細(xì)胞膜與物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1第一頁，共71頁。2 細(xì)胞膜是細(xì)胞與外界環(huán)境之間的一種選擇性通透屏障，具有保障細(xì)胞攝取營養(yǎng)物質(zhì)、排出代謝產(chǎn)物、調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)離子濃度、維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定等與細(xì)胞代謝活動密切相關(guān)的基本功能。總的來看，和細(xì)胞膜有關(guān)的物質(zhì)運輸(ynsh)活動有兩種形式：一是小分子和離子的穿膜運輸(ynsh)；另一種是大分子和顆粒物質(zhì)的膜泡運輸(ynsh)。物質(zhì)主要經(jīng)3種途徑通過細(xì)胞膜：被動運輸(ynsh)、主動運輸(ynsh)、胞吞和胞吐作用。第1頁/共71頁第二頁，共71頁。3 質(zhì)膜對溶質(zhì)的通透性具有以下四個特點：脂溶性大的分子容易(rngy)穿過質(zhì)膜;分子越小越易穿膜;不帶電荷的分子易穿過膜;絕大多數(shù)離子和親水

2、性分子的穿膜要依賴于專一的跨膜蛋白。第2頁/共71頁第三頁，共71頁。4物質(zhì)穿膜運輸?shù)幕绢愋?lixng)分為被動運輸和主動運輸。第3頁/共71頁第四頁，共71頁。第4頁/共71頁第五頁，共71頁。H2OH2OSteroidIon channels(open/close)Na+Cl-第5頁/共71頁第六頁，共71頁。H2OH2OSteroidTransporterSucroseProteinsIon channels(open/close)Na+Cl-Na+Cl-蔗糖(zhtng)第6頁/共71頁第七頁，共71頁。8小分子和離子(lz)進(jìn)出細(xì)胞要橫穿細(xì)胞膜。第7頁/共71頁第八頁，共71頁。

3、簡單(jindn)擴(kuò)散離子通道擴(kuò)散(kusn)易化擴(kuò)散（載體）協(xié)助擴(kuò)散（一）被動運輸（passive transport）不需要消耗細(xì)胞代謝的能量，而將物質(zhì)從濃度高的一側(cè)經(jīng)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運至濃度低的一側(cè)，動力來自于濃度梯度形成的勢能。（幫助擴(kuò)散）第8頁/共71頁第九頁，共71頁。高濃度低濃度不需要消耗能量和不依靠專一膜蛋白分子而使物質(zhì)從膜的一側(cè)轉(zhuǎn)運到另一側(cè)的運輸方式。第9頁/共71頁第十頁，共71頁。脂溶性物質(zhì)(wzh)(非極性物質(zhì)(wzh): 苯.乙醇.氧.氮不帶電荷小分子物質(zhì)(wzh): 水.尿素.二氧化碳帶電荷物質(zhì)第10頁/共71頁第十一頁，共71頁。H2OH2OSteroidNa+Cl-Su

4、crose第11頁/共71頁第十二頁，共71頁。簡單(jindn)擴(kuò)散 第12頁/共71頁第十三頁，共71頁。通道蛋白（channel pr.）：形成(xngchng)貫穿載體(zit)蛋白（ carrier pr. ）：與特定 溶質(zhì)結(jié)合改變構(gòu) 象使溶質(zhì)穿越 細(xì)胞膜。脂雙層之間的通道(tngdo)。第13頁/共71頁第十四頁，共71頁。15 絕大多數(shù)離子通過膜上通道蛋白的協(xié)助，實現(xiàn)順濃度梯度的跨膜轉(zhuǎn)運。離子通道是鑲嵌在膜上的跨膜蛋白質(zhì)，它由- 螺旋蛋白構(gòu)成，稱為通道蛋白（channel protein）。其中心具有親水性通道，對離子具有高度的親和力，允許適當(dāng)大小的離子順濃度梯度瞬間(shn j

