細胞生物學(xué)物質(zhì)的跨膜運輸

一、脂雙層的不透性和膜轉(zhuǎn)運蛋白二、被動運輸三、主動運輸?shù)谝还?jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸?shù)谝豁?，共二十六頁。一、脂雙層的不透性和膜轉(zhuǎn)運蛋白1、通過脂雙層膜的轉(zhuǎn)運特點第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸運輸方式：自由擴散決定通透性大小的主要因素分子的大小和極性第二頁，共二十六頁。2、細胞內(nèi)外離子差別機制（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；對大多數(shù)溶質(zhì)和離子高度不通透。（2）細胞膜上具有膜轉(zhuǎn)運蛋白第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸?shù)谌?，共二十六頁?、膜轉(zhuǎn)運蛋白載體蛋白通道蛋白第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸膜轉(zhuǎn)運蛋白——載體蛋白具有轉(zhuǎn)運的特異性，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)運具有酶的特點：具有飽和度、被競爭抑制、抑制劑抑制，對被轉(zhuǎn)運的物質(zhì)不做任何修飾。既能介導(dǎo)主動運輸又能介導(dǎo)被動運輸膜轉(zhuǎn)運蛋白——通道蛋白不與被轉(zhuǎn)運的物質(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)運速率高；沒有飽和值；門控通道只介導(dǎo)被動運輸?shù)谒捻?，共二十六頁。門控通道電壓門配體門應(yīng)力激活通道第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸?shù)谖屙?，共二十六頁。第一?jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸二、被動運輸指物質(zhì)順濃度梯度或電化學(xué)梯度的跨膜轉(zhuǎn)運。不需要消耗代謝能量。包括簡單擴散和協(xié)助擴散兩種方式.第六頁，共二十六頁。1、簡單擴散簡單擴散：沒有膜蛋白的協(xié)助，沿濃度梯度的物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運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)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸?shù)谄唔?，共二十六頁。水孔蛋白（水通道蛋白aquaporin,AQP—2003年諾貝爾化學(xué)獎）一般認(rèn)為AQP是處于持續(xù)開放狀態(tài)的對水分子高度特異的膜通道蛋白。水分子的轉(zhuǎn)運不需要消耗能量，也不受門控機制影響。水分子通過AQP的移動方向完全由膜兩側(cè)的滲透壓決定。水通道蛋白廣泛表達于體液代謝活躍的組織細胞，在體內(nèi)液體轉(zhuǎn)運生理和病理中起主要作用。第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸?shù)诎隧摚捕摗?、協(xié)助擴散不消耗物質(zhì)代謝產(chǎn)生的能量。膜轉(zhuǎn)運蛋白：通道蛋白、載體蛋白具有轉(zhuǎn)運的特異性提高了物質(zhì)轉(zhuǎn)運速率主要轉(zhuǎn)運各種極性分子和無機離子。第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸被動運輸?shù)慕Y(jié)果是使膜兩側(cè)物質(zhì)的濃度趨于相同。第九頁，共二十六頁。三、主動運輸1、概念：由膜轉(zhuǎn)運蛋白介導(dǎo)，逆濃度差，需要消耗代謝能量的物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運方式。膜轉(zhuǎn)運蛋白：載體蛋白具有轉(zhuǎn)運特異性、轉(zhuǎn)運最大速率消耗代謝能量第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸?shù)谑?，共二十六頁?、主動運輸類型直接消耗ATP的主動運輸：ATP驅(qū)動泵，通過水解ATP獲得能量；間接消耗ATP的協(xié)同運輸：耦聯(lián)轉(zhuǎn)運蛋白—能同時轉(zhuǎn)運兩種不同溶質(zhì)，所利用的能量儲存在一種溶質(zhì)的電化學(xué)梯度中。光驅(qū)動泵：利用光能運輸物質(zhì)，見于細菌。第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運蛋白與物質(zhì)的跨膜運輸?shù)谑豁?，共二十六頁。第二?jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運ATP驅(qū)動泵偶聯(lián)轉(zhuǎn)運蛋白介導(dǎo)的協(xié)同轉(zhuǎn)運第十二頁，共二十六頁。