第五章物质的跨膜运输与信号传递

第一节物质的跨膜运输返回物质的跨膜运输的主要途径：被动运输主动运输胞吞与胞吐第一页，共六十三页。

小分子和离子通过细胞膜的方式不同，根据是否需要ATP的参与，分为：

动画

被动运输：不消耗细胞的代谢能（ATP），顺浓度梯度的运输。

主动运输：消耗细胞的代谢能（ATP），逆浓度梯度的运输。第二页，共六十三页。一、被动运输返回被动运输(passivetransprt)是指物质由高浓度向低浓度方向的跨膜转运，转运不需要细胞提供代谢能量（而是浓度梯度）。第三页，共六十三页。一、被动运输返回(一)简单扩散(simplediffusion)小分子→浓度梯度→无需能量和膜蛋白→膜另一侧．通透系数→通透性→分子大小和分子的极性（非极性分子＞极性分子＞带电荷的离子）第四页，共六十三页。扩散扩散脂溶性物质动画第五页，共六十三页。扩散现象：H2O中滴一滴墨水后的扩散现象；动画(一)简单扩散(simplediffusion)半透膜内外加入不同物质后的渗透现象。CO、CH4等气体的扩散知识；第六页，共六十三页。动画(一)简单扩散(simplediffusion)细胞膜有半透膜的特性，膜脂分子间有很小的间隙，部分小分子可直接通过此间隙由浓度高侧向浓度低侧扩散。第七页，共六十三页。进行简单扩散的分子有：非极性小分子：如O2、N2、苯。动画脂溶性物质：如乙醇、甾类激素、磺胺类等。带电荷的极性小分子：如CO2、H2O、甘油、尿素等。第八页，共六十三页。简单扩散的特点：高浓度向低浓度动画返回扩散通过脂质双分子层

不消耗细胞的代谢能扩散速度决定于：分子的大小，浓度差的大小，脂溶性大小。第九页，共六十三页。一、被动运输返回(二)协助扩散(facilitateddiffusion)极性分子和无机离子→浓度梯度或电化学梯度→无需能量但需特异的膜转运蛋白→膜另一侧．特点：增加转运速率，增强转运特异性。第十页，共六十三页。１．载体蛋白：介导被动运输和主动运输．返回(二)协助扩散(facilitateddiffusion)膜转运蛋白类型２．通道蛋白第十一页，共六十三页。载体蛋白(通透酶，permease)＋特定溶质分子→

构象变化→跨膜运输.返回１．载体蛋白及其功能载体蛋白具酶的一般特性且具自身特性．第十二页，共六十三页。葡萄糖、氨基酸、核苷酸等分子量较大，属不带电荷的极性分子，不能扩散通过脂双分子层，没有相应通道，必须通过膜上载体蛋白的帮助才能通过膜。

动画载体蛋白：膜上一类转运蛋白，可特异的、可逆地与某物质结合，通过构象变化将物质从膜的一侧运到另一侧。第十三页，共六十三页。动画第十四页，共六十三页。载体蛋白介导跨膜运输：高浓度低浓度返回不消耗细胞代谢能有载体帮助当载体蛋白处于饱和状态时，速度最大。第十五页，共六十三页。通道蛋白→跨膜亲水通道→适宜大小分子带电荷的

离子→跨膜运输.返回２．通道蛋白及其功能非选择性(细菌外膜,线粒体和叶绿体外膜)跨膜通道选择性→离子通道（具“各开关”）第十六页，共六十三页。通道蛋白介导跨膜运输：细胞膜上的运输蛋白：动画载体蛋白：通过构象变化运输物质通道蛋白：形成通道、运输物质

第十七页，共六十三页。通道蛋白介导跨膜运输：

通道蛋白形成通道：持续开放（如水通道）间断开放（闸门通道）配体闸门通道：配体与受体结合，通道开放。电压闸门通道：膜电位变化，启动通道开放。离子闸门通道：特定离子浓度变化，启动通道。动画第十八页，共六十三页。有通道蛋白，物质由高浓度到低度，无需ATP参与动画第十九页，共六十三页。离子通道特性：返回２．通道蛋白及其功能(1)离子选择性和快速通过性(浓度梯度和跨膜电位差).(2)离子通道的门控性（电压门、配体门和压力激活门）第二十页，共六十三页。通道蛋白介导跨膜运输的分子有：离子神经递质第二十一页，共六十三页。例如：神经---肌肉兴奋，不到１秒钟的时间内完

