物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸細(xì)胞生物學(xué)

關(guān)于物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸細(xì)胞生物學(xué)第1頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月內(nèi)容提要第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸一、脂雙層的不通透性和膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白二、被動(dòng)運(yùn)輸和主動(dòng)運(yùn)輸?shù)诙?jié)離子泵和主動(dòng)運(yùn)輸一、離子泵二、超家族三、離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)與膜電位第三節(jié)胞吞作用與胞吐作用一、胞吞作用的類型二、胞吞作用與細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)三、胞吐作用第2頁(yè)，課件共60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)輸細(xì)胞進(jìn)行的物質(zhì)運(yùn)輸有三種不同的范疇：細(xì)胞運(yùn)輸(cellulartransport)

這種運(yùn)輸主要是細(xì)胞與環(huán)境間的物質(zhì)交換胞內(nèi)運(yùn)輸(intracellulartransport)是真核生物細(xì)胞內(nèi)膜性細(xì)胞器與細(xì)胞內(nèi)環(huán)境進(jìn)行的物質(zhì)交換跨細(xì)胞運(yùn)輸(transcellulartransport)這種運(yùn)輸是物質(zhì)穿越細(xì)胞的運(yùn)輸?shù)?頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月物質(zhì)通過(guò)質(zhì)膜的三種主要途徑被動(dòng)運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸胞吞作用與胞吐作用第4頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月人工脂分子的透性疏水分子：O2、N2、苯小的不帶電荷的極性分子：水、尿素、甘油大的不帶電的極性分子：葡萄糖、蔗糖等離子：Na+、H+

、K+

、HCO3－、Ca＋、Cl－一、脂雙層的不透性和膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白第5頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在活細(xì)胞中質(zhì)膜對(duì)物質(zhì)

的

通透有高度的選擇性第6頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞膜與人工脂雙分子膜一樣，能通過(guò)簡(jiǎn)單擴(kuò)散透過(guò)水、非極性分子；還能透過(guò)各種極性分子和無(wú)機(jī)離子如：核苷酸、糖、氨基酸；第7頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）載體蛋白及其功能P68膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白載體蛋白通道蛋白脂雙層濃度下降第8頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）通道蛋白一般認(rèn)為它是橫跨質(zhì)膜形成的親水的通道，能使適宜大小的分子及帶電荷的溶質(zhì)通過(guò)。脂雙層親水部分疏水部分第9頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月離子通道壓力激活通道細(xì)胞內(nèi)外配體門控電壓門控離子選擇性:門控性:第10頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月A.配體門通道——離子通道型受體第11頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月B.電壓門通道細(xì)胞內(nèi)外特異離子濃度發(fā)生變化時(shí)或其它刺激引起膜電位變化時(shí)，致使其構(gòu)象變化，“門”打開(kāi)。正常膜電位正常膜電位被電流刺激破壞通道關(guān)閉通道開(kāi)啟通道失活第12頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月C:壓力激活通道—機(jī)械門通道

各種各樣的機(jī)械力刺激，將機(jī)械刺激的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電化學(xué)信號(hào)最終引起細(xì)胞反應(yīng)。第13頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、被動(dòng)運(yùn)輸

1、概念:P71順濃度梯度；不消耗能量2、類型:簡(jiǎn)單擴(kuò)散（自由擴(kuò)散）:

順濃度梯度，不耗能，不需要膜蛋白。協(xié)助擴(kuò)散（促進(jìn)擴(kuò)散）:

順濃度梯度，不耗能，需要膜蛋白。第14頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）、簡(jiǎn)單擴(kuò)散第15頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月簡(jiǎn)單擴(kuò)散也叫自由擴(kuò)散（freediffusion）：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)有膜蛋白協(xié)助。通透性P=KD/d，K為分配系數(shù)，D為擴(kuò)散系數(shù)，d為膜的厚度。第16頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、簡(jiǎn)單擴(kuò)散的限制因素

脂溶性:脂溶性越強(qiáng)，通過(guò)脂雙層膜的速率越快

相對(duì)分子質(zhì)量:相對(duì)分子質(zhì)量小，脂溶性高的分子才能快速擴(kuò)散

物質(zhì)的帶電性:

