《分子 细胞与组织教学》10.质膜和小分子物质的穿膜运输

跨种属的杂交能实现吗？为什么？“兔鸭”编辑pptrollingleukocytes中性粒细胞怎样从血管中到炎症组织中去？编辑ppt我们的细胞如何构建成组织？编辑ppt细胞内外、细胞器内外的分子组成为什么不同？钙离子浓度：细胞膜外是细胞膜内的一万倍！钙离子浓度：光面内质网内是细胞质基质内的数千倍！编辑ppt细胞膜（质膜）决定了细胞的体积，既是细胞与外界环境隔绝的屏障，又是细胞与外界环境交流的媒介。？思考：什么性质的分子能够组成细胞膜编辑ppt细胞膜（cellmembrane）＝质膜（plasmamembrane）生物膜(biomembrane)

质膜（plasmamembrane）

细胞内膜（internalmembrane）——质膜和细胞内膜具有共同的结构和相近的功能，统称生物膜。

质膜内质网膜编辑ppt第十章质膜和小分子物质的穿膜运输第一节质膜掌握：1.生物膜的化学成分及其特点2.生物膜的结构模型熟悉：1．膜脂的结构和特点2．膜蛋白在质膜主要功能中的作用

了解：1.膜蛋白的移动性

编辑ppt电镜下的质膜—两暗夹一明，5-10nm，表面不光滑。电镜下的细胞膜是不光滑的编辑ppt一、质膜的化学组成和结构一、膜脂二、膜蛋白三、膜糖神经髓鞘膜：脂类75％线粒体内膜：蛋白质75％一般膜：脂类50％、蛋白质40－50％、糖1－10％编辑ppt膜脂双分子层膜蛋白膜蛋白寡聚多糖糖蛋白糖脂生物膜结构的流动镶嵌模型FluidMosaiModel编辑ppt*生物膜结构的流动镶嵌模型

脂质分子排成双层构成生物膜的骨架蛋白质分子以不同方式镶嵌或连接于脂双层上，膜糖连接于膜蛋白和膜脂。3.膜两侧结构是不对称的4.膜脂和膜蛋白具有一定的流动性编辑ppt一、脂质双层构成生物膜的骨架生物膜上的脂质膜脂（membranelipids）生物膜的基本骨架脂质双层使水溶性物质不能自由通过为膜蛋白提供环境编辑ppt(2)胆固醇（cholesterol）可多达与磷脂等量(3)糖脂（glycolipid）非胞质面磷脂酰胆碱、鞘磷脂外侧：磷脂酰丝氨酸(-)磷脂酰乙醇胺、内侧：(1)磷脂（phospholipid）含量最高1.膜脂的种类和分子结构都是亲水脂分子：有一个亲水端和一个疏水端，与水和脂质都能作用。编辑ppt磷脂（磷脂酰胆碱）的分子结构极性的头部（亲水磷脂酰碱基等）非极性尾部（脂肪酸的疏水烃链）编辑ppt强硬的平面甾环结构极性的头部（亲水）非极性尾部（疏水烃链）胆固醇的分子结构编辑ppt极性的头部（亲水糖基）糖脂的分子结构非极性尾部（疏水烃链）编辑ppt亲水脂分子在水环境中：亲水端(极性的头部)向着水，疏水端（非极性的尾部）藏在内部。2.膜脂分子的排列特性(1)脂分子团(2)脂双层(3)脂质体脂分子团脂双层脂质体编辑ppt（1）横向扩散（2）旋转（3）尾部摆动（4）翻转3.膜脂的流动性磷脂分子在膜上的运动横向扩散翻转旋转尾部摆动编辑ppt1.磷脂尾部不饱和脂肪酸对膜流动性的影响2.胆固醇对膜流动性的影响不饱和脂肪酸含量愈高,膜流动性愈大。胆固醇排列于磷脂之间，坚硬的甾环结构使膜稳定性增加。编辑ppt1.两个单层上膜脂分布不同（如磷脂头部种类）2.糖脂全部分布于非胞质单层（质膜外侧或内膜腔面）4.脂双层的不对称性