5、in)大量地通過。第14頁/共71頁第十五頁，共71頁。16離子通道可迅速地開放和關(guān)閉，受通道閘門所控制(kngzh)，而閘門是由通道蛋白的帶電分子或基團(tuán)（如羥基或磷酸基）所構(gòu)成。有的持續(xù)開放，有的間斷開放。間斷開放的通道包括三類即電位依賴性電壓門控通道（閘門的開閉受膜電壓控制(kngzh)；Na通道、Ca通道、K通道）；化學(xué)物質(zhì)控制(kngzh)的配體門控通道（閘門開閉受化學(xué)物質(zhì)即配體調(diào)節(jié)；乙酰膽堿通道等）和 機(jī)械門控通道。第15頁/共71頁第十六頁，共71頁。17通道(tngdo)蛋白高濃度低濃度第16頁/共71頁第十七頁，共71頁。18高濃度低濃度通道(tngdo)蛋白物質(zhì)順濃度梯度經(jīng)過

6、閘門孔道擴(kuò)散到細(xì)胞膜的另一側(cè)這樣的轉(zhuǎn)運過程稱閘門通道擴(kuò)散。配體第17頁/共71頁第十八頁，共71頁。19通道(tngdo)擴(kuò)散第18頁/共71頁第十九頁，共71頁。20電 壓 閘 門 通 道1第19頁/共71頁第二十頁，共71頁。21高濃度低濃度通道(tngdo)蛋白配體第20頁/共71頁第二十一頁，共71頁。22神經(jīng)末梢膜上的電壓(diny)閘門Ca2+通道肌肉細(xì)胞膜上的配體閘門(zhmn)通道肌肉細(xì)胞膜上的電壓(diny)閘門Na+通道肌漿網(wǎng)上的鈣離子通道在神經(jīng)肌肉接頭處，沿神經(jīng)傳來的沖動刺激肌肉收縮，整個反應(yīng)在不到一秒內(nèi)完成，這樣一個看來似乎很簡單的反應(yīng)至少包括 個不同部位的按一定的順序

7、開放和關(guān)閉。神經(jīng)肌肉接頭處的閘門通道第21頁/共71頁第二十二頁，共71頁。23第22頁/共71頁第二十三頁，共71頁。24第23頁/共71頁第二十四頁，共71頁。25第24頁/共71頁第二十五頁，共71頁。高濃度低濃度載體蛋白凡借助于載體蛋白的幫助不消耗能量將物質(zhì)順濃度梯度進(jìn)行轉(zhuǎn)運，這種方式稱易化或幫助擴(kuò)散。易化擴(kuò)散可運輸一些親水性物質(zhì)和無機(jī)離子等。:第25頁/共71頁第二十六頁，共71頁。載體(zit)蛋白4第26頁/共71頁第二十七頁，共71頁。高濃度低濃度第27頁/共71頁第二十八頁，共71頁。29借助于鑲嵌在細(xì)胞膜上專一性很強(qiáng)的載體(zit)蛋白，通過消耗代謝能量(nngling)，

8、將物質(zhì)從低濃度處向高濃度處的運輸方式。實質(zhì)：泵為 Na-K ATP 酶具有載體和酶的雙重作用。+小亞基:為細(xì)胞膜外側(cè)半嵌合糖蛋白,其作用機(jī)制不詳。大亞基：為貫穿膜全層的脂蛋白,是該酶的催化部位。第28頁/共71頁第二十九頁，共71頁。30大亞基小亞基ATPADP+Pi細(xì)胞質(zhì)鉀濃度梯度30倍鈉濃度梯度13倍鉀離子(lz)鈉離子烏本苷鉀與烏本苷結(jié)合部位鈉結(jié)合部位+第29頁/共71頁第三十頁，共71頁。31細(xì)胞質(zhì)鉀濃度梯度30倍鈉濃度梯度13倍+大亞基大亞基小亞基Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+

