第5章细胞膜与物质运输

1、5.1 5.1 小分子物质的跨膜运输的基础知识小分子物质的跨膜运输的基础知识 A.质膜是选择透性的膜质膜是选择透性的膜5.1.1 影响因素影响因素: :B. 溶质的特点溶质的特点质膜的通透性孔径不大于质膜的通透性孔径不大于0.5-1nm人工脂双层人工脂双层被动运输被动运输主动运输主动运输转运分子转运分子通道蛋白通道蛋白载体蛋白载体蛋白简单扩散简单扩散通道扩散通道扩散载体扩散载体扩散脂双层脂双层被动运输被动运输主动运输主动运输转运分子转运分子通道蛋白通道蛋白载体蛋白载体蛋白简单扩散简单扩散通道扩散通道扩散载体扩散载体扩散脂双层脂双层载体蛋白构象发生改变载体蛋白构象发生改变部分水通过部分水通过蛋白

2、通道蛋白通道进行扩散进行扩散乙酰胆碱乙酰胆碱整体整体结构结构关闭关闭构型构型开放开放构型构型电位闸门通道电位闸门通道配体闸门通道配体闸门通道应力激活闸门通道应力激活闸门通道协助扩散协助扩散简单扩散简单扩散运运输输速速度度运输分子浓度运输分子浓度5.3.1 5.3.1 离子泵驱动直接的主动转运离子泵驱动直接的主动转运离子泵实际上是具运输功能的离子泵实际上是具运输功能的ATPATP酶酶具有特异性具有特异性1. P型离子泵：型离子泵：2个个a a催化亚基，催化亚基， 2个个b b调节亚基调节亚基对离子的转运循环依赖对离子的转运循环依赖自磷酸化自磷酸化过程过程 phosphorylation ，所以所

3、以这类离子泵叫做这类离子泵叫做P-type。 P型离子泵型离子泵 包括包括 ：钠钾泵、钠钾泵、Ca 2+泵、泵、H+泵泵 （P型型质子泵）质子泵）Na+-K+- pumpNaNa+ +-K-K+ +泵泵 使细胞内维持高使细胞内维持高K+低低Na+ 水解水解1个个ATP，摄入，摄入2个个K+ ，排除，排除3个个Na+。 300次次 /秒秒 酶构象的变化酶构象的变化Na+-K+-ATP酶起维持酶起维持渗透平衡渗透平衡的作用的作用调节渗透压调节渗透压维持膜电位维持膜电位进行物质吸收进行物质吸收The biological functions of Na+/K+ pump(2) 其他其他 P-type

4、 离子泵离子泵: H+ and Ca+ ATPases植物细胞中有一个植物细胞中有一个H +-转运质膜泵。转运质膜泵。 控制细胞内的控制细胞内的 pH值值.Ca2+泵泵: Ca2 +-ATPase存在于质膜和内质网的膜。它存在于质膜和内质网的膜。它包含包含10个跨膜螺旋。个跨膜螺旋。 此钙离子泵的功能此钙离子泵的功能 : 从胞浆主动转运从胞浆主动转运Ca2 +进入细胞进入细胞外空间或内质网腔中。外空间或内质网腔中。. 2. V型质子泵型质子泵 (V for “vesicle”) 存在于各类存在于各类小泡膜上小泡膜上，由许多亚，由许多亚基构成，基构成，水解水解ATP产生能量产生能量，但但不不发生

5、发生自磷酸化自磷酸化，位于，位于溶酶溶酶体膜、内体、植物液泡膜体膜、内体、植物液泡膜上。上。(lysosomal enzyme)pH 5.0pH=7.2溶酶体膜溶酶体膜头部：头部：F1偶联因子偶联因子(3，3， , )膜部：膜部：F0F0偶联因子偶联因子: :细菌细菌a1b2c10-12 多拷贝的多拷贝的c c亚基亚基形成一个环形成一个环状的结构。状的结构。a a亚基，亚基，b b亚基二聚体，亚基二聚体，亚基共同构成定子，亚基共同构成定子，转子和定子将转子和定子将F1F1和和F F0 0连接连接起来。起来。 备注：备注：F-type ATPases F型质子泵型质子泵（ F for “fact

6、or” ） ：由许多亚基构成的管状结构，利用由许多亚基构成的管状结构，利用质子动力势合成质子动力势合成ATP，也叫，也叫ATP合酶合酶，位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上。，位于细菌质膜，线粒体内膜和叶绿体的类囊体膜上。化学渗透假说化学渗透假说 ABC转运器（转运器（ABC transporter）最早发现于细菌，属于一个庞大的最早发现于细菌，属于一个庞大的蛋白家族，每个成员都有两个高度蛋白家族，每个成员都有两个高度保守的保守的ATP结合区结合区（ATP binding cassette），故名），故名ABC转运器。转运器。 每一种每一种ABC转运器只转运一种或转运器只转运一种或一类

7、底物，不同的转运器可转运一类底物，不同的转运器可转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质。肽、甚至蛋白质。ABC转运器还可催化转运器还可催化脂双层的脂脂双层的脂类在两层之间翻转类在两层之间翻转，在膜的发生和，在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。功能维护上具有重要的意义。3. ABC-type ATPases当葡萄糖等分子当葡萄糖等分子逆浓度梯度逆浓度梯度进入细胞时，进入细胞时，并不直接消耗并不直接消耗ATP释放的能量，而是借着释放的能量，而是借着钠钠离子的促进扩散作用与钠离子相伴进离子的促进扩散作用与钠离子相伴进入细胞内，称为入细胞内，称为间接的间接的主

8、动运输或主动运输或伴随伴随运输运输。主动运输的三种方式主动运输的三种方式能量的来源能量的来源(红色红色)v Couple the uphill transport of one solute across membrane to the downhill transport of another.v Couple uphill transport to the hydrolysis of ATP.v Mainly in bacteria, couple uphill transport to an input of energy from light.协同运输中的协同运输中的离子梯度动力；离子

9、梯度动力； ATP驱动泵通驱动泵通过水解过水解ATP获得获得能量；能量；光驱动的泵利光驱动的泵利用光能运输物质，用光能运输物质，见于细菌见于细菌 吞噬作用吞噬作用B.(Receptor-mediated endocytosis)1500个胆固醇酯个胆固醇酯800个个磷磷脂脂未酯化未酯化胆固醇胆固醇辅基蛋白辅基蛋白BLDL（low density lipoprotein）是一种球形的）是一种球形的脂脂蛋白颗粒蛋白颗粒，直径为，直径为22 nm，核心是，核心是1500个胆固醇个胆固醇酯酯。外面由。外面由800个磷脂个磷脂和和500个未酯化的胆固醇分个未酯化的胆固醇分子包裹；由于外被脂分子的亲水头部露在外面，子包裹；由于外被脂分子的亲水头部露在外面，LDL能够溶于血液中。能够溶于血液中。LDL颗粒及颗粒及LDL受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用有被小窝有被小窝 (coated pit)(coated pit)：在：在细胞膜细胞膜上进行上进行胞饮胞饮作作用的特定区域。用的特定区域。有被小泡有被小泡 (coated vesicle)(coated vesicle)：有被小窝在形成：有被小窝在形成1 1分钟后内陷形成。分钟后内陷形成。 有被小泡和有被小窝的外衣，为网格蛋白（笼形有被小泡和有被小窝的外衣，为网