度保持了膜的静息电位,静息状态:所有Na+和K+通道