細胞生物學(xué)第五章物質(zhì)的跨膜運輸

第五章物質(zhì)的跨膜運輸MembraneTransport1整理ppt了解：膜轉(zhuǎn)運蛋白的類別和特點、胞飲作用與吞噬作用。掌握：被動運輸與主動運輸?shù)奶攸c、4類ATP驅(qū)動泵的特點、受體介導(dǎo)的胞吞作用。重點：被動運輸與主動運輸?shù)奶攸c、離子泵、受體介導(dǎo)的胞吞作用。難點：組成型胞吐作用和調(diào)節(jié)性胞吐作用的特點。2整理ppt3整理ppt第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸4整理ppt脂雙層的不透性-屏障barrier脂溶性分子和小的不帶電荷的分子高度不透：大多數(shù)溶質(zhì)分子、離子

5整理ppt6整理ppt黑膜試驗7整理ppt不同分子通過無膜蛋白的人工脂雙層8整理ppt細胞內(nèi)外離子差異分布兩種機制：一套特殊的膜轉(zhuǎn)運蛋白的活性。質(zhì)膜本身的脂雙層所具有的疏水性特征。9整理ppt膜轉(zhuǎn)運蛋白載體蛋白〔carrierprotein〕結(jié)合部位相適合通道蛋白〔channelprotein〕溶質(zhì)大小和電荷10整理ppt載體蛋白(carrierprotein)被動轉(zhuǎn)運〔passive〕順濃度梯度或電化學(xué)梯度主動運輸〔active〕逆濃度梯度或電化學(xué)梯度通道蛋白(channelprotein)被動轉(zhuǎn)運11整理ppt載體蛋白〔carrierprotein〕載體蛋白是在生物膜上普遍存在的屢次跨膜蛋白分子?？梢院吞囟ǖ娜苜|(zhì)分子結(jié)合，通過構(gòu)象改變介導(dǎo)溶質(zhì)的主動和被動跨膜運輸。紅細胞膜上的葡萄糖轉(zhuǎn)運12整理ppt通道蛋白〔channelprotein〕通道蛋白是橫跨質(zhì)膜的親水性通道，允許適當大小的分子和帶電荷的離子順梯度通過，又稱為離子選擇性通道〔ion-selectivechannel〕。特征：一離子通道具有選擇性、極高的轉(zhuǎn)運速率；二離子通道沒有飽和值；三離子通道是門控的。 13整理ppt14整理ppt15整理ppt機制在膜上特異性刺激控制下，閘門短暫地開放，隨即關(guān)閉。配體門通道：小分子-構(gòu)象電壓門通道：跨膜電位變化應(yīng)力激活通道：應(yīng)力改變構(gòu)象-電信號內(nèi)耳聽覺毛細胞16整理ppt17整理ppt電壓門通道voltage-gatedionchannels18整理ppt

應(yīng)力激活通道stressactivatedionchannel19整理ppt被動運輸與主動運輸20整理ppt被動運輸〔passivetransport〕：通過簡單擴散或協(xié)助擴散實現(xiàn)物質(zhì)由高濃度向低濃度的跨膜轉(zhuǎn)運。轉(zhuǎn)運的動力來自物質(zhì)的濃度梯度，不需要細胞提供代謝能量。21整理ppt㈠簡單擴散〔simplediffusion〕/被動擴散

