细胞膜与物质的跨膜转运学习教案

1、会计学1第一页，共72页。2 细胞膜是细胞与外界环境之间的一种选择性通透屏障(pngzhng)，具有保障细胞摄取营养物质、排出代谢产物、调节细胞内离子浓度、维持内环境稳定等与细胞代谢活动密切相关的基本功能。总的来看，和细胞膜有关的物质运输活动有两种形式：一是小分子和离子的穿膜运输；另一种是大分子和颗粒物质的膜泡运输。物质主要经3种途径通过细胞膜：被动运输、主动运输、胞吞和胞吐作用。第1页/共71页第二页，共72页。3 质膜对溶质的通透性具有(jyu)以下四个特点：脂溶性大的分子容易穿过质膜;分子越小越易穿膜;不带电荷的分子易穿过膜;绝大多数离子和亲水性分子的穿膜要依赖于专一的跨膜蛋白。第2页/

2、共71页第三页，共72页。4物质穿膜运输的基本类型(lixng)分为被动运输和主动运输。第3页/共71页第四页，共72页。第4页/共71页第五页，共72页。H2OH2OSteroidIon channels(open/close)Na+Cl-第5页/共71页第六页，共72页。H2OH2OSteroidTransporterSucroseProteinsIon channels(open/close)Na+Cl-Na+Cl-蔗糖(zhtng)第6页/共71页第七页，共72页。8小分子和离子进出细胞(xbo)要横穿细胞(xbo)膜。第7页/共71页第八页，共72页。简单(jindn)扩散离子通道扩

3、散(kusn)易化扩散（载体）协助扩散（一）被动运输（passive transport）不需要消耗细胞代谢的能量，而将物质从浓度高的一侧经细胞膜转运至浓度低的一侧，动力来自于浓度梯度形成的势能。（帮助扩散）第8页/共71页第九页，共72页。高浓度低浓度不需要消耗能量和不依靠专一膜蛋白分子而使物质从膜的一侧转运到另一侧的运输方式。第9页/共71页第十页，共72页。脂溶性物质(wzh)(非极性物质(wzh): 苯.乙醇.氧.氮不带电荷(dinh)小分子物质: 水.尿素.二氧化碳带电荷物质第10页/共71页第十一页，共72页。H2OH2OSteroidNa+Cl-Sucrose第11页/共71页第

4、十二页，共72页。简单(jindn)扩散 第12页/共71页第十三页，共72页。通道蛋白(dnbi)（channel pr.）：形成贯穿载体蛋白（ carrier pr. ）：与特定 溶质结合改变(gibin)构 象使溶质穿越 细胞膜。脂双层之间的通道(tngdo)。第13页/共71页第十四页，共72页。15 绝大多数离子通过膜上通道蛋白(dnbi)的协助，实现顺浓度梯度的跨膜转运。离子通道是镶嵌在膜上的跨膜蛋白(dnbi)质，它由- 螺旋蛋白(dnbi)构成，称为通道蛋白(dnbi)（channel protein）。其中心具有亲水性通道，对离子具有高度的亲和力，允许适当大小的离子顺浓度梯度

5、瞬间大量地通过。第14页/共71页第十五页，共72页。16离子通道可迅速地开放和关闭，受通道闸门所控制，而闸门是由通道蛋白的带电分子或基团（如羟基或磷酸(ln sun)基）所构成。有的持续开放，有的间断开放。间断开放的通道包括三类即电位依赖性电压门控通道（闸门的开闭受膜电压控制；Na通道、Ca通道、K通道）；化学物质控制的配体门控通道（闸门开闭受化学物质即配体调节；乙酰胆碱通道等）和 机械门控通道。第15页/共71页第十六页，共72页。17通道(tngdo)蛋白高浓度低浓度第16页/共71页第十七页，共72页。18高浓度低浓度通道(tngdo)蛋白物质顺浓度梯度经过闸门孔道扩散到细胞膜的另一侧