不帶電荷的極性分子第17頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）水孔蛋白（Aquaporin，AQP）：水分子的跨膜通道1991年，Agre發(fā)現(xiàn)第一個(gè)水通道蛋白CHIP28第18頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）、協(xié)助擴(kuò)散P71特異的膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白“協(xié)助”物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)第20頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月促進(jìn)擴(kuò)散的速度要快幾個(gè)數(shù)量級(jí)具有飽和性:當(dāng)溶質(zhì)的跨膜濃度差達(dá)到一定程度時(shí)，促進(jìn)擴(kuò)散的速度不再提高。具有高度的選擇性:如運(yùn)輸?shù)鞍啄軌驇椭咸烟强焖龠\(yùn)輸，但不幫助與葡萄糖結(jié)構(gòu)類似的糖類運(yùn)輸。1、協(xié)助擴(kuò)散同簡(jiǎn)單擴(kuò)散相比，具有以下一些特點(diǎn)：第21頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第22頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（四）、主動(dòng)運(yùn)輸

（一）概念：由載體蛋白介導(dǎo)的物質(zhì)逆濃度梯度的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式。

第23頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主動(dòng)運(yùn)輸特點(diǎn)：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。能量來(lái)源：①協(xié)同運(yùn)輸中的離子梯度動(dòng)力；②ATP驅(qū)動(dòng)的泵通過(guò)水解ATP獲得能量；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24頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主動(dòng)運(yùn)輸類型濃度梯度光驅(qū)泵蛋白ATP-驅(qū)動(dòng)泵蛋白偶聯(lián)載體第25頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)ATP驅(qū)動(dòng)泵和主動(dòng)運(yùn)輸ATP驅(qū)動(dòng)泵分類：P—型離子泵V—型質(zhì)子泵F—型質(zhì)子泵ABC超家族第26頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P—型離子泵(P74)

對(duì)離子的轉(zhuǎn)運(yùn)循環(huán)依賴自磷酸化過(guò)程，所以叫做P-type離子泵。第27頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）、鈉鉀泵—?jiǎng)游锛?xì)胞的質(zhì)膜

是Na+-K+ATP酶

,由2個(gè)大亞基、2個(gè)小亞基組成的4聚體.

Na+電化學(xué)梯度細(xì)胞外K+電化學(xué)梯度K+結(jié)合位點(diǎn)胞質(zhì)溶膠Na+結(jié)合位點(diǎn)一、P——型離子泵第28頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月工作原理:細(xì)胞外胞質(zhì)溶膠ATP將泵蛋白磷酸化K+的結(jié)合使泵蛋白去磷酸化第29頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞必須進(jìn)行滲透壓調(diào)節(jié)(P75)第30頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞以不同的方式避免被漲破第31頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Na+-K+泵的作用：維持細(xì)胞的滲透性，保持細(xì)胞的體積；維持低Na+高K+的細(xì)胞內(nèi)環(huán)境；維持細(xì)胞的靜息電位；吸收營(yíng)養(yǎng)。烏苯苷等強(qiáng)心劑抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助提高于其活性。第32頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）、鈣泵(P75)及其他P－型離子泵Ca2+

ATP酶

第33頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月H+泵(P76)—植物細(xì)胞、真菌和細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)膜H+

ATP酶，建立跨膜的H+電化學(xué)梯度，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞第34頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月質(zhì)子泵1、P-type：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：存在于各類小泡膜上，水解ATP產(chǎn)生能量，但不發(fā)生自磷酸化，位于溶酶體膜、內(nèi)體、植物液泡膜上。3、F-type：利用質(zhì)子動(dòng)力勢(shì)合成ATP，即ATP合酶，位于細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜、類囊體膜上。第35頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P-型泵V-型泵第36頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定子轉(zhuǎn)子