成，这一过程包括四种通道顺次开放：A、刺激－神经冲动－神经末梢，膜去极化，电压闸门通道钙离子通道开放，钙离子进入神经末梢，刺激乙酰胆碱（ACH）分泌到突触间隙中；B、ACH与突触后肌细胞膜上的受体结合，配体闸门钠离子通道开放，钠离子进入肌细胞，肌细胞膜去极化；第二十二页，共六十三页。C、肌细胞膜上电压闸门钠离子通道开放，更多的钠离子进入肌细胞，肌细胞膜进一步去极化，产生动作电位，扩散到肌细胞膜；D、肌浆网上的离子闸门通道钙离子通道开放，钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩。第二十三页，共六十三页。被动运输和主动运输动画通道扩散载体扩散简单扩散被动运输主动运输第二十四页，共六十三页。二、主动运输（activetransport)由低浓度到高浓度（或电化学梯度），不依赖物质的浓度高低，依靠自身细胞代谢的能量，通过载体来进行运输。动画第二十五页，共六十三页。二、主动运输主动运输的特点：动画低浓度高浓度（或电化学梯度）消耗细胞代谢能（ATP，间接能量和光能）

需载体蛋白协助

第二十六页，共六十三页。主动运输的物质：各种离子（如钠离子、钾离子、氯离子、碳酸根离子、钙离子等）。葡萄糖、氨基酸等带电荷极性分子。第二十七页，共六十三页。依能量来源不同分为3种类型：ＡＴＰ直接供能（钠钾泵，钙泵和质子泵）间接供能（协同运输）光能第二十八页，共六十三页。Na+-K+ATP酶返回进行主动运输的载体又称“离子泵”,膜上有许多进行主动运输的载体:Ca2+ATP酶H+ATP酶Na+-H+交换载体Cl---HCO3-交换载体等第二十九页，共六十三页。（一）钠钾泵(Na+-K+pump)

细胞膜→钠钾泵→ＡＴＰ→维持低钠高钾内环境→神经冲动传递、维持渗透压平衡、维持正常生命活动和维持恒定细胞体积．第三十页，共六十三页。（一）钠钾泵(Na+-K+pump)

α亚基－ＡＴＰ酶活性－钠和钾结合位点

钠钾泵（ＡＴＰ酶）

β亚基－糖蛋白消耗1个ＡＴＰ泵出3个Na+

和泵进2个K+．第三十一页，共六十三页。α亚基（120000DN）：外侧：1、钾结合位点2、鸟苯苷结合位点内侧：1、钠结合点2、ATP结合点膜上运输钠和钾离子的载体称“钠钾泵”或“钠钾ATP酶”。钠---钾泵的组成：β亚基（50000DN）：与大亚基结合，作用不明。第三十二页，共六十三页。即：3Na+结合到结合位点上酶磷酸化酶构象变化3Na+释放到细胞外2K+结合到位点上酶去磷酸化2K+释放到细胞内，酶构象恢复原始状态。动画（一）钠钾泵(Na+-K+pump)第三十三页，共六十三页。动画第三十四页，共六十三页。（一）钠钾泵(Na+-K+pump)乌本苷，氰化物，渗透（osmotic)，渗透压(osmoticpressure).第三十五页，共六十三页。Na+-K+泵的作用：产生和维持膜电位；动画为葡萄糖、氨基酸的主动运输创造条件；维持细胞的渗透压，例如：当肾小管细胞间隙钠过高时会导致细胞内水分外渗，细胞内缺水，人会感到口渴而饮水多。第三十六页，共六十三页。（二）钙泵和质子泵