6、这样的转运过程称闸门通道扩散。配体第17页/共71页第十八页，共72页。19通道(tngdo)扩散第18页/共71页第十九页，共72页。20电 压 闸 门 通 道1第19页/共71页第二十页，共72页。21高浓度低浓度通道(tngdo)蛋白配体第20页/共71页第二十一页，共72页。22神经末梢膜上的电压(diny)闸门Ca2+通道肌肉(jru)细胞膜上的配体闸门通道肌肉(jru)细胞膜上的电压闸门Na+通道肌浆网上的钙离子通道在神经肌肉接头处，沿神经传来的冲动刺激肌肉收缩，整个反应在不到一秒内完成，这样一个看来似乎很简单的反应至少包括个不同部位的按一定的顺序开放和关闭。神经肌肉接头处的闸门通

7、道第21页/共71页第二十二页，共72页。23第22页/共71页第二十三页，共72页。24第23页/共71页第二十四页，共72页。25第24页/共71页第二十五页，共72页。高浓度低浓度载体蛋白凡借助于载体蛋白的帮助不消耗能量将物质顺浓度梯度进行转运，这种方式称易化或帮助扩散。易化扩散可运输一些亲水性物质和无机离子等。:第25页/共71页第二十六页，共72页。载体(zit)蛋白4第26页/共71页第二十七页，共72页。高浓度低浓度第27页/共71页第二十八页，共72页。29借助于镶嵌(xingqin)在细胞膜上专一性很强的载体蛋白，通过消耗代谢(dixi)能量，将物质从低浓度处向高浓度处的运输

8、方式。实质：泵为 Na-K ATP 酶具有载体和酶的双重作用。+小亚基:为细胞膜外侧半嵌合糖蛋白,其作用机制不详。大亚基：为贯穿膜全层的脂蛋白,是该酶的催化部位。第28页/共71页第二十九页，共72页。30大亚基小亚基ATPADP+Pi细胞质钾浓度梯度30倍钠浓度梯度13倍钾离子(lz)钠离子乌本苷钾与乌本苷结合部位钠结合部位+第29页/共71页第三十页，共72页。31细胞质钾浓度梯度30倍钠浓度梯度13倍+大亚基大亚基小亚基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+

9、K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亚基大亚基大亚基K+ATPADP+Pi钠结合部位K+Pi钾结合部位Mg+大亚基大亚基小亚基第30页/共71页第三十一页，共72页。32 Na+结合到膜上；酶磷酸化；酶构象变化, Na+释放到细胞外;K+结合到细胞表面;酶去磷酸化; K+释放到细胞内,酶构象恢复(huf)原始状态第31页/共71页第三十二页，共72页。33钠钾泵第32页/共71页第三十三页，共72页。34钠钾泵动画第33页/共71页第三十四页，共72页。35第34页/共71页第三十五页，共72页。36第35页/共71页第三十六页，共72页。37 有些主动运输系统是

10、由离子梯度中贮存的能量驱动的，它们逆浓度梯度进入(jnr)细胞的的动力不是直接来自水解ATP，而是借助另一物质的浓度梯度或电化学梯度为动力进行的，又称继发性主动运输。所有这些都是协同运输，有的是同向运输，另一些则是对向运输。如钠钾泵间接驱动葡萄糖入胞。 小肠上皮细胞就是利用这种机制来从肠腔吸收葡萄糖，果糖、甘露糖、半乳糖、氨基酸等养料(ynglio)，再经易化扩散转运至血浆。第36页/共71页第三十七页，共72页。38第37页/共71页第三十八页，共72页。39 由膜上的钠泵和同向运输的特异载体蛋白共同完成。 钠泵把钠泵出细胞外，形成细胞内外(niwi)的钠离子浓度梯度差，特异载体蛋白上具有钠

