细胞膜的物质运输

1、1 跨膜运输跨膜运输 （气体、离子、小分子）（气体、离子、小分子） 物质跨膜运输的两种方式物质跨膜运输的两种方式 膜泡运输膜泡运输 （大分子、颗粒物质）（大分子、颗粒物质） 细胞内细胞内细胞外细胞外 膜蛋白膜蛋白 膜蛋白膜蛋白 脂双层脂双层 细胞膜细胞膜 运输颗粒运输颗粒 细胞内细胞内 细胞外细胞外 2 一、跨膜运输一、跨膜运输 （transmembrane transport） 气体、离子和小分子运输方式气体、离子和小分子运输方式 细胞内细胞内细胞外细胞外 膜蛋白膜蛋白 膜蛋白膜蛋白 脂双层脂双层 3 跨膜运输的原则跨膜运输的原则 1、脂溶性越大的分子越容易穿膜、脂溶性越大的分子越容易穿膜

2、（水分子例外）；（水分子例外）； 2、小分子比大分子容易穿膜、小分子比大分子容易穿膜； 3、不带电荷的分子容易穿膜；、不带电荷的分子容易穿膜； 4、弱电解质比强电解质容易穿膜、弱电解质比强电解质容易穿膜； 5、离子和亲水性分子不容易穿膜。离子和亲水性分子不容易穿膜。 4 葡萄糖、带电荷的离子葡萄糖、带电荷的离子( (H ,Na+,K+,Ca2+等 等) ) 怎样穿膜？怎样穿膜？ O2 苯苯 H2O 苯苯 葡葡 萄萄 糖糖 H Na+ 细胞膜细胞膜 转运蛋白参与！转运蛋白参与！ ( (一一) )小分子和离子的跨膜机制小分子和离子的跨膜机制 5 1.某些溶质跨膜工具：转运蛋白某些溶质跨膜工具：转运

3、蛋白 通道蛋白通道蛋白 （Channel Protein） 水通道、离子通道水通道、离子通道 载体蛋白载体蛋白 (Carrier Protein) 葡萄糖载体葡萄糖载体 6 “for the discovery of water channels” “for structural and mechanistic studies of ion channels”. 7 2.物质转运方向物质转运方向 顺浓度梯度顺浓度梯度 顺电化学梯度顺电化学梯度 被动运输被动运输 （Passive Transport） “下坡下坡” 逆浓度梯度逆浓度梯度 逆电化学梯度逆电化学梯度 “上坡上坡” 主动运输主动运输

4、（Active Transport） 耗能耗能 8 被动运输被动运输 （Passive Transport） 主动运输主动运输 （Active Transport） 物质运输物质运输 9 （二）小分子跨膜运输的方式（二）小分子跨膜运输的方式 被动运输被动运输: 1、简单扩散：、简单扩散： Simple Diffusion 2、协助扩散：、协助扩散：Facilitated Diffusion 2.1 通道蛋白协助扩散：通道蛋白协助扩散：Ion Channel Facilitated Diffusion 2.2、载体蛋白协助扩散：、载体蛋白协助扩散：Carrier Protein Facilita

5、ted Diffusion 主动运输主动运输: 3、离子泵：、离子泵：Ion Pump 4、协同运输、协同运输：Coupled Transport 10 特点特点 不耗能不耗能 不需膜蛋白不需膜蛋白 依靠物质浓度差。依靠物质浓度差。 举例举例 水水 脂溶性物质脂溶性物质 气体物质气体物质 简单扩散简单扩散 1、简单扩散、简单扩散 Simple Diffusion 被动运输被动运输 11 简单扩散简单扩散 被动运输被动运输 12 人工脂双层人工脂双层 对不同分子的相对通透性对不同分子的相对通透性 不同分子通过不同分子通过 人工脂双层的渗透系数人工脂双层的渗透系数 13 决定物质对膜通透性的因素决