钙泵（Ｃa+

-ＡＴＰ酶）→钙调蛋白调节钙泵活性→ＡＴＰ水解→转运２个Ｃa+

／１个ＡＴＰ（细胞膜为泵出，内质网为泵入）．

第三十七页，共六十三页。（二）钙泵和质子泵

质子泵（Ｈ+

-ＡＴＰ酶）→将Ｈ+泵出细胞→胞外基质酸性环境．

第三十八页，共六十三页。（二）钙泵和质子泵Ｐ型质子泵：磷酸化和去磷酸化，真核细胞膜．质子泵→Ｖ型质子泵：不磷酸化，动物溶酶体和植物液泡．Ｈ+-ＡＴＰ酶：顺Ｈ+

浓度梯度，线粒体和类囊体等．第三十九页，共六十三页。主动运输的能量不是由ATP直接提供，而是由储存在膜上离子梯度中的能量来驱动的。（三）协同运输（cotransport)这类运输进行时，一种物质的运输必须依赖另一种物质的同时运输，故称为协同运输。第四十页，共六十三页。（三）协同运输（cotransport)

质子泵和Na+-K+泵→消耗ＡＴＰ→膜两侧离子电化学梯度（动物为Na+，植物为Ｈ+）→物质跨膜转运．第四十一页，共六十三页。物质运输方向与离子转移方向相同，称对向运输（逆向协同运输）。如Na+--K+,Na+—H+,Cl-—HCl3-（三）协同运输（cotransport)物质运输方向与离子转移方向相反，称共运输（同向协同运输）。如Na+--G,Na+--aa第四十二页，共六十三页。浓度差+电位差→电化学梯度（三）协同运输（cotransport)动物细胞中，Na+的电化学梯度通常是驱动另一种分子主运输的能量，如Na+梯度驱动G、aa的主动运输.植物细胞中，Ｈ+的电化学梯度通常是驱动另一种分子主运输的能量.第四十三页，共六十三页。进入血液，运输到全身细胞细胞膜结构的方向性，决定其物质运输功能的方向性。第四十四页，共六十三页。通道蛋白载体蛋白共运输对向运输单运输

协同运输膜转运蛋白（被动运输＋主动运输）（被动运输）返回第四十五页，共六十三页。图示第四十六页，共六十三页。（四）跨膜转运与膜电位膜电位：膜两侧电位差．静息电位(restingpotential)：外正内负即极化(polarization)动作电位(activepotential)

：第四十七页，共六十三页。三、胞吞作用和胞吐作用膜泡运输：大分子及颗粒物质（蛋白质、核酸、多糖、细菌等）不能直接通过细胞膜，而是通过一系列膜囊泡形成和融合来完成转运过程，称膜泡运输（批量运输，属主动运输）。动画第四十八页，共六十三页。三、胞吞作用(endocytosis)和

胞吐作用(exocytosis)膜泡运输：

动画胞吐作用：吞噬作用(phagocytosis)胞吞作用：吞饮作用(pinocytosis)受体介导的胞吞作用

第四十九页，共六十三页。（一）胞吞作用第五十页，共六十三页。

吞噬作用胞饮作用 胞吞内容固体及较大颗粒液体及大分子溶质如细菌如蛋白液

囊泡大小吞噬体吞饮体直径〉250nm直径〈150nm 功能细胞少数特化的细胞大多数真核细胞如吞噬细胞 第五十一页，共六十三页。胞吞作用途径：膜上糖蛋白或糖脂识别与膜接触膜内陷包围物质膜融合去封口囊泡进入细胞有被小窝图示胞吞作用示意图第五十二页，共六十三页。

有被小窝：细胞膜上的特化部位，此部位膜内陷形成一小窝，胞质侧有绒毛状结构覆盖，故名有被小窝。

有被小窝第五十三页，共六十三页。膜内陷形成有被小窝窝内有大分子受体内表面有包被-----网格蛋白形成的多角网状结构有被小窝ＧＴＰ结合蛋白dynamin→水解ＧＴＰ→颈部缢缩→囊泡脱离第五十四页，共六十三页。网格蛋白第五十五页，共六十三页。有被小窝的胞饮方式有两种：

一般的胞饮作用受体介导的胞吞作用↓↓细胞外液进入有被小窝大分子与有被小窝内受体结合↘↙有被小窝内陷↓无被小泡↓内体↓运输小泡（溶酶体）→内体性溶酶体↓↘营养物残体↓↓