物質(zhì)跨膜運(yùn)輸

關(guān)于物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)?頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)诙?jié)離子泵和協(xié)調(diào)運(yùn)輸?shù)谌?jié)胞吞與胞吐作用第2頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸脂雙層的不透性和膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白被動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)?頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞內(nèi)的外的離子差別分布主要由兩種機(jī)制所調(diào)控：一是取決于一套特殊的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性；一是取決于質(zhì)膜本身的脂雙層所具有的疏水性特征。第4頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月?lián)烙?jì)細(xì)胞膜上與物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)的蛋白占核基因編碼蛋白的15-30%，細(xì)胞用在物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方面的能量達(dá)細(xì)胞總消耗能量的2/3。第5頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月概念：被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）是通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)散或協(xié)助擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)物質(zhì)由高濃度向低濃度方向的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。特點(diǎn)：運(yùn)輸方向；跨膜動(dòng)力；能量消耗；膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。類(lèi)型：簡(jiǎn)單擴(kuò)散（simplediffusion）協(xié)助擴(kuò)散（facilitateddiffusion）第6頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、簡(jiǎn)單擴(kuò)散概念：又稱(chēng)為自由擴(kuò)散（freediffusion），是疏水小分子或小的不帶電荷的極性分子，不需要能量也不需要膜蛋白參與的跨膜運(yùn)輸方式。特點(diǎn)：①沿濃度梯度（或電化學(xué)梯度）擴(kuò)散；②不需要提供能量；③沒(méi)有膜蛋白的協(xié)助。

某種物質(zhì)對(duì)膜的通透性（P）可以根據(jù)它在水和油中的分配系數(shù)（K）及擴(kuò)散系數(shù)（D）來(lái)計(jì)算：P=KD/t（t為膜的厚度）第7頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第8頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、協(xié)助擴(kuò)散

概念：也稱(chēng)促進(jìn)擴(kuò)散，是極性分子和無(wú)機(jī)離子在膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白協(xié)助下順濃度梯度（或電化學(xué)梯度）的跨膜運(yùn)輸。特點(diǎn)：①比自由擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；②運(yùn)輸速率同物質(zhì)濃度成非線性關(guān)系；③特異性；飽和性。載體（膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）：載體蛋白和通道蛋白兩種類(lèi)型。

第9頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）載體蛋白（carrierprotein）載體蛋白（carrierprotein）是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶質(zhì)分子結(jié)合，通過(guò)構(gòu)象改變介導(dǎo)溶質(zhì)的主動(dòng)和被動(dòng)跨膜運(yùn)輸。第10頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）通道蛋白（channelprotein）概念：通道蛋白（channelprotein）是橫跨質(zhì)膜的選擇性通道，允許適當(dāng)大小的分子和帶電荷的離子順梯度通過(guò)，又稱(chēng)為離子通道。對(duì)離子的選擇性依賴(lài)于離子通道的直徑和形狀，以及依賴(lài)于通道內(nèi)襯帶電荷氨基酸的分布。有些通道蛋白長(zhǎng)期開(kāi)放，如鉀泄漏通道；有些通道蛋白平時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，僅在特定刺激下才打開(kāi)，又稱(chēng)為門(mén)通道（gatedchannel）。主要有4類(lèi)：配體門(mén)通道電位門(mén)通道環(huán)核苷酸門(mén)通道、機(jī)械門(mén)通道。第11頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月IonChannels第12頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、配體門(mén)通道(ligandgatedchannel)特點(diǎn)：受體與細(xì)胞外的配體結(jié)合，引起門(mén)通道蛋白發(fā)生構(gòu)象變化，“門(mén)”打開(kāi)。又稱(chēng)離子通道型受體。?？煞譃殛?yáng)離子通道，如乙酰膽堿、谷氨酸和五羥色胺受體，和陰離子通道，如甘氨酸和γ－氨基丁酸受體。。Ach受體是由4種不同的亞單位組成的5聚體蛋白質(zhì)，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)為α2βγδ的梅花狀通道樣結(jié)構(gòu)，其中的兩個(gè)α亞單位是同兩分子Ach相結(jié)合的部位。第13頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Nicotinicacetylcholinereceptor第14頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第15頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、電位門(mén)通道(voltagegatedchannel)特點(diǎn)：細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞外特異離子濃度或電位發(fā)生變化時(shí)，致使其構(gòu)象變化，“門(mén)”打開(kāi)。K+電位門(mén)有四個(gè)亞單位，每個(gè)亞基有6個(gè)跨膜α螺旋(S1-S6)，N和C端均位于胞質(zhì)面。連接S5-S6段的發(fā)夾樣β折疊(P區(qū)或H5區(qū))，構(gòu)成通道的內(nèi)襯，大小可允許K+通過(guò)。K+通道具有三種狀態(tài)：開(kāi)啟、關(guān)閉和失活。目前認(rèn)為S4段是電壓感受器。Na+、K+、Ca2+三種電位門(mén)通道結(jié)構(gòu)相似，在進(jìn)化上是由同一個(gè)遠(yuǎn)祖基因演化而來(lái)。第16頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ion-channellinkedreceptorsinneurotransmission神經(jīng)肌肉接點(diǎn)由Ach門(mén)控通道開(kāi)放而出現(xiàn)終板電位時(shí)，可使肌細(xì)胞膜中的電位門(mén)Na+通道和K+通道相繼激活，出現(xiàn)動(dòng)作電位；引起肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+通道打開(kāi)，Ca2+進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，引發(fā)肌肉收縮。第17頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、環(huán)核苷酸門(mén)通道

