細(xì)胞生物學(xué)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

關(guān)于細(xì)胞生物學(xué)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)?頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五本章主要內(nèi)容第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)诙?jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)第三節(jié)胞吞作用與胞吐作用第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)?頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五一、脂雙層的不透性和膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白二、被動(dòng)運(yùn)輸三、主動(dòng)運(yùn)輸?shù)谝还?jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)?頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五一、脂雙層的不透性和膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1、通過脂雙層膜的轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸運(yùn)輸方式：自由擴(kuò)散決定通透性大小的主要因素分子的大小和極性第4頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五2、細(xì)胞內(nèi)外離子差別機(jī)制（1）脂雙分子層具有疏水性脂溶性、小的不帶電荷的極性分子能直接通過；對(duì)大多數(shù)溶質(zhì)和離子高度不通透。（2）細(xì)胞膜上具有膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)?頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五3、膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白載體蛋白通道蛋白第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白——載體蛋白具有轉(zhuǎn)運(yùn)的特異性，與特定的溶質(zhì)分子結(jié)合，通過構(gòu)象改變介導(dǎo)溶質(zhì)分子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)具有酶的特點(diǎn)：具有飽和度、被競(jìng)爭(zhēng)抑制、抑制劑抑制，對(duì)被轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)不做任何修飾。既能介導(dǎo)主動(dòng)運(yùn)輸又能介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白——通道蛋白不與被轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)結(jié)合，形成跨膜的親水通道；非選擇性的通道蛋白：允許適宜大小的分子和帶電離子通過具有選擇性的通道蛋白—離子通道特征：有離子選擇性；轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；沒有飽和值；門控通道只介導(dǎo)被動(dòng)運(yùn)輸?shù)?頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五門控通道電壓門配體門應(yīng)力激活通道第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)?頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸二、被動(dòng)運(yùn)輸指物質(zhì)順濃度梯度或電化學(xué)梯度的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。不需要消耗代謝能量。包括簡(jiǎn)單擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散兩種方式.第8頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五1、簡(jiǎn)單擴(kuò)散簡(jiǎn)單擴(kuò)散：沒有膜蛋白的協(xié)助，沿濃度梯度的物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式不需要提供代謝能量；通透性主要取決于分子的大小和分子的極性。主要轉(zhuǎn)運(yùn)疏水的小分子、小的不帶電荷的極性分子。第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)?頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五水孔蛋白（水通道蛋白aquaporin,AQP—2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)）一般認(rèn)為AQP是處于持續(xù)開放狀態(tài)的對(duì)水分子高度特異的膜通道蛋白。水分子的轉(zhuǎn)運(yùn)不需要消耗能量，也不受門控機(jī)制影響。水分子通過AQP的移動(dòng)方向完全由膜兩側(cè)的滲透壓決定。水通道蛋白廣泛表達(dá)于體液代謝活躍的組織細(xì)胞，在體內(nèi)液體轉(zhuǎn)運(yùn)生理和病理中起主要作用。第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)?0頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五2、協(xié)助擴(kuò)散不消耗物質(zhì)代謝產(chǎn)生的能量。膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：通道蛋白、載體蛋白具有轉(zhuǎn)運(yùn)的特異性提高了物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)速率主要轉(zhuǎn)運(yùn)各種極性分子和無機(jī)離子。第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸被動(dòng)運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)果是使膜兩側(cè)物質(zhì)的濃度趨于相同。第11頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五三、主動(dòng)運(yùn)輸1、概念：由膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)，逆濃度差，需要消耗代謝能量的物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式。膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白：載體蛋白具有轉(zhuǎn)運(yùn)特異性、轉(zhuǎn)運(yùn)最大速率消耗代謝能量第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)?2頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五2、主動(dòng)運(yùn)輸類型直接消耗ATP的主動(dòng)運(yùn)輸：ATP驅(qū)動(dòng)泵，通過水解ATP獲得能量；間接消耗ATP的協(xié)同運(yùn)輸：耦聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白—能同時(shí)轉(zhuǎn)運(yùn)兩種不同溶質(zhì)，所利用的能量?jī)?chǔ)存在一種溶質(zhì)的電化學(xué)梯度中。光驅(qū)動(dòng)泵：利用光能運(yùn)輸物質(zhì)，見于細(xì)菌。第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)?3頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)ATP驅(qū)動(dòng)泵偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白介導(dǎo)的協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)第14頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)一、ATP驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)運(yùn)輸1、特點(diǎn)：都需要水解ATP提供能量參與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白常被稱為泵推動(dòng)此類運(yùn)輸?shù)牡鞍踪|(zhì)本身都是ATPase2、ATP驅(qū)動(dòng)泵的類型P-型離子泵V-型質(zhì)子泵F-型質(zhì)子泵ABC超家族：只轉(zhuǎn)運(yùn)離子主要轉(zhuǎn)運(yùn)小分子第15頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)（1）P型泵通過自身磷酸化來轉(zhuǎn)運(yùn)離子的離子泵就叫做P-type2個(gè)獨(dú)立的α催化亞基，具有ATP結(jié)合位點(diǎn)，2個(gè)小的β亞基，通常起調(diào)節(jié)作用，在對(duì)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)循環(huán)中依賴自磷酸化過程，導(dǎo)致構(gòu)象的變化，實(shí)現(xiàn)離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。Na+-K+泵、鈣泵、P型質(zhì)子泵Na+-K+泵工作原理第16頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)Na+-K+泵存在于動(dòng)物細(xì)胞的細(xì)胞膜上植物細(xì)胞、真菌和細(xì)菌質(zhì)膜上沒有Na+-K+泵，而是具有H+泵鈣泵主要存在于細(xì)胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，可以將鈣離子輸出細(xì)胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，以維持細(xì)胞內(nèi)低濃度的鈣；細(xì)胞膜上的鈣泵活性受激活的Ca2+-鈣調(diào)蛋白（CAM）復(fù)合物的調(diào)節(jié)，另外，蛋白激酶c也可以激活鈣泵。Na+-K+泵的生物學(xué)意義維持了Na+和K+在細(xì)胞內(nèi)外的濃度，形成細(xì)胞膜跨膜電位，Na+的濃度梯度能夠儲(chǔ)存能量，驅(qū)動(dòng)某些物質(zhì)運(yùn)輸。維持動(dòng)物細(xì)胞的滲透平衡第17頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)（2）V-型質(zhì)子泵和F-型質(zhì)子泵只轉(zhuǎn)運(yùn)質(zhì)子，不形成磷酸化中間體V-型質(zhì)子泵又稱膜泡質(zhì)子泵，存在于胞內(nèi)體、溶酶體、液泡等膜上，逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)H+F-型質(zhì)子泵存在于細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜和葉綠體類囊體膜上，順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)H+，同時(shí)驅(qū)動(dòng)ATP的合成。第18頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)3、ABC型泵ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器（ABCtransporter），最早發(fā)現(xiàn)于細(xì)菌，屬于一個(gè)龐大而多樣的蛋白家族，每個(gè)成員都含有兩個(gè)高度保守的ATP結(jié)合區(qū)（ATPbindingcassette）故名ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器。每一種轉(zhuǎn)運(yùn)器只轉(zhuǎn)運(yùn)一種或一類底物，但是其蛋白家族中具有能轉(zhuǎn)運(yùn)離子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白質(zhì)的成員,ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器還可催化脂雙層的脂類在兩層之間翻轉(zhuǎn)，在膜的發(fā)生和功能維護(hù)上具有重要的意義。第19頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五二、協(xié)同運(yùn)輸是一類由Na+-K+泵或H+泵與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式。物質(zhì)跨膜運(yùn)動(dòng)所需要的直接能量來自膜兩側(cè)離子的電化學(xué)濃度梯度維持電化學(xué)勢(shì)的是鈉鉀泵或質(zhì)子泵。Animalcells-----Sodiumions(Na+/K+ATPase)