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運一、ATP驅(qū)動的主動運輸1、特點：都需要水解ATP提供能量參與主動運輸?shù)妮d體蛋白常被稱為泵推動此類運輸?shù)牡鞍踪|(zhì)本身都是ATPase2、ATP驅(qū)動泵的類型P-型離子泵V-型質(zhì)子泵F-型質(zhì)子泵ABC超家族：只轉(zhuǎn)運離子主要轉(zhuǎn)運小分子第十三頁，共二十六頁。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運（1）P型泵通過自身磷酸化來轉(zhuǎn)運離子的離子泵就叫做P-type2個獨立的α催化亞基，具有ATP結(jié)合位點，2個小的β亞基，通常起調(diào)節(jié)作用，在對離子的轉(zhuǎn)運循環(huán)中依賴自磷酸化過程，導(dǎo)致構(gòu)象的變化，實現(xiàn)離子的跨膜轉(zhuǎn)運。Na+-K+泵、鈣泵、P型質(zhì)子泵Na+-K+泵工作原理第十四頁，共二十六頁。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運Na+-K+泵存在于動物細胞的細胞膜上植物細胞、真菌和細菌質(zhì)膜上沒有Na+-K+泵，而是具有H+泵鈣泵主要存在于細胞膜和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上，可以將鈣離子輸出細胞或泵入內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔，以維持細胞內(nèi)低濃度的鈣；細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+在細胞內(nèi)外的濃度，形成細胞膜跨膜電位，Na+的濃度梯度能夠儲存能量，驅(qū)動某些物質(zhì)運輸。維持動物細胞的滲透平衡第十五頁，共二十六頁。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運（2）V-型質(zhì)子泵和F-型質(zhì)子泵只轉(zhuǎn)運質(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H+F-型質(zhì)子泵存在于細菌質(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H+，同時驅(qū)動ATP的合成。第十六頁，共二十六頁。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運3、ABC型泵ABC轉(zhuǎn)運器（ABCtransporter），最早發(fā)現(xiàn)于細菌，屬于一個龐大而多樣的蛋白家族，每個成員都含有兩個高度保守的ATP結(jié)合區(qū)（ATPbindingcassette）故名ABC轉(zhuǎn)運器。每一種轉(zhuǎn)運器只轉(zhuǎn)運一種或一類底物，但是其蛋白家族中具有能轉(zhuǎn)運離子、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)生和功能維護上具有重要的意義。第十七頁，共二十六頁。二、協(xié)同運輸是一類由Na+-K+泵或H+泵與載體蛋白協(xié)同作用，靠間接消耗ATP所完成的主動運輸方式。物質(zhì)跨膜運動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

Sugars,aminoacids,andotherorganicmoleculesintocells第十八頁，共二十六頁。GlucoseNa+H+Na+同向協(xié)同—共運輸：逆向協(xié)同—對向運輸：第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運第十九頁，共二十六頁。第二十頁，共二十六頁。光能驅(qū)動的主動運輸細菌的視紫紅質(zhì)質(zhì)子泵：細菌視紫紅質(zhì)是細胞質(zhì)膜上能被光線激活的蛋白質(zhì)，當(dāng)其被光激活時，就能引起整個分子的構(gòu)型發(fā)生變化，導(dǎo)致兩個H+從細胞內(nèi)運送到細胞外。第二節(jié)離子泵和協(xié)同轉(zhuǎn)運第二十一頁，共二十六頁。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)運方式，膜的融合需要消耗能量，屬于主動運輸。第二十二頁，共二十六頁。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)細胞都能進行，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；是一個信號觸發(fā)的過程；只有幾種特化的細胞具有此功能，需要微絲及其結(jié)合蛋白的參與。第三節(jié)胞吞胞吐作用第二十三頁，共二十六頁。網(wǎng)格蛋白有被小泡的形成第三節(jié)胞吞胞吐作用第二十四頁，共二十六頁。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,是一種選擇濃縮機制。第三節(jié)