如氣味分子與化學(xué)感受器中的G蛋白偶聯(lián)型受體結(jié)合，可激活腺苷酸環(huán)化酶，產(chǎn)生cAMP，開(kāi)啟cAMP門(mén)控陽(yáng)離子通道，引起鈉離子內(nèi)流，膜去極化，產(chǎn)生神經(jīng)沖動(dòng)，最終形成嗅覺(jué)或味覺(jué)。第18頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、機(jī)械門(mén)通道感受摩擦力、壓力、牽拉力、重力、剪切力等。細(xì)胞將機(jī)械刺激的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電化學(xué)信號(hào)，引起細(xì)胞反應(yīng)的過(guò)程稱(chēng)為機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（mechanotransduction）。5、水通道水?dāng)U散通過(guò)人工膜的速率很低，人們推測(cè)膜上有水通道。2003年Agre與離子通道的研究者M(jìn)acKinnon同獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。目前在人類(lèi)細(xì)胞中已發(fā)現(xiàn)的此類(lèi)蛋白至少有11種，被命名為水通道蛋白（Aquaporin，AQP）。第19頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月#載體蛋白與通道蛋白1載體蛋白：廣泛存在；多次跨膜蛋白；通過(guò)改變構(gòu)象實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸。特點(diǎn)：①特異性；②類(lèi)似于E的底物作用的飽和動(dòng)力曲線；③可被類(lèi)似物競(jìng)爭(zhēng)性或非競(jìng)爭(zhēng)性抑制。與E不同的是：可改變平衡點(diǎn)，不共價(jià)修飾底物。2通道蛋白：不需與溶質(zhì)分子結(jié)合；橫跨膜形成親水通道。大多與離子轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)，又稱(chēng)為離子通道。特點(diǎn)：①具有離子選擇性；②大多通道為門(mén)控型。第20頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第21頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)離子泵和協(xié)同運(yùn)輸

P-型離子泵

V-型離子泵和F-型離子泵

協(xié)同運(yùn)輸

離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)與膜電位（自學(xué)）第22頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）是指由載體蛋白介導(dǎo)的物質(zhì)逆濃度梯度（或化學(xué)梯度）的由濃度低的一側(cè)向濃度高的一側(cè)的跨膜運(yùn)輸方式。主動(dòng)運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是：①逆濃度梯度（逆化學(xué)梯度）運(yùn)輸；②需要能量；③都有載體蛋白。主動(dòng)運(yùn)輸所需的能量來(lái)源主要有：①ATP驅(qū)動(dòng)的泵通過(guò)水解ATP獲得能量；②協(xié)同運(yùn)輸中的離子梯度動(dòng)力；③光驅(qū)動(dòng)的泵利用光能運(yùn)輸物質(zhì)，見(jiàn)于細(xì)菌。第23頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第24頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、ATP直接提供能量驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)運(yùn)輸鈉鉀泵（Na+-K+