6、定物质对膜通透性的因素 脂溶性：脂溶性：正相关于膜通透性；正相关于膜通透性；( (乙醇与丙醇乙醇与丙醇) ) 极性：极性：非极性物质易透过；非极性物质易透过；（CO2） 分子大小分子大小：小分子比大分子易透过；：小分子比大分子易透过； 导电性：导电性：不带电的物质易透过。不带电的物质易透过。（O2） 被动运输被动运输 一种物质对膜的通透性取决于上述因素的综合。一种物质对膜的通透性取决于上述因素的综合。 如：水分子；如：水分子； Na+、K+等带电荷离子。等带电荷离子。 14 易化扩散、促进扩散、帮助扩散；易化扩散、促进扩散、帮助扩散； 借助细胞膜上的膜转运蛋白的构象，运输借助细胞膜上的膜转运蛋

7、白的构象，运输 一些非脂溶性和亲水性的物质；一些非脂溶性和亲水性的物质； 糖类、氨基酸、核苷酸、无机离子；糖类、氨基酸、核苷酸、无机离子； 转运蛋白分为：通道蛋白和载体蛋白。转运蛋白分为：通道蛋白和载体蛋白。 被动运输被动运输 2、协助扩散、协助扩散 Facilitated Diffusion 15 2.1、离子通道协助扩散、离子通道协助扩散 Ion Channel Facilitated Diffusion 特点特点 需要通道蛋白需要通道蛋白 选择性；可控性选择性；可控性 瞬间、大量通过瞬间、大量通过（开放间断性）（开放间断性） 不耗能不耗能 跨膜蛋白质，跨膜蛋白质， 螺旋蛋白构成，螺旋蛋白

8、构成， 中心具有亲水通道中心具有亲水通道 被动运输被动运输 16 通道蛋白的结构通道蛋白的结构 通道蛋白模式图通道蛋白模式图 通道蛋白肽链以通道蛋白肽链以螺旋螺旋 7次穿膜，中间形成亲水通道次穿膜，中间形成亲水通道 被动运输被动运输 17 &电压门控通道电压门控通道(voltage-gated channel) 靠膜电位靠膜电位 如如Na+、K+、Ca2等离子通道等离子通道 电化学梯度电化学梯度 通道蛋白的类型通道蛋白的类型 被动运输被动运输 18 & 配体门控通道配体门控通道(Ligand-gated Channel) 依靠化学物质依靠化学物质(配体配体)与受体的结合与受体的结合 如乙酰胆碱

9、通道。如乙酰胆碱通道。 配体闸门通道配体闸门通道 细胞外细胞外 细胞内细胞内 & 机械门机械门控控通道通道(Mechanical-gated Channel) 内耳听觉毛细胞内耳听觉毛细胞（声音（声音内耳内耳毛细胞下方基膜震动毛细胞下方基膜震动纤毛纤毛 触及上方覆膜触及上方覆膜纤毛倾斜纤毛倾斜机械作用使纤毛离子通道开放）机械作用使纤毛离子通道开放） 被动运输被动运输 19 神经肌肉连接处的闸门通道神经肌肉连接处的闸门通道 被动运输被动运输 闸门开放时间极短，有利于一些顺序性活动，即一个通道离闸门开放时间极短，有利于一些顺序性活动，即一个通道离 子的流入可以引起另一个通道的开放。子的流入可以引起

10、另一个通道的开放。 20 休休 息息 21 特点特点 %需需“载体蛋白载体蛋白”（镶嵌蛋白）（镶嵌蛋白） %高度特异性（载体易位机制）高度特异性（载体易位机制） %饱和性饱和性 %不耗能不耗能 2.2、载体蛋白协助扩散、载体蛋白协助扩散 Carrier Protein Facilitated Diffusion 载体蛋白易位机制载体蛋白易位机制 水溶性小分子借膜上载体蛋白的帮助水溶性小分子借膜上载体蛋白的帮助,顺浓度梯顺浓度梯 度以不耗能的方式向细胞内转运度以不耗能的方式向细胞内转运. 被动运输被动运输 22 举例举例 非脂溶性物质，如非脂溶性物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸葡萄糖、氨基酸、核苷