9、K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+PiNa+K+小亞基大亞基大亞基K+ATPADP+Pi鈉結(jié)合部位K+Pi鉀結(jié)合部位Mg+大亞基大亞基小亞基第30頁/共71頁第三十一頁，共71頁。32 Na+結(jié)合(jih)到膜上；酶磷酸化；酶構(gòu)象變化, Na+釋放到細(xì)胞外;K+結(jié)合(jih)到細(xì)胞表面;酶去磷酸化; K+釋放到細(xì)胞內(nèi),酶構(gòu)象恢復(fù)原始狀態(tài)第31頁/共71頁第三十二頁，共71頁。33鈉鉀泵第32頁/共71頁第三十三頁，共71頁。34鈉鉀泵動畫第33頁/共71頁第三十四頁，共71頁。35第34頁/共71頁第三十五頁，共71頁。36第35頁/共71頁第三

10、十六頁，共71頁。37 有些主動運輸系統(tǒng)是由離子梯度中貯存的能量驅(qū)動的，它們逆濃度梯度進(jìn)入細(xì)胞的的動力不是直接來自水解ATP，而是借助另一物質(zhì)(wzh)的濃度梯度或電化學(xué)梯度為動力進(jìn)行的，又稱繼發(fā)性主動運輸。所有這些都是協(xié)同運輸，有的是同向運輸，另一些則是對向運輸。如鈉鉀泵間接驅(qū)動葡萄糖入胞。 小腸上皮細(xì)胞就是利用這種機(jī)制(jzh)來從腸腔吸收葡萄糖，果糖、甘露糖、半乳糖、氨基酸等養(yǎng)料，再經(jīng)易化擴(kuò)散轉(zhuǎn)運至血漿。第36頁/共71頁第三十七頁，共71頁。38第37頁/共71頁第三十八頁，共71頁。39 由膜上的鈉泵和同向運輸(ynsh)的特異載體蛋白共同完成。 鈉泵把鈉泵出細(xì)胞外，形成細(xì)胞內(nèi)外的鈉

11、離子濃度梯度差，特異載體蛋白上具有鈉離子和葡萄糖（或氨基酸）2個結(jié)合位點。腸上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)運(zhun yn)蛋白不對稱分布造成葡萄糖從腸腔到血液的跨細(xì)胞膜運輸?shù)?8頁/共71頁第三十九頁，共71頁。 單運輸（uniport）：一些載體蛋白將一種溶質(zhì)從膜的一側(cè)運到另一側(cè)。 協(xié)同運輸：在轉(zhuǎn)運一種溶質(zhì)分子時，同時或隨后伴隨轉(zhuǎn)運另一種溶質(zhì)分子。若伴隨轉(zhuǎn)運的溶質(zhì)轉(zhuǎn)運方向(fngxing)相同，稱同向運輸（symport），轉(zhuǎn)運方向(fngxing)相反稱為對向運輸（antiport）。第39頁/共71頁第四十頁，共71頁。對向運輸(ynsh)同向運輸(ynsh)第40頁/共71頁第四十一頁，共71頁。4

12、2胞吐作用(zuyng)吞噬作用(tn sh zu yn)胞飲作用吞噬(tnsh)體吞飲體第41頁/共71頁第四十二頁，共71頁。43 真核細(xì)胞具有較完善的內(nèi)膜系統(tǒng)，胞外大分子物質(zhì)通過胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)先儲存于膜性囊泡內(nèi)，然后再將其送至溶酶體，進(jìn)行消化分解，這個運輸過程通過囊泡完成(wn chng)。同樣細(xì)胞內(nèi)合成的蛋白質(zhì)及顆粒物質(zhì)進(jìn)入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，然后到達(dá)高爾基體，再從高爾基體轉(zhuǎn)運至其他部位也都離不開囊泡。囊泡以出芽方式從細(xì)胞的一種內(nèi)膜細(xì)胞器脫離后又與另一內(nèi)膜細(xì)胞器發(fā)生融合，此轉(zhuǎn)運過程稱為膜泡運輸（ transportby vesicle formation）二、膜泡運輸(ynsh)第42頁/共7

