第五章-物质的跨膜运输

1、第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输膜转运蛋白与物质的跨膜运输膜转运蛋白与物质的跨膜运输离子泵与协同转运离子泵与协同转运胞吞作用与胞吐作用胞吞作用与胞吐作用 1 2 3物质的跨膜运输第一节第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输膜转运蛋白与物质的跨膜运输被动运输被动运输 (passive transport)主动运输主动运输 (active transport)胞吞作用胞吞作用 (endocytosis)胞吐作用胞吐作用 (exocytosis)物质的物质的跨膜运输跨膜运输是细胞维持正常是细胞维持正常生命活动的基础之一。生命活动的基础之一。 载体蛋白载体蛋白膜转运蛋白通道蛋白通道蛋白1.载体蛋

2、白及其功能载体蛋白（载体蛋白（carrier proteins）：存在于细胞膜上的一）：存在于细胞膜上的一种具有特异性传导功能的蛋白质，它能与特定的溶质种具有特异性传导功能的蛋白质，它能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜分子结合，通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运。转运。作用：介导顺浓度或电化学梯度的运输作用：介导顺浓度或电化学梯度的运输2.通道蛋白及其功能通道蛋白（通道蛋白（channel proteins）：存在于细胞膜上的一种）：存在于细胞膜上的一种跨膜蛋白质，其跨膜部分形成亲水性的通道，当这些孔道开跨膜蛋白质，其跨膜部分形成亲水性的通道，当这些孔道开放时允

3、许适宜放时允许适宜大小的分子和带电荷的离子大小的分子和带电荷的离子通过，通道蛋白所通过，通道蛋白所介导的被动运输不需要与溶质分子结合。介导的被动运输不需要与溶质分子结合。特征：离子选择性、门控离子选择性和门控通道蛋白的门控通道蛋白的门控电压门控电压门控(voltage-gated channel)(voltage-gated channel)配体门控通道配体门控通道(ligand(ligand-gated channel)-gated channel)压力激活通道压力激活通道(stress-activated channel)(stress-activated channel)离子通道离子通道

4、Fig. 三种类型的门控离子通道示意图水通道？一、被动运输一、被动运输 (passive transport)特点特点：运输方向：运输方向、跨膜动力跨膜动力、能量消耗能量消耗、膜转运蛋白膜转运蛋白；类型类型：简单扩散简单扩散 (simple diffusion)、协助扩散协助扩散 (facilitated diffusion)；简单扩散与协助扩散的比较简单扩散与协助扩散的比较；被动运输被动运输：指通过简单扩散或协助扩散指通过简单扩散或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运输。转运的动力来自于的跨膜运输。转运的动力来自于物质的浓度梯度，勿需细胞提供物质的浓度梯度

5、，勿需细胞提供能量。能量。简单扩散简单扩散：疏水的小分子疏水的小分子或小的不带电荷的或小的不带电荷的极性分子在以简单极性分子在以简单扩散的方式跨膜转扩散的方式跨膜转运中，不需要细胞运中，不需要细胞提供能量，也没有提供能量，也没有膜蛋白的协助。膜蛋白的协助。通透性主要取决通透性主要取决分子的大小分子的大小和和分子的极性。分子的极性。协助扩散：协助扩散：是各种极性分子和无机离子，是各种极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代如糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等顺其浓度梯度或电化学梯度谢物等顺其浓度梯度或电化学梯度减小方向的跨膜运输，不需细胞提减小方向的跨膜运输，不需细胞提供能量，但供能量

6、，但在协助扩散中，特异的在协助扩散中，特异的膜蛋白膜蛋白 “协助协助” 物质转运使其转运速物质转运使其转运速率增加，转运特异性增强。率增加，转运特异性增强。Fig. 简单扩散与协助扩散的比较（1）转运速率高）转运速率高（2）存在最大转运速率）存在最大转运速率(Vmax),因此可用因此可用KM值衡量值衡量某种物质的转运速率。某种物质的转运速率。（3）K KMM值反应转运的特值反应转运的特异性。异性。（4 4）细胞膜上存在转运）细胞膜上存在转运蛋白，负责无机离子和水蛋白，负责无机离子和水溶性有机小分子的跨膜转溶性有机小分子的跨膜转运。运。协助扩散的特征二、主动运输二、主动运输 (active tr

7、ansport)由由ATP直接提供能量的主动运输；直接提供能量的主动运输；协同运输协同运输 (cotransport)；物质的跨膜转运与物质的跨膜转运与膜电位膜电位。特点特点：运输方向、能量消耗、：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白；膜转运蛋白；被动与主动运输的比较被动与主动运输的比较；类型类型：三种基本类型三种基本类型；钠钾泵：钠钾泵：结构结构与与机制机制钙泵：钙泵：Ca2+-ATP酶酶质子泵：质子泵：P-型质子泵型质子泵、V-型质子泵型质子泵、H+-ATP酶酶由由Na+-K+泵泵(或或H+-泵泵)与载体蛋白与载体蛋白协同作用协同作用，靠间接消耗靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式所完成的主动运

8、输方式主动运输主动运输：由载体蛋白所介导的物质逆浓由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向浓度高的一侧所进行的一种跨侧向浓度高的一侧所进行的一种跨膜转运方式，需要与某种释放能量膜转运方式，需要与某种释放能量的过程相偶联。的过程相偶联。主动运输与被动运输的比较主动运输与被动运输的比较运输方向运输方向跨膜动力跨膜动力能量消耗能量消耗第二节第二节 离子泵与协同转运离子泵与协同转运Fig. NaFig. Na+ +-K-K+ +泵的结构与工作模式示意图泵的结构与工作模式示意图（一）由ATP直接提供能量的主动运输钠钾泵ATPATP催化位点催化位点结构：结