Plant,bacterium-----Protons(H+ATPase)第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)

Sugars,aminoacids,andotherorganicmoleculesintocells第20頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五GlucoseNa+H+Na+同向協(xié)同—共運(yùn)輸：逆向協(xié)同—對(duì)向運(yùn)輸：第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)第21頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五第22頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五光能驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)運(yùn)輸細(xì)菌的視紫紅質(zhì)質(zhì)子泵：細(xì)菌視紫紅質(zhì)是細(xì)胞質(zhì)膜上能被光線激活的蛋白質(zhì)，當(dāng)其被光激活時(shí)，就能引起整個(gè)分子的構(gòu)型發(fā)生變化，導(dǎo)致兩個(gè)H+從細(xì)胞內(nèi)運(yùn)送到細(xì)胞外。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)第23頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五第三節(jié)胞吞胞吐作用大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式，膜的融合需要消耗能量，屬于主動(dòng)運(yùn)輸。第24頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五胞吞作用胞飲作用：吞入的是液體或溶解物，胞吞泡比較??；連續(xù)攝入的過程；大多數(shù)細(xì)胞都能進(jìn)行，需要網(wǎng)格蛋白的參與。吞噬作用：吞入的通常是較大的顆粒性物質(zhì)，胞吞泡較大；是一個(gè)信號(hào)觸發(fā)的過程；只有幾種特化的細(xì)胞具有此功能，需要微絲及其結(jié)合蛋白的參與。第三節(jié)胞吞胞吐作用第25頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五網(wǎng)格蛋白有被小泡的形成第三節(jié)胞吞胞吐作用第26頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五受體介導(dǎo)的胞吞作用根據(jù)胞吞的物質(zhì)是否有專一性，可分為受體介導(dǎo)的胞吞作用和非特異性的胞吞作用受體介導(dǎo)的胞吞作用是一種特殊類型的胞吞作用,主要用于攝取特殊的生物大分子,是一種選擇濃縮機(jī)制。第三節(jié)胞吞胞吐作用第27頁，共31頁，2022年，5月20日，23點(diǎn)28分，星期五受體介導(dǎo)的胞吞作用（P121）——胞內(nèi)體在胞吞作用過程中，胞內(nèi)體被認(rèn)為是膜泡運(yùn)輸?shù)闹饕诌x站之一，其中的酸性環(huán)境起主要作用。胞內(nèi)體：動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)由膜包圍的細(xì)胞器，其作用是傳輸由胞吞作用新攝入的物質(zhì)到溶酶體降解。不同的受體具有不同的胞內(nèi)體分選