13、1頁第四十三頁，共71頁。44胞飲作用吞噬作用受體介導(dǎo)的胞吞作用大分子及顆粒物質(zhì)并不直接穿過細(xì)胞膜,而是通過一系列膜囊泡形成和融合來完成的轉(zhuǎn)運過程，該運輸方式消耗能量，屬主動運輸?shù)姆懂?。胞吞作用和胞吐作用?3頁/共71頁第四十四頁，共71頁。45 是細(xì)胞將胞外的大分子或顆粒物質(zhì)轉(zhuǎn)運到細(xì)胞內(nèi)的方式。當(dāng)被轉(zhuǎn)運的大分子或顆粒物質(zhì)靠近細(xì)胞膜并結(jié)合于細(xì)胞表面(biomin)后，膜逐漸內(nèi)陷將其包圍，形成吞噬（飲）小泡進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。根據(jù)吞入物質(zhì)的狀態(tài)、大小及特異程度不同，分為：第44頁/共71頁第四十五頁，共71頁。46 2.胞飲作用（pinocytosis）：細(xì)胞(xbo)對液體物質(zhì)或細(xì)微顆粒物質(zhì)的攝入和

14、消化過程。 1.吞噬作用(tn sh zu yn)(phagocytosis): 細(xì)胞對微生物、衰老死亡細(xì)胞及細(xì)胞碎片等大顆粒物質(zhì)的轉(zhuǎn)運入胞過程。 3.受體介導(dǎo)的胞吞作用(recepter mediated endocytosis ) 需要膜受體參與的吞噬或吞飲作用，是某些大分子物質(zhì)或顆粒性物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞(xbo)的特殊方式，具有較強(qiáng)的特異性。第45頁/共71頁第四十六頁，共71頁。47第46頁/共71頁第四十七頁，共71頁。48第47頁/共71頁第四十八頁，共71頁。第48頁/共71頁第四十九頁，共71頁。受體介導(dǎo)入胞第49頁/共71頁第五十頁，共71頁。51 網(wǎng)格蛋白包被囊泡(clathri

15、n-coated vesicle)是最早發(fā)現(xiàn)的衣被小泡?；\形(網(wǎng)格, clathrin)蛋白分子由3個重鏈和3個輕鏈組成，形成一個具有3個曲臂的形狀(triskelion)。許多籠形蛋白的曲臂部分交織在一起(yq)，形成一個具有5邊形網(wǎng)孔的籠子。由網(wǎng)格蛋白包被(bo bi)的囊泡第50頁/共71頁第五十一頁，共71頁。5252 籠形蛋白形成的衣被中還有銜接蛋白(adaptin)，介于籠形蛋白與配體受體復(fù)合物之間，起連接作用(zuyng)。已發(fā)現(xiàn)4種不同類型的銜接蛋白，可結(jié)合不同類型的受體，形成不同性質(zhì)的轉(zhuǎn)運小泡。第51頁/共71頁第五十二頁，共71頁。535353 當(dāng)籠形蛋白衣被(y bi)小

16、泡形成時，可溶性蛋白動力素(dynamin)聚集成一圈圍繞在芽的頸部，將小泡柄部的膜盡可能拉近(1.5nm)，從而導(dǎo)致膜融合，掐斷(pinch off)衣被(y bi)小泡。第52頁/共71頁第五十三頁，共71頁。第53頁/共71頁第五十四頁，共71頁。55內(nèi)吞去被胞內(nèi)體融合(rngh)受體再循環(huán)初級(chj)溶酶體融合(rngh)第54頁/共71頁第五十五頁，共71頁。56第55頁/共71頁第五十六頁，共71頁。57 在進(jìn)行胞吞作用時，大分子或顆粒結(jié)合于互補(bǔ)的細(xì)胞表面受體，受體聚集于有被小窩內(nèi)，在胞吞小泡內(nèi)形成受體大分子復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞。脫去網(wǎng)格蛋白被膜，并與其它囊泡融合成內(nèi)體（endosom