影響因素：分子量越小脂溶性越強非極性比極性分子過脂雙層膜速率越快特點：①沿濃度梯度擴散高-低②不需要提供能量③不需要膜蛋白協(xié)助22整理ppt〔二〕水孔蛋白：水分子的跨膜通道23整理ppt24整理ppt水孔蛋白〔aquaporin，AQP〕由4個亞基組成的四聚體，每個亞基都有6個跨膜α螺旋組成水分子快速跨膜運動的通道25整理ppt26整理ppt〔三〕協(xié)助擴散極性分子和無機離子，如糖、氨基酸、核苷酸以及細胞代謝物等順其濃度梯度或電化學(xué)梯度的跨膜轉(zhuǎn)運，該過程不需要細胞提供能量。特異性的膜轉(zhuǎn)運蛋白“協(xié)助〞27整理ppt特點：①轉(zhuǎn)運速率高；②運輸速率同物質(zhì)濃度成非線性關(guān)系；③特異性；④飽和性。載體：離子載體、通道蛋白。28整理ppt29整理ppt葡萄糖載體〔glucosetransporter，GLUT〕高度同源的氨基酸序列，12次跨膜的α螺旋絲氨酸〔Ser〕、蘇氨酸〔Thr〕、天冬氨酸〔Asp〕、谷氨酸〔Glu〕30整理ppt31整理ppt32整理ppt載體蛋白介導(dǎo)的被動轉(zhuǎn)運(協(xié)助擴散)⑴特點——類似于酶-底物反響①結(jié)合溶質(zhì)分子具有特異性②結(jié)合溶質(zhì)分子具有飽和性到達飽和狀態(tài)時轉(zhuǎn)運速率最大(Vmax)③每種載體對各自溶質(zhì)均有一結(jié)合常數(shù)(Km)即V＝1／2Vmax時溶質(zhì)的濃度④結(jié)合可被競爭性或非競爭性抑制劑阻斷不同點:載體蛋白對被轉(zhuǎn)運溶質(zhì)無共價修飾可改變過程的平衡點；33整理ppt⑵不同的運輸形式單向運輸〔uniport〕協(xié)同運輸〔coupledtransport〕

同向運輸〔symport〕

對向運輸〔antiport〕

34整理ppt35整理ppt〔四〕主動運輸主動運輸〔activetransport〕載體蛋白所介導(dǎo)的物質(zhì)逆濃度梯度或電化學(xué)梯度由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)進行跨膜轉(zhuǎn)運的方式。能量來源ATP直接供能-初級主動運輸間接提供能量〔耦聯(lián)轉(zhuǎn)運蛋白〕光能驅(qū)動對向轉(zhuǎn)運蛋白同向轉(zhuǎn)運蛋白36整理ppt37整理ppt主動運輸?shù)奶攸c是：①逆濃度梯度〔逆化學(xué)梯度〕運輸；②需要能量〔由ATP直接供能〕或與釋放能量的過程耦聯(lián)〔協(xié)同運輸〕；③都有載體蛋白。

38整理ppt第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運離子泵P-型離子泵V-型質(zhì)子泵和F-型質(zhì)子泵ABC超家族39整理ppt40整理pptP-型離子泵都有2個獨立的α催化亞基，具有ATP結(jié)合位點；絕大多數(shù)還具有2個β小亞基，通常起調(diào)節(jié)作用。在轉(zhuǎn)運離子過程中，至少有一個α催化亞基發(fā)生磷酸化和去磷酸化反響，從而改變泵蛋白的構(gòu)象，實現(xiàn)離子的跨膜轉(zhuǎn)運。41整理ppt⑴Na+-k+泵ATP直接供能對向運輸將Na+逆電化學(xué)梯度運出細胞將k+逆電化學(xué)梯度運入細胞其動力是自身ATP水解供能—Na+-k+-ATP酶P-型離子泵42整理ppt43整理ppt由2個大亞基、2個小亞基組成的4聚體。Na+-K+ATP酶通過磷酸化和去磷酸化過程發(fā)生構(gòu)象的變化，導(dǎo)致與Na+、K+的親和力發(fā)生變化。鈉鉀泵的一個特性是它對離子的轉(zhuǎn)運循環(huán)依賴自磷酸化過程?？偟慕Y(jié)果是每一循環(huán)消耗一個ATP；轉(zhuǎn)運出三個Na+，轉(zhuǎn)進兩個K+。Na+-K+泵作用是：①維持細胞的滲透性，保持細胞的體積；②維持低Na+高K+的細胞內(nèi)環(huán)境，維持細胞的靜息電位。44整理ppt45整理ppt鈉鉀泵機制46整理ppt〔2〕鈣泵〔Ca2+-ATP酶〕ATP直接供能