-ATP酶）鈣泵（Ca2+-ATP酶）質(zhì)子泵：P-型質(zhì)子泵、V-型質(zhì)子泵、H+-ATP酶（或F–型）第25頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月１、鈉鉀泵構(gòu)成：由2個(gè)大亞基、2個(gè)小亞基組成的4聚體，實(shí)際上就是Na+-K+ATP酶，分布于動(dòng)物細(xì)胞的質(zhì)膜。鈉鉀泵結(jié)構(gòu)

第26頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第27頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鈉鉀泵作用機(jī)制第28頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Na+-K+ATPpumpcancatalyzetheformationofATPunderlaboratorycondition第29頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月鈉鉀泵對(duì)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)循環(huán)依賴(lài)自磷酸化過(guò)程（ATP上的一個(gè)磷酸基團(tuán)轉(zhuǎn)移到鈉鉀泵的一個(gè)天冬氨酸殘基上，導(dǎo)致構(gòu)象變化），所以這類(lèi)離子泵叫做P-type。Na+-K+泵的作用：①維持細(xì)胞的滲透性，保持細(xì)胞的體積；②維持低Na+高K+的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境；③維持細(xì)胞的靜息膜電位。地高辛、烏本苷等強(qiáng)心劑抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助提高于其活性。第30頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月２、鈣離子泵作用：維持細(xì)胞內(nèi)較低的鈣離子濃度（細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度10-7M，細(xì)胞外10-3M）。位置：質(zhì)膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。類(lèi)型：P型離子泵，其原理與鈉鉀泵相似，每分解一個(gè)ATP分子，泵出2個(gè)Ca2+。位于肌質(zhì)網(wǎng)上的鈣離子泵占肌質(zhì)網(wǎng)膜蛋白質(zhì)的90%。鈉鈣交換器（Na+-Ca2+exchanger），屬于反向協(xié)同運(yùn)輸體系，通過(guò)鈉鈣交換來(lái)轉(zhuǎn)運(yùn)鈣離子。第31頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ca++ATPaseMaintainslowcytosolic[Ca++]PresentInPlasmaandERmembranesModelformodeofactionforCa++ATPase Conformationchange第32頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、P-type：利用ATP自磷酸化發(fā)生構(gòu)象的改變來(lái)轉(zhuǎn)移質(zhì)子，如植物細(xì)胞膜上的H+泵、動(dòng)物胃表皮細(xì)胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。2、V-type：存在于各類(lèi)小泡(vacuole)膜上，由許多亞基構(gòu)成，水解ATP產(chǎn)生能量，但不發(fā)生自磷酸化，位于溶酶體膜、胞內(nèi)體、植物液泡膜上。3、F-type：是由許多亞基構(gòu)成的管狀結(jié)構(gòu)，利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)合成ATP，也叫ATP合酶，位于細(xì)菌質(zhì)膜，線粒體內(nèi)膜和葉綠體的類(lèi)囊體膜上。３、質(zhì)子泵第33頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ATP-poweredpumps第34頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月協(xié)同運(yùn)輸（cotransport）是一類(lèi)靠間接提供能量完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式。物質(zhì)跨膜運(yùn)動(dòng)所需要的能量來(lái)自膜兩側(cè)離子的電化學(xué)濃度梯度，而維持這種電化學(xué)勢(shì)的是鈉鉀泵或質(zhì)子泵。動(dòng)物細(xì)胞中常常利用膜兩側(cè)Na+濃度梯度來(lái)驅(qū)動(dòng)，植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H+濃度梯度來(lái)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子沿濃度梯度的轉(zhuǎn)移方向，協(xié)同運(yùn)輸又可分為：同向協(xié)同（symport）與反向協(xié)同（antiport）。

概念：協(xié)同運(yùn)輸（cotransport）是指一種物質(zhì)的運(yùn)輸伴隨另一種物質(zhì)的運(yùn)輸。它是一類(lèi)靠間接提供能量完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式。能量：鈉鉀泵或質(zhì)子泵通過(guò)消耗ATP產(chǎn)生膜兩側(cè)的電化學(xué)濃度梯度，驅(qū)動(dòng)協(xié)同運(yùn)輸?shù)倪M(jìn)行。