细胞外细胞内糙面内质网的酶保证膜脂双层中脂类分子数量的平衡和种类的不对称分布。编辑ppt膜脂的运输膜泡运输糙面内质网高尔基体，溶酶体，质膜。磷脂交换蛋白糙面内质网线粒体，过氧化物酶体。磷脂交换蛋白编辑ppt5.膜脂的更新细胞的体积和细胞器的体积保持着动态平衡编辑ppt二、膜蛋白穿越或联结于脂双层，承担多种功能生物膜上的蛋白质膜蛋白（membraneproteins）生物膜的大部分功能由膜蛋白完成：运输，催化，连接，识别，接受信号等编辑ppt1.膜蛋白的存在方式膜蛋白的存在方式多种多样：肽链以α螺旋穿越脂双层或以β片层卷成筒状贯穿脂双层，或者与脂双层中的脂类或其它蛋白结合。1单次跨膜2多次跨膜3β桶编辑ppt*整合膜蛋白－破坏脂双层方可获得(第1～4种)*脂质锚定的膜蛋白—通过脂质分子连接脂双层(第5、6种)*周围膜蛋白－轻柔分离即可获得(第7、8种)

编辑ppt膜蛋白的不对称性

（1）非跨膜蛋白在膜上的定位不对称编辑ppt

（2）糖链只存在于多肽链的非胞质面一端（3）二硫键只存在于多肽链的非胞质面一端

到这些不对称均在糙面内质网中造成细胞质编辑ppt膜蛋白的存在方式与功能有关两侧有作用:跨膜蛋白

－运输蛋白、受体单侧有作用,但需牢固位于膜上:跨膜蛋白

－连接蛋白单侧有作用,较松散联结于膜上:周围膜蛋白

－细胞外基质成分

编辑ppt2.膜蛋白的结构（2）β筒βbarrel

－β片层卷成筒状（1）α螺旋αhelix膜蛋白也是亲水脂分子－亲水又亲脂

疏水氨基酸－疏水区域(hydrophobic)亲水氨基酸－亲水区域(hydrophilic)（3）糖基化（寡糖链在非胞质面）编辑pptα螺旋真核细胞和细菌的跨膜蛋白主要是α螺旋结构疏水脂双层β筒限于线粒体和叶绿体外膜的跨膜蛋白编辑ppt(1)膜蛋白是移动的、可扩散的，但不翻转。

3.膜蛋白的移动性(2)膜蛋白的移动是受限的，膜蛋白有区域性分布。小肠上皮细胞肠腔

上皮下组织间隙编辑ppt“膜流”质膜和细胞内膜的成分一直在不断地交换，不断地生成及消亡。编辑ppt蛋白聚糖1.膜糖类的存在方式连接于膜蛋白和膜脂（形成糖脂、糖蛋白、蛋白聚糖）糖蛋白

糖脂糖基三、膜糖类位于膜的非胞质面（细胞的外侧面或细胞器的内腔面）

，功能是识别和保护。编辑ppt2.膜糖类的功能(1)形成“细胞外衣”（糖萼）-保护——真核细胞表面富含糖类的外围区域

与膜蛋白和膜脂相连的膜糖类 +黏附于膜上的糖蛋白和蛋白聚糖编辑pptABO血型糖蛋白结构差异所在(2)特异的糖基和规则的糖链排列-识别霍乱毒素被小肠上皮细胞识别编辑ppt三种膜脂分子共同特点是什么？1.都是亲水脂分子，即含有一个亲水末端（极性端）和一个疏水末端（非极性端）的分子。2.都有一定的流动性。3.在膜上的分布是不对称的。编辑ppt小分子物质大分子物质物质运输信息交流－细胞膜对于外界既是屏障（脂质双层）又是沟通中介（膜糖、膜蛋白）细胞膜的功能?识别，黏附接收和转导信号

组织构建（细胞连接）运动细胞连接编辑ppt第二节质膜主要功能之一：介导小分子穿膜运输掌握：1.膜运输蛋白的种类2.跨膜运输的机制和特点3.Na-K-ATP酶的工作原理4.离子通道的概念和主要离子通道的名称熟悉：1.Na+非依赖的葡萄糖运输转运体的工作模型2.Na+依赖的葡萄糖运输转运体的工作模型了解：1.Na-K-ATP酶的直接和间接效应2.运输蛋白超家族的概念3.钙泵和质子泵的主要功能4.水通道的概念编辑ppt（一）绝大多数小分子物质要由膜蛋白运输过膜不需要膜蛋白的作用，而自由透过生物膜的脂双层，这种跨膜运输形式称为单纯扩散。进行单纯扩散的物质不需要膜蛋白的帮助，也不消耗ATP，只靠膜两侧保持一定的浓度差就可以通过生物膜。一、穿膜运输的原理编辑ppt合成的脂双层能单纯扩散的（permeable）气体分子，如O2、N2、CO2疏水小分子，如苯不带电的极性小分子，如水、乙醇、尿素等。不能单纯扩散的（impermeable）不带电荷的极性小分子，如葡萄糖、氨基酸等。离子带电荷的非极性分子--疏水,--极性/不带电编辑ppt生物膜能允许多种物质通过这些物质由特殊的膜蛋白运输，称为膜运输蛋白（membranetransportproteins）。如葡萄糖、氨基酸、核苷酸、离子等。（二）膜运输蛋白分为转运体和通道两类