11、酸进入红细进入红细 胞。是细胞摄取葡萄糖和氨基酸的主要方式胞。是细胞摄取葡萄糖和氨基酸的主要方式. . 葡萄糖结合葡萄糖结合 到载体上到载体上 载体变构载体变构 载体变构载体变构 葡萄糖释放葡萄糖释放 至细胞内至细胞内 23 高度选择特异性，只与某一种物质暂时性的、高度选择特异性，只与某一种物质暂时性的、 可逆的结合和分离。可逆的结合和分离。 饱和性饱和性。 (3)蛋白变性剂对膜转运蛋白变性剂对膜转运蛋白有抑制作用。蛋白有抑制作用。 特点特点 被动运输被动运输 24 特点特点 需需“转运蛋白转运蛋白”的参与的参与。 需要需要分解分解ATP提供能量提供能量。 3、离子泵、离子泵 Ion Pump

12、 具有离子的结合具有离子的结合 位点和位点和 ATP酶活性酶活性 造成亲和力造成亲和力 的变化的变化 主动运输主动运输 25 举例举例 Na+-K+泵，泵，Ca2 泵， 泵，H 泵等 泵等 K+的电化的电化 学梯度学梯度 Na+的电的电 化学梯度化学梯度 细胞质细胞质 26 27 ATP酶去磷酸化酶去磷酸化 Na+与与ATP酶结合酶结合 ATP酶磷酸化酶磷酸化 Na+释放至膜释放至膜 外外ATP酶构象酶构象 变化（亲变化（亲K+ 构象构象） K+ 与与ATP酶结合酶结合 K 释放至膜 释放至膜 内内ATP酶构象酶构象 变化（亲变化（亲Na+ 构象构象） Na+-K+泵作用过程泵作用过程 28

13、1) 维持细胞的渗透压，保持细胞的体积；维持细胞的渗透压，保持细胞的体积； 2） 维持低维持低Na+高高K+ +的细胞内环境，维持细胞的的细胞内环境，维持细胞的 静息电位；静息电位； 3） 维持细胞内外维持细胞内外Na+ +、K+ +离子浓度差。离子浓度差。 Na+-K+泵作用泵作用 主动运输主动运输 29 钙离子泵钙离子泵 原理与钠钾泵相似，每分解一个原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，分子， 泵出泵出2个个Ca2+ +。 主动运输主动运输 30 4、协同转运（伴随运输）、协同转运（伴随运输） Cotransport 溶质分子溶质分子（葡萄糖或氨基酸）与（葡萄糖或氨基酸）与Na+一起一起

14、相伴相伴进入细胞进入细胞 内的内的主动运输主动运输现象。现象。 主动运输主动运输 Na+ 葡萄糖葡萄糖 31 特点特点 需需“转运蛋白转运蛋白”（同向运输载体），不直接利用（同向运输载体），不直接利用ATP， 利用利用Na+ 跨膜跨膜电化学电化学梯度驱动。梯度驱动。 需需Na+泵消耗泵消耗ATP转运转运Na+，造成造成膜内外膜内外Na+浓度差。浓度差。 32 Na+-葡萄糖同葡萄糖同 向转运载体向转运载体 葡萄糖葡萄糖 转运载体转运载体 小肠腔中小肠腔中 的葡萄糖的葡萄糖 小肠上皮细胞小肠上皮细胞 毛细血管毛细血管 或细胞间隙或细胞间隙 举例举例 小肠上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸等。小肠上皮细胞

15、吸收葡萄糖和氨基酸等。 33 小肠上皮细胞小肠上皮细胞小肠肠腔小肠肠腔 血液血液 主动运输主动运输 同向协同运输（共转移）：如同向协同运输（共转移）：如Na+和葡萄糖；和葡萄糖； 反向协同运输（对转移）：如反向协同运输（对转移）：如Na+和和+ 。 34 小分子物质逆浓度梯度转运；小分子物质逆浓度梯度转运； 需要消耗代谢能量；需要消耗代谢能量； 需要膜上的特异性载体蛋白。需要膜上的特异性载体蛋白。 特点特点 主动运输主动运输 35 主动运输与被动运输比较主动运输与被动运输比较 36 被动运输被动运输 主动运输主动运输 运输方向运输方向 是否耗能是否耗能 载体蛋白载体蛋白 通道蛋白通道蛋白 类类