11、离子和葡萄糖（或氨基酸）2个结合位点。肠上皮细胞的转运蛋白不对称分布(fnb)造成葡萄糖从肠腔到血液的跨细胞膜运输第38页/共71页第三十九页，共72页。 单运输（uniport）：一些载体蛋白将一种溶质从膜的一侧运到另一侧。 协同运输：在转运一种溶质分子时，同时或随后伴随转运另一种溶质分子。若伴随转运的溶质转运方向相同，称同向运输（symport），转运方向相反(xingfn)称为对向运输（antiport）。第39页/共71页第四十页，共72页。对向运输(ynsh)同向运输(ynsh)第40页/共71页第四十一页，共72页。42胞吐作用(zuyng)吞噬作用(tn sh zu yn)胞饮作

12、用吞噬(tnsh)体吞饮体第41页/共71页第四十二页，共72页。43 真核细胞具有较完善的内膜系统，胞外大分子物质通过胞吞作用进入细胞内先储存于膜性囊泡内，然后再将其送至溶酶体，进行消化分解，这个运输(ynsh)过程通过囊泡完成。同样细胞内合成的蛋白质及颗粒物质进入内质网，然后到达高尔基体，再从高尔基体转运至其他部位也都离不开囊泡。囊泡以出芽方式从细胞的一种内膜细胞器脱离后又与另一内膜细胞器发生融合，此转运过程称为膜泡运输(ynsh)（ transportby vesicle formation）二、膜泡运输(ynsh)第42页/共71页第四十三页，共72页。44胞饮作用吞噬作用受体介导的胞

13、吞作用大分子及颗粒物质并不直接穿过细胞膜,而是通过一系列膜囊泡形成和融合来完成的转运过程，该运输方式消耗能量，属主动运输的范畴。胞吞作用和胞吐作用第43页/共71页第四十四页，共72页。45 是细胞将胞外的大分子或颗粒物质转运到细胞内的方式。当被转运的大分子或颗粒物质靠近(kojn)细胞膜并结合于细胞表面后，膜逐渐内陷将其包围，形成吞噬（饮）小泡进入细胞内。根据吞入物质的状态、大小及特异程度不同，分为：第44页/共71页第四十五页，共72页。46 2.胞饮作用（pinocytosis）：细胞对液体物质(wzh)或细微颗粒物质(wzh)的摄入和消化过程。 1.吞噬作用(phagocytosis)

14、: 细胞对微生物、衰老(shuilo)死亡细胞及细胞碎片等大颗粒物质的转运入胞过程。 3.受体介导的胞吞作用(recepter mediated endocytosis ) 需要膜受体参与的吞噬或吞饮作用，是某些大分子物质或颗粒性物质进入(jnr)细胞的特殊方式，具有较强的特异性。第45页/共71页第四十六页，共72页。47第46页/共71页第四十七页，共72页。48第47页/共71页第四十八页，共72页。第48页/共71页第四十九页，共72页。受体介导入胞第49页/共71页第五十页，共72页。51 网格蛋白包被囊泡(clathrin-coated vesicle)是最早发现的衣被小泡。笼形(

15、网格, clathrin)蛋白分子由3个重链和3个轻链组成，形成(xngchng)一个具有3个曲臂的形状(triskelion)。许多笼形蛋白的曲臂部分交织在一起，形成(xngchng)一个具有5边形网孔的笼子。由网格蛋白包被(bo bi)的囊泡第50页/共71页第五十一页，共72页。5252 笼形蛋白形成的衣被中还有衔接(xinji)蛋白(adaptin)，介于笼形蛋白与配体受体复合物之间，起连接作用。已发现4种不同类型的衔接(xinji)蛋白，可结合不同类型的受体，形成不同性质的转运小泡。第51页/共71页第五十二页，共72页。535353 当笼形蛋白衣被小泡形成时，可溶性蛋白动力素(dy