9、构：（MW=120,000DaMW=120,000Da）+（MW=50000DaMW=50000Da）NaNa+ +-K-K+ +泵泵功能：维持细胞内低功能：维持细胞内低Na+高高K+的离子环境的离子环境存在：一切动物细胞的细胞膜上，植物细胞、真菌、细存在：一切动物细胞的细胞膜上，植物细胞、真菌、细 菌上没有菌上没有Fig. NaFig. Na+ +-K-K+ +泵的工作模式示意图泵的工作模式示意图工作原理工作原理：Fig. Ca2Fig. Ca2+ +泵的结构与工作模式示意图泵的结构与工作模式示意图（二）由（二）由ATP直接提供能量的主动运输直接提供能量的主动运输钙泵和质子泵钙泵和质子泵结构

10、：与Na+-K+泵的亚基同源，MW=100,000Da， 10个螺旋Ca2+泵功能：在肌质网内储存Ca2+调节肌细胞的收缩与舒张工作原理：质子泵质子泵功能：建立功能：建立H+电化学梯度，驱动转运溶质进入细胞电化学梯度，驱动转运溶质进入细胞种类种类（1 1）P P型质子泵：结构型质子泵：结构与与NaNa+ +-K-K+ +泵和泵和CaCa2+2+泵结构类似，在转泵结构类似，在转运运H H的过程中涉及磷酸化和去磷酸化，存在于真核细胞的的过程中涉及磷酸化和去磷酸化，存在于真核细胞的细胞膜上。细胞膜上。（2 2）V V型质子泵：在转运型质子泵：在转运H H的过程中不磷酸化中间体，存的过程中不磷酸化中间

11、体，存在于动物细胞溶酶体膜和植物细胞液泡膜上，其功能是维持在于动物细胞溶酶体膜和植物细胞液泡膜上，其功能是维持细胞质基质中性细胞质基质中性pHpH和细胞器内的酸性。和细胞器内的酸性。 （3 3） H H+ + - ATP - ATP酶酶: :存在于线粒体膜、植物类囊体膜机多数细存在于线粒体膜、植物类囊体膜机多数细菌质膜上，以相反的方式发挥生理作用菌质膜上，以相反的方式发挥生理作用H H+ +顺浓度梯度运顺浓度梯度运动，释放能量与合成动，释放能量与合成ATPATP偶联起来：偶联起来：线粒体磷酸化线粒体磷酸化叶绿体光合磷叶绿体光合磷酸化（三）协同运输（三）协同运输 cotransport定义：定义

12、：是一类由是一类由Na+-K+泵（或泵（或H+泵泵)与载体蛋白协同与载体蛋白协同作用，靠间接消耗作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式。所完成的主动运输方式。特点：特点：运输方向、跨膜动力、能量消耗运输方向、跨膜动力、能量消耗类型类型（根据运输方向与离子顺电化学梯度的转移方向）：（根据运输方向与离子顺电化学梯度的转移方向）：同向运输同向运输（symport）：）：物质运输方向与离子转移方向相同物质运输方向与离子转移方向相同对向运输对向运输（antiport）：）：物质运输方向与离子转移方向相反物质运输方向与离子转移方向相反同向转运同向转运 反向转运反向转运同向转运（同向转运（symport

13、symport）Fig. 小肠上皮细胞吸收葡萄糖(Glc)示意图：葡萄糖分子通过Na+驱动的供运输方式进入上皮细胞；再经载体介导的协助扩散方式进入血液；Na+-K+泵消耗ATP维持Na+的电化学梯度。第三节第三节 胞吞作用胞吞作用(endocytosis) 与胞吐作用与胞吐作用(exocytosis)作用作用：完成大分子与颗粒性物质：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，又称膜泡运输或批量运的跨膜运输，又称膜泡运输或批量运输输 (bulk transport)，属于主动运输。，属于主动运输。 胞吞作用胞吞作用 胞吐作用胞吐作用Fig. 膜泡运输过程中有不同蛋白质参与 胞吞作用胞吞作用 胞饮作用胞饮

14、作用(pinocytosis)与与吞噬作用吞噬作用(phagocytosis)受体介导的内吞作用受体介导的内吞作用及及包被的组装包被的组装 胞内体胞内体 (endosome) 及其分选作用及其分选作用特特 征征内吞泡的大小内吞泡的大小转运方式转运方式内吞泡形成机制内吞泡形成机制胞饮作用胞饮作用小于小于150nm连续发生的过连续发生的过程程需要笼形蛋白形成需要笼形蛋白形成包被及接合素蛋白包被及接合素蛋白连接连接吞噬作用吞噬作用大于大于250nm需受体介导的需受体介导的信号触发过程信号触发过程需要微丝及其结合需要微丝及其结合蛋白的参与蛋白的参与胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别Fig. 通过网格蛋白网格蛋白有被小泡介导的选择性运输示意图胞吞泡形成的机制胞吞泡形成的机制受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用 选择浓缩机制（selective concentrating mechanism）Fig. LDL的受体介导的胞吞作用胞吐作用胞吐作用 胞吐作用：将细胞内的分泌泡或其它某些膜泡中的物胞吐作用：将细胞内的分泌泡或其它某些膜泡中的物质通过细胞质