16、 型型 顺浓度梯度顺浓度梯度 逆浓度梯度逆浓度梯度 消耗代谢能消耗代谢能 不消耗代谢能不消耗代谢能 有或无载体有或无载体 蛋白通道蛋白蛋白通道蛋白 必须有载体蛋白必须有载体蛋白 直接主动运输直接主动运输 间接主动运输间接主动运输 简单扩散简单扩散 易化扩散易化扩散 比较比较 37 性质性质简单扩散简单扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输 参与运输的膜成参与运输的膜成 份份 脂脂蛋白蛋白蛋白蛋白 被运输的物质是被运输的物质是 否需要结合否需要结合 否否是是是是 能量来源能量来源浓度梯度浓度梯度浓度梯度浓度梯度 ATP水解或浓水解或浓 度梯度度梯度 运输方向运输方向顺浓度梯度顺浓度梯度顺浓度梯度顺

17、浓度梯度逆浓度梯度逆浓度梯度 特异性特异性无无有有是是 运输的分子高浓运输的分子高浓 度时的饱和性度时的饱和性 无无有有是是 不同运输机制的主要特性不同运输机制的主要特性 38 两种运输方式的生物学意义两种运输方式的生物学意义 主动运输主动运输：维持细胞内环境的稳定，维持细胞内环境的稳定， 快速调整不同细胞内环境的，快速调整不同细胞内环境的， 对细胞的生命活动非常重要。对细胞的生命活动非常重要。 被动运输：被动运输：顺浓度梯度转运物质顺浓度梯度转运物质, , 使细胞内外环境差距缩小。使细胞内外环境差距缩小。 被动运输被动运输-减少细胞与周围环境的差别；减少细胞与周围环境的差别； 主动运输主动运

18、输-创造细胞与周围环境差别。创造细胞与周围环境差别。 39 小小 结结 被动运输、主动运输的概念被动运输、主动运输的概念 被动运输的类型及其特点被动运输的类型及其特点 小分子物质的小分子物质的主动运输类型及特点主动运输类型及特点 40 名词解释：名词解释： 被动运输、主动运输、通道蛋白、被动运输、主动运输、通道蛋白、 泵、协助扩散、协同转运。泵、协助扩散、协同转运。 问答题：问答题： 1、被动运输与主动运输的重要区别是什么？、被动运输与主动运输的重要区别是什么？ 2、为什么说细胞膜是一种选择性的半透膜？、为什么说细胞膜是一种选择性的半透膜？ 41 葡萄糖、带电荷的离子葡萄糖、带电荷的离子( (

19、H ,Na+,K+,Ca2+等 等) ) 怎样穿膜？怎样穿膜？ O2 苯苯 H2O 苯苯 葡葡 萄萄 糖糖 H Na+ 细胞膜细胞膜 转运蛋白参与！转运蛋白参与！ ( (一一) )小分子和离子的跨膜机制小分子和离子的跨膜机制 42 决定物质对膜通透性的因素决定物质对膜通透性的因素 脂溶性：脂溶性：正相关于膜通透性；正相关于膜通透性；( (乙醇与丙醇乙醇与丙醇) ) 极性：极性：非极性物质易透过；非极性物质易透过；（CO2） 分子大小分子大小：小分子比大分子易透过；：小分子比大分子易透过； 导电性：导电性：不带电的物质易透过。不带电的物质易透过。（O2） 被动运输被动运输 一种物质对膜的通透性取决于上述因素的综合。一种物质对膜的通透性取决于上述因素的综合。 如：水分子；如：水分子； Na+、K+等带电荷离子。等带电荷离子。 43 易化扩散、促进扩散、帮助扩散；易化扩散、促进扩散、帮助扩散； 借助细胞膜上的