编辑ppt转运体蛋白(transporterprotein)通道蛋白(channelprotein)

与所运物质结合,然后自身构象改变将物质在膜另一侧释放。形成跨膜的充水通道,让所运物质通过。运输原理膜运输蛋白的分类编辑ppt各种离子、水离子、氨基酸、单糖、核苷酸等运输特点运输对象主动或被动运输,与所运物质互相作用较强，运输速度较慢。被动运输，与所运物质互相作用较弱，运输速度较快。膜运输蛋白的分类转运体蛋白(transporterprotein)通道蛋白(channelprotein)

编辑ppt浓度梯度转运体蛋白通道蛋白单纯扩散被运输物质被动运输主动运输膜运输蛋白的运输形式：主动运输和被动运输1.被动运输（易化扩散）

不需能量/所有通道蛋白和一部分转运体蛋白/帮助所运物质顺其电化学梯度跨越过膜＝下坡编辑ppt浓度梯度转运体蛋白通道蛋白单纯扩散被运输物质被动运输主动运输2.主动运输需消耗能量/转运体蛋白（泵）/将所运物质逆其电化学梯度泵运过膜＝上坡膜运输蛋白的运输形式：主动运输和被动运输编辑ppt转运体蛋白经历一次构象变化，先后交替地把所运物质与之结合的位点暴露于膜的两侧，从而完成运输。二、转运体蛋白介导的运输编辑ppt

1.与酶-底物反应类似与所运输物质有特异的结合位点，对所运物质有结合常数，结合可被竞争性抑制物阻断，但不改变被运输物的性质。（一）转运体蛋白介导运输的特点编辑ppt2.多种运输方式单一运输同向运输反向运输偶联运输转运体蛋白运输的几种形式编辑ppt转运体蛋白介导的被动运输浓度梯度不需要能量，顺物质的化学浓度梯度运输。编辑ppt转运体蛋白介导的主动运输转运体蛋白与一种能源相连，动物细胞中能源形式:

1.离子梯度驱动力—偶联转运体：

通过偶联运输使一种物质的“下坡”带动另一种物质的“上坡”2.

ATP驱动力—ATP驱动泵:

ATP水解提供能量偶联转运体ATP驱动泵电化学梯度编辑ppt（二）单一转运体特异地运输一种或一类分子（葡萄糖等亲水小分子）的转运体蛋白称为单一转运体，特点是顺浓度梯度被动运输物质，不消耗能量，如葡萄糖运输转运体GLUT。编辑ppt（三）偶联转运体利用一种物质的电化学梯度中储存的能量来运输另一种物质的转运体称为偶联转运体，两种物质可以同向或反向运输。编辑ppt1.Na+梯度驱动的同向运输转运体摄入葡萄糖构象A:结合位点向胞外侧开放,葡萄糖和Na+结合于各自位点。Na+顺其电化学梯度，糖逆其电化学梯度。构象B:载体经历构象变化,结合位点向胞质侧开放,葡萄糖和Na+离开各自位点,由此两者被运入细胞。糖经历主动运输,能量来自Na+梯度。编辑ppt主动运输被动运输肠腔小肠上皮细胞上皮下的组织间隙小肠上皮细胞顶面Na+驱动的同向偶联葡萄糖运输转运体小肠上皮细胞底侧面不依赖Na+的葡萄糖单一运输转运体小肠上皮细胞的吸收功能依靠两类不同的转运体蛋白编辑ppt葡萄糖单一运输方式:被动运输(大多数细胞从细胞外摄取葡萄糖的方式)葡萄糖同向运输方式:主动运输（肠道、肾脏上皮细胞）细胞通过转运体蛋白摄取葡萄糖的不同方式编辑ppt

许多载体蛋白依赖Na+离子梯度驱动力完成主动运输,那么Na+离子梯度又是如何建立起来并得到维持的呢?Na+离子不停地进入细胞,怎样把它们送回细胞外呢?编辑ppt1.Na+-K+泵存在于几乎所有动物细胞膜上,利用ATP水解供应能量,建立和维持细胞内外的Na+梯度。又称Na+-K+ATP酶。(四)ATP驱动泵保障了大多数离子的跨膜浓度差

TheNobelPrizeinChemistry1997

JensC.Skou

编辑ppt钠-钾离子泵吸钾排钠1/3~2/3细胞能量耗费于此!Na+和K+逆电化学梯度运输!3个Na+出细胞2个K+入细胞Na+电化学梯度K+电化学梯度编辑ppt