16、namin)聚集成一圈围绕在芽的颈部(jn b)，将小泡柄部的膜尽可能拉近(1.5nm)，从而导致膜融合，掐断(pinch off)衣被小泡。第52页/共71页第五十三页，共72页。第53页/共71页第五十四页，共72页。55内吞去被胞内体融合(rngh)受体再循环初级(chj)溶酶体融合(rngh)第54页/共71页第五十五页，共72页。56第55页/共71页第五十六页，共72页。57 在进行胞吞作用时，大分子或颗粒结合于互补的细胞表面受体，受体聚集于有被小窝内，在胞吞小泡内形成受体大分子复合物进入(jnr)细胞。脱去网格蛋白被膜，并与其它囊泡融合成内体（endosome），受体分离随转移囊

17、泡返回细胞膜（受体循环），被吞入颗粒被溶酶体酶降解。第56页/共71页第五十七页，共72页。58LDL颗粒(kl)LDL受体有被小窝有被小泡内吞去被无被小泡胞内体融合(rngh)受体与大分子颗粒(kl)分开胞内体部分受体再循环胞内体部分 初级溶酶体融合吞噬溶酶体第57页/共71页第五十八页，共72页。59 是一种与胞吞运送物质相反的过程，是细胞(xbo)将胞内的大分子或颗粒物质转运到细胞(xbo)外的方式。基本过程是：要输出的物质先由膜包被形成小泡，小泡再移至质膜并与质膜融合形成一裂口将内容物排出胞外。第58页/共71页第五十九页，共72页。60结构性分泌（constitutive pathw

18、ay of secretion）指由真核细胞高尔基体分泌的囊泡向细胞膜流动并与之融合(rngh)，然后释放内容物（分泌性蛋白）的这一稳定过程。调节性分泌(fnm)（regulated pathway of secretion ）特化的分泌(fnm)细胞产生的分泌(fnm)物储存在分泌(fnm)泡内，当细胞受到外界信号刺激时，分泌(fnm)泡与细胞膜融合并释放内容物，如胰岛素的分泌(fnm)过程。第59页/共71页第六十页，共72页。61调节性分泌结构性分泌第60页/共71页第六十一页，共72页。62细胞内外(niwi)物质转运穿膜运输(ynsh)膜泡运输(ynsh)被动运输主动运输（activ

19、e transport）出胞作用入胞作用吞噬作用胞饮作用受体介导入胞作用简单扩散帮助扩散Na+-K+泵Ca2 +泵离子梯度驱动的主动运输同向运输对向运输载体蛋白介导通道蛋白介导单运输协同运输持续开放瞬时开放同向运输对向运输配体门控通道电压门控通道机械门控通道第61页/共71页第六十二页，共72页。63 第6节 细胞膜与疾病第62页/共71页第六十三页，共72页。64膜转运(zhun yn)病与膜受体病 由细胞膜上主动转运系统的载体蛋白(dnbi)缺损和功能异常所引起的疾病，称膜转运病(transport disease)。 由细胞膜上受体蛋白缺陷，包括受体数量增减和结构上的缺陷以及特异性、结合

20、力的异常改变(gibin)等所引起的疾病，称受体病(receptor disease)。第63页/共71页第六十四页，共72页。65及尿路感染。及尿路感染。第64页/共71页第六十五页，共72页。66 因编码LDL受体的基因突变，使细胞表面LDL受体减少或缺失(qu sh)，使胆固醇在细胞和血浆内累积，引起脂质代谢紊乱和动脉粥样硬化等。 正常情况下细胞中胆固醇的来源有两条途径：一是来自细胞内胆固醇的生物合成；二是通过细胞表面LDL受体摄取血浆中的胆固醇。在正常代谢中LDL同细胞膜上的LDL受体结合，通过内吞进入细胞，被溶酶体酸性水解酶水解，释放出游离胆固醇。二、受体异常(ychng)与疾病第65页/共71页第六十六页，共72页。67到一定量时，就失去对膜上LD