通常細胞內(nèi)鈣離子濃度〔10-7M〕顯著低于細胞外鈣離子濃度〔10-3M〕，這種濃度差由鈣泵維持。位置：質(zhì)膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上每分解一個ATP分子，泵出2個Ca2+。例：肌質(zhì)網(wǎng)〔sarcoplasmicreticulum〕上的鈣離子泵，肌細胞膜去極化后引起肌質(zhì)網(wǎng)上的鈣離子通道翻開，大量鈣離子進入細胞質(zhì)，引起肌肉收縮之后由鈣離子泵將鈣離子泵回肌質(zhì)網(wǎng)。47整理ppt48整理ppt〔3〕H+/K+-ATP泵49整理ppt〔4〕質(zhì)子泵〔H＋泵〕ATP直接供能

存在位置：植物細胞、真菌和細菌細胞作用方式：從胞質(zhì)中主動將H＋泵出細胞，建立和維持跨膜的H＋電化學(xué)梯度50整理pptV-型質(zhì)子泵和F-型質(zhì)子泵V-型質(zhì)子泵存在：溶酶體膜動物細胞胞內(nèi)體植物液泡膜上功能：利用ATP水解產(chǎn)生能量逆H+電化學(xué)梯度將H+泵入細胞器〔維持質(zhì)膜的中性；細胞器酸性〕轉(zhuǎn)運H+時不產(chǎn)生磷酸化中間體51整理pptF-型質(zhì)子泵存在：細菌質(zhì)膜線粒體內(nèi)膜葉綠體內(nèi)囊體膜功能：H+順濃度梯度運動將所釋放的能量與ATP合成相偶聯(lián)

H+-ATP合成酶52整理ppt53整理pptABC超家族幾百種不同的轉(zhuǎn)運蛋白，30%~40%同源ABC蛋白對于單一底物或相關(guān)底物的基因具有特異性核心結(jié)構(gòu)域

2個跨膜結(jié)構(gòu)域

2個胞質(zhì)側(cè)ATP結(jié)構(gòu)域54整理ppt55整理ppt56整理ppt多藥抗性轉(zhuǎn)運蛋白〔multidrug-resistance，MDR〕MDR1秋水仙堿長春花堿57整理ppt協(xié)同轉(zhuǎn)運由Na+-K+泵〔H+泵〕與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動運輸方式，又叫做耦聯(lián)運輸。能量：離子濃度梯度電化學(xué)梯度58整理ppt同向轉(zhuǎn)運〔symport〕：物質(zhì)運輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相同。反向轉(zhuǎn)運〔antiport〕：物質(zhì)運輸方向與離子轉(zhuǎn)移方向相反。59整理ppt糖、氨基酸和其他有機分子跨膜轉(zhuǎn)運60整理ppt小腸上皮細胞吸收葡萄糖示意圖61整理ppt離子梯度驅(qū)動的主動轉(zhuǎn)運(對向)

——調(diào)節(jié)細胞內(nèi)pHNa+-H+交換載體Cl--HCO3-交換載體例：紅細胞膜bandⅢ蛋白

Na+-與HCO3-的進入伴隨著Cl-和H+的外流62整理pptNa+-K+泵〔或H+泵〕與載體蛋白協(xié)同轉(zhuǎn)運的示意圖A動物細胞Na+驅(qū)動的同向轉(zhuǎn)運；B植物細胞H+驅(qū)動的同向轉(zhuǎn)運63整理ppt離子跨膜轉(zhuǎn)運與膜電位靜息電位：細胞在靜息狀態(tài)下的膜電位動作電位：在外界刺激作用下產(chǎn)生的行駛通訊功能的快速變化的膜電位極化：靜息電位是細胞質(zhì)膜內(nèi)外相對穩(wěn)定的電位差，質(zhì)膜內(nèi)為負值，質(zhì)膜外為正值。64整理ppt