胞质侧胞外侧Na+

-K+泵工作原理1.细胞内的Na+结合至催化亚基。2.ATP水解成ADP,催化亚基被磷酸化。3.催化亚基构象变化,Na+被运出细胞。胞外侧胞质侧编辑pptNa+

-K+泵工作原理

胞质侧4.细胞外的K+结合至催化亚基。5.催化亚基去磷酸化。6.催化亚基构象恢复,K+被运入细胞。胞外侧编辑pptNa+-K+泵作用的直接效应建立和维持细胞外高钠、细胞内高钾的特殊离子梯度。编辑pptNa+-K+泵作用的间接效应通过维持Na+梯度：维持渗透压平衡,调节细胞容积。使细胞内外离子的数量平衡2.保证一些物质的主动运输所需能量

离子梯度驱动力—偶联转运体3.参与形成内负外正的膜电位

3个Na+出、2个K+入

编辑ppt2.钙泵、质子泵溶酶体膜上的质子泵依靠ATP供能来维持溶酶体内的酸性环境钙泵维持内质网中高钙浓度，与肌肉细胞收缩有关。编辑ppt（五）ABC运输蛋白超级家族各种运输ATP酶同属于ABC运输蛋白超级家族，因为结构中都含2个ATP结合匣（ATPBindingCassette）。与医学密切相关的例子：肿瘤细胞膜多药耐药蛋白(MDR)-在肿瘤细胞膜上过度表达,泵出各种药物,造成耐药。编辑ppt通道蛋白形成贯穿膜层的充水孔道，让所运物质顺其电化学梯度通过。所运物质主要是离子和水，因此又叫离子通道或水通道。离子通道（ionchannel）是神经冲动传导，肌肉收缩和蛋白质分泌等生理过程的基础。三、通道蛋白介导的运输TheNobelPrizeinChemistry2003编辑ppt(一)通道蛋白介导运输的特点1.选择性：种类、带电性、大小2.门控性：受跨膜电压、机械刺激、信号分子的调控3.被动运输，不需要消耗能量。4.速率很高

编辑ppt（二）离子通道

K+通道与静息电位（略）

Na+通道与动作电位（略）

乙酰胆碱受体与神经肌接头的化学-电信号转换（信号分子）编辑ppt乙酰胆碱受体与神经肌接头（运动神经元与骨骼肌之间的特化突触）的化学-电信号转换神经细胞肌肉细胞乙酰胆碱（神经递质）乙酰胆碱受体（通道蛋白）静息状态，通道关闭受体激活，通道开放，Na+内流，肌肉细胞收缩突触小泡编辑ppt（三）2水通道（aquaporin，AQP）又叫水孔蛋白大多数水是直接通过脂双层进入细胞的，但需要快速运输大量水时需要通过水通道蛋白，它能够让水自由通过，但是不允许离子或是其他的小分子通过。快速运输水的通道蛋白，肾脏、大脑、晶状体分布特别多。编辑ppt血管加压素肾小管哺乳动物肾脏对尿液的重吸收水孔蛋白（水通道）水孔蛋白（水通道）编辑ppt水孔蛋白（水通道）水孔蛋白（水通道）哺乳动物肾脏对尿液的重吸收编辑ppt请比较小肠上皮细胞的两类葡萄糖运输蛋白运输方式名称存在部位运输能量作用Na+驱动的同向葡萄糖运输蛋白不依赖Na+的葡萄糖运输蛋白小肠上皮细胞顶面小肠上皮细胞底侧面同向偶联运输Na+和葡萄糖Na+梯度驱动力不需要单一运输葡萄糖将葡萄糖逆浓度主动运输至细胞内，是小肠上皮细胞从肠腔吸收营养的方式。将葡萄糖顺浓度被动运输至上皮下间质，是小肠上皮细胞将营养输送到全身的方式。编辑ppt请比较“Na+驱动的同向运输转运体”和“Na+-K+泵”运输方式名称存在部位运输能量作用Na+驱动的同向运输转运体Na+-K+泵小肠或肾小管上皮细胞膜等所有动物细胞膜同向偶联运输Na+和其它物质Na+梯度驱动力ATP反向偶联运输Na+和K+将其它物质逆浓度主动运输至细胞内。建立和维持细胞外高钠、细胞内高钾的特殊离子梯度。编辑ppt细胞膜的物质运输机制和类型运输机制运输类型特点运输物质小分子和离子的运输大分子及颗粒的运输主动运输膜泡运