17、e），受體分離隨轉(zhuǎn)移囊泡返回細(xì)胞膜（受體循環(huán)(xnhun)），被吞入顆粒被溶酶體酶降解。第56頁/共71頁第五十七頁，共71頁。58LDL顆粒(kl)LDL受體有被小窩有被小泡內(nèi)吞去被無被小泡胞內(nèi)體融合(rngh)受體與大分子顆粒(kl)分開胞內(nèi)體部分受體再循環(huán)胞內(nèi)體部分 初級溶酶體融合吞噬溶酶體第57頁/共71頁第五十八頁，共71頁。59 是一種與胞吞運送物質(zhì)相反的過程，是細(xì)胞將胞內(nèi)的大分子或顆粒物質(zhì)轉(zhuǎn)運到細(xì)胞外的方式?；具^程是：要輸出的物質(zhì)先由膜包被形成(xngchng)小泡，小泡再移至質(zhì)膜并與質(zhì)膜融合形成(xngchng)一裂口將內(nèi)容物排出胞外。第58頁/共71頁第五十九頁，共71頁。

18、60結(jié)構(gòu)性分泌（constitutive pathway of secretion）指由真核細(xì)胞高爾基體分泌的囊泡向細(xì)胞膜流動并與之融合，然后釋放內(nèi)容物（分泌性蛋白）的這一穩(wěn)定(wndng)過程。調(diào)節(jié)性分泌（regulated pathway of secretion ）特化的分泌細(xì)胞產(chǎn)生的分泌物儲存在分泌泡內(nèi)，當(dāng)細(xì)胞受到外界信號(xnho)刺激時，分泌泡與細(xì)胞膜融合并釋放內(nèi)容物，如胰島素的分泌過程。第59頁/共71頁第六十頁，共71頁。61調(diào)節(jié)性分泌結(jié)構(gòu)性分泌第60頁/共71頁第六十一頁，共71頁。62細(xì)胞內(nèi)外(niwi)物質(zhì)轉(zhuǎn)運穿膜運輸(ynsh)膜泡運輸(ynsh)被動運輸主動運輸（ac

19、tive transport）出胞作用入胞作用吞噬作用胞飲作用受體介導(dǎo)入胞作用簡單擴(kuò)散幫助擴(kuò)散Na+-K+泵Ca2 +泵離子梯度驅(qū)動的主動運輸同向運輸對向運輸載體蛋白介導(dǎo)通道蛋白介導(dǎo)單運輸協(xié)同運輸持續(xù)開放瞬時開放同向運輸對向運輸配體門控通道電壓門控通道機(jī)械門控通道第61頁/共71頁第六十二頁，共71頁。63 第6節(jié) 細(xì)胞膜與疾病第62頁/共71頁第六十三頁，共71頁。64膜轉(zhuǎn)運(zhun yn)病與膜受體病 由細(xì)胞膜上主動(zhdng)轉(zhuǎn)運系統(tǒng)的載體蛋白缺損和功能異常所引起的疾病，稱膜轉(zhuǎn)運病(transport disease)。 由細(xì)胞膜上受體蛋白缺陷，包括受體數(shù)量增減和結(jié)構(gòu)上的缺陷以及特異性、結(jié)合力的異常改變(gibin)等所引起的疾病，稱受體病(receptor disease)。第63頁/共71頁第六十四頁，共71頁。65氨基酸尿及尿路感染。氨基酸尿及尿路感染。第64頁/共71頁第六十五頁，共71頁。66 因編碼LDL受體的基因突變，