動(dòng)物細(xì)胞中常常利用膜兩側(cè)Na+濃度梯度來(lái)驅(qū)動(dòng)，植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H+濃度梯度來(lái)驅(qū)動(dòng)。類(lèi)型：共運(yùn)輸（同向協(xié)同（symport））對(duì)運(yùn)輸（反向協(xié)同（antiport））二、ATP間接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸?shù)?5頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、同向協(xié)同（symport）物質(zhì)運(yùn)輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相同。如小腸細(xì)胞對(duì)葡萄糖的吸收伴隨著Na+的進(jìn)入。在某些細(xì)菌中，乳糖的吸收伴隨著H+的進(jìn)入。2、反向協(xié)同（antiport）物質(zhì)跨膜運(yùn)動(dòng)的方向與離子轉(zhuǎn)移的方向相反，如動(dòng)物細(xì)胞常通過(guò)Na+/H+反向協(xié)同運(yùn)輸?shù)姆绞絹?lái)轉(zhuǎn)運(yùn)H+，以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的PH值。還有一種機(jī)制是Na+驅(qū)動(dòng)的Cl--HCO3-交換，即Na+與HCO3-的進(jìn)入伴隨著Cl-和H+的外流，如存在于紅細(xì)胞膜上的帶3蛋白。

第36頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Glucoseisabsorbedbysymport第37頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月補(bǔ)充：物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸和膜電位(了解）膜電位：細(xì)胞膜兩側(cè)各種帶電物質(zhì)形成的電位差的總和。靜息電位（restingpotential）：細(xì)胞在靜息狀態(tài)下的膜電位。動(dòng)作電位（activepotential）：細(xì)胞在刺激作用下的膜電位。極化：在靜息電位狀態(tài)下，質(zhì)膜內(nèi)為負(fù)值，外為正值的現(xiàn)象。去極化：由于離子的跨膜運(yùn)輸使膜的靜息電位減小或者消失。反極化：離子的跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致瞬間內(nèi)正外負(fù)的動(dòng)作電位的現(xiàn)象。超極化：離子的跨膜運(yùn)輸導(dǎo)致靜息電位超過(guò)原來(lái)的值。第38頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)胞吞和胞吐作用

一胞吞作用二受體介導(dǎo)的胞吞作用三胞吐作用四穿胞運(yùn)輸五胞內(nèi)膜泡運(yùn)輸?shù)?9頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月真核細(xì)胞通過(guò)胞吞作用（endocytosis）和胞吐作用（exocytosis）完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸。在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，質(zhì)膜內(nèi)陷，形成包圍細(xì)胞外物質(zhì)的囊泡，因此又稱(chēng)膜泡運(yùn)輸,又稱(chēng)批量運(yùn)輸（bulktransport）。根據(jù)物質(zhì)的運(yùn)輸方向分為：胞吞作用（endocytosis）胞吐作用（exocytosis）第40頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一胞吞作用概念：胞吞作用通過(guò)細(xì)胞膜內(nèi)陷形成囊泡（胞吞泡）,將外界物質(zhì)裹進(jìn)并輸入細(xì)胞的過(guò)程。類(lèi)型：吞噬作用（phagocytosis）胞飲作用（pinocytosis）

第41頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞內(nèi)吞較大的固體顆粒物質(zhì)，如細(xì)菌、細(xì)胞碎片等，稱(chēng)為吞噬作用。1、吞噬作用第42頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：胞吞物為大分子和顆粒物質(zhì)；形成的胞吞泡大（直徑大于250nm）；信號(hào)觸發(fā)過(guò)程；微絲和結(jié)合蛋白。作用：防御侵染和垃圾清除工。第43頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞吞入液體或極小的顆粒物質(zhì)。2、胞飲作用第44頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：胞吞物為液體和溶質(zhì)；形成的胞吞泡?。ㄖ睆叫∮?50nm）；連續(xù)發(fā)生的過(guò)程；網(wǎng)格蛋白和結(jié)合素蛋白。有被小泡胞吞泡的形成：配體和受體結(jié)合網(wǎng)格蛋白聚集有被小窩去被的囊泡和胞內(nèi)體融合第45頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月胞飲作用和吞噬作用的區(qū)別特征物質(zhì)胞吞泡的大小轉(zhuǎn)運(yùn)方式胞吞泡形成機(jī)制胞飲作用溶液小于150nm連續(xù)的過(guò)程網(wǎng)格蛋白和接合素蛋白吞噬作用大顆粒大于250nm受體介導(dǎo)

微絲和結(jié)合蛋白信號(hào)觸發(fā)過(guò)