小分子物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運小分子

離子：陰離子CL-

陽離子Na+,K+,Mg+,Ca2+,H+

非極性小分子：苯、N2、O2

極性小分子：CO2,乙醇，尿素，類固醇激素，甘油，H2O

其他：葡萄糖，氨基酸

總結(jié)65整理ppt小分子物質(zhì)通過細胞膜的轉(zhuǎn)運主要有三種方式簡單擴散〔simplediffusion〕協(xié)助擴散〔facilitateddiffusion〕主動運輸〔activetransport〕66整理ppt第三節(jié)胞吞作用與胞吐作用大分子物質(zhì)的囊泡轉(zhuǎn)運67整理ppt膜性囊泡以出芽方式從細胞的一種內(nèi)膜細胞器脫離后又與另一內(nèi)膜細胞器發(fā)生融合，這一轉(zhuǎn)運過程稱為膜泡轉(zhuǎn)運。根據(jù)物質(zhì)的運輸方向：胞吞作用〔endocytosis〕胞吐作用〔exocytosis〕共同特點：雙向、特異、有序、化學(xué)修飾68整理ppt胞吞作用消耗能量,屬于細胞膜的主動運輸吞噬〔phagocytosis〕由專門的吞噬細胞完成,大的顆粒,直徑>250nm，最終到達溶酶體被降解。吞飲〔pinocytosis〕攝入液體和小溶質(zhì)分子進行消化，直徑<150nm。一、胞飲作用與吞噬作用69整理ppt70整理ppt71整理ppt吞噬過程吞飲過程72整理ppt73整理ppt需要微絲骨架及其結(jié)合蛋白的參與74整理ppt75整理ppt胞吞作用受體介導(dǎo)的胞吞作用非特異性的胞吞作用76整理ppt⑴特點①所攝入的大分子在質(zhì)膜上有特異受體②內(nèi)吞由大分子配體與其受體的識別、結(jié)合而激發(fā)③受體配體復(fù)合物聚集于質(zhì)膜的有被小窩內(nèi)，由有被小泡送至內(nèi)體。受體介導(dǎo)的胞吞作用

——受體-配體結(jié)合而引發(fā)的胞飲作用77整理ppt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)體融合有被小泡胞內(nèi)體是動物細胞內(nèi)由膜包圍的細胞器，其作用是傳輸由胞吞作用攝入的物質(zhì)到溶酶體中被降解。受體介導(dǎo)的胞吞作用溶酶體78整理ppt受體介導(dǎo)的胞吞作用網(wǎng)格蛋白衣被小泡是最早發(fā)現(xiàn)的衣被小泡，介導(dǎo)高爾基體到胞內(nèi)體、溶酶體、植物液泡的運輸，以及質(zhì)膜到內(nèi)膜區(qū)隔的膜泡運輸。79整理ppt大分子物質(zhì)運輸中的三種有被小泡網(wǎng)格蛋白〔clathrin〕冷凍蝕刻技術(shù)發(fā)現(xiàn)，有被小凹和小泡上的外被呈網(wǎng)格樣結(jié)構(gòu)，這種物質(zhì)由幾種蛋白組成，其中一種就是網(wǎng)格蛋白。網(wǎng)格蛋白在進化上高度保守，分子由3條重鏈和3條輕鏈形成三足結(jié)構(gòu)，許多三足結(jié)構(gòu)再組裝成六邊形或五邊形的網(wǎng)格樣結(jié)構(gòu)。網(wǎng)格蛋白位于轉(zhuǎn)運小泡的外表，大大提高了小泡的外表張力。80整理ppt81整理ppt82整理ppt膽固醇低密度脂蛋白〔low-densitylipoprotein，LDL〕83整理ppt84整理ppt85整理ppt不同類型受體的胞內(nèi)體的分選途徑：〔1〕返回原來的質(zhì)膜結(jié)構(gòu)域，重新發(fā)揮受體的作用；〔2〕進入溶酶體中被消化掉，稱為受體下行調(diào)節(jié)；〔3〕被運至質(zhì)膜的不同結(jié)構(gòu)域，稱為轉(zhuǎn)胞吞作用。86整理ppt87整理ppt三、細胞胞