F-型泵：H+-ATP酶

第37頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、ABC

超家族ABC超家族（ABCsuperfamily）最早發(fā)現(xiàn)于細(xì)菌，屬于一個(gè)龐大的蛋白家族，每個(gè)成員都有兩個(gè)高度保守的ATP結(jié)合區(qū)（ATPbindingcassette），故名ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器。第38頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月MammalianMDR1protein第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的真核細(xì)胞的ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器是多藥抗性蛋白（multidrugresistanceprotein,MDR），約40%患者的癌細(xì)胞內(nèi)該基因過(guò)度表達(dá)。ABC轉(zhuǎn)運(yùn)器還與病原體對(duì)藥物的抗性有關(guān)。第39頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月FourtypesofATP-poweredpumps第40頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、協(xié)同運(yùn)輸（cotransport)—偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)概念:特點(diǎn)：靠間接提供能量完成主動(dòng)運(yùn)輸。所需能量來(lái)自膜兩側(cè)離子的濃度梯度。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)。第41頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

協(xié)同運(yùn)輸分為：同向協(xié)同和反向協(xié)同

第42頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、同向協(xié)同（symport）如小腸細(xì)胞對(duì)葡萄糖的吸收伴隨著Na+的進(jìn)入。某些細(xì)菌對(duì)乳糖的吸收伴隨著H+的進(jìn)入。2、反向協(xié)同（antiport）如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43頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小腸上皮細(xì)胞吸收葡萄糖示意圖葡萄糖濃度：高低低葡萄糖Na+-驅(qū)動(dòng)同向轉(zhuǎn)運(yùn)將葡萄糖引入細(xì)胞載體蛋白介導(dǎo)的被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)將葡萄糖送出細(xì)胞小腸腸腔小腸上皮細(xì)胞Na+-K+泵小腸上皮細(xì)胞微絨毛細(xì)胞外體液第44頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、被動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸比較主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)濃度梯度載體蛋白通道蛋白被轉(zhuǎn)運(yùn)的分子簡(jiǎn)單擴(kuò)散通道蛋白介導(dǎo)載體蛋白介導(dǎo)第45頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)胞吞作用和胞吐作用膜泡運(yùn)輸批量運(yùn)輸主動(dòng)運(yùn)輸真核細(xì)胞通過(guò)內(nèi)吞作用（endocytosis）和外排作用（exocytosis）完成大分子與顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸。因貨物包被在囊泡中，又稱膜泡運(yùn)輸。第46頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、胞吞作用—細(xì)胞外物體（或大分子物質(zhì)）進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的渠道胞吞作用胞吞泡胞飲作用吞噬作用胞飲泡吞噬泡第47頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.胞飲作用與吞噬作用細(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，稱為吞噬作用。第48頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吞噬作用：巨噬細(xì)胞正在吞噬死亡的紅細(xì)胞偽足邊緣第49頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月吞噬作用：嗜中性細(xì)胞正在吞噬分裂中的細(xì)菌細(xì)菌偽足細(xì)胞質(zhì)膜噬中性細(xì)胞第50頁(yè)，課件共60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)。胞飲作用第51頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月胞飲作用：卵細(xì)胞正在攝取脂蛋白1342細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞外網(wǎng)格蛋白脂蛋白球第52頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月胞飲泡形成機(jī)制網(wǎng)格蛋白分子三角蛋白體（triskelion）三角蛋白體的可能結(jié)構(gòu)組成[含三個(gè)輕鏈和三個(gè)重鏈]由36個(gè)三角蛋白體組成的網(wǎng)格蛋白包被（電鏡圖）網(wǎng)格蛋白第53頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月網(wǎng)格蛋白小泡的組裝和拆卸銜接蛋白裸露的轉(zhuǎn)運(yùn)小泡貨物蛋白受體出芽形成貨物蛋白質(zhì)網(wǎng)格蛋白小泡形成蛋白質(zhì)包被組裝;貨物蛋白質(zhì)選擇有被小泡發(fā)動(dòng)蛋白脫包被具選擇性細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)第54頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、受體介導(dǎo)的胞吞作用細(xì)胞吸收膽固醇：膽固醇在血管里以膽固醇酯存在于脂蛋白顆粒中，叫做“低密度脂蛋白（LDL，lowdensitylipoproteins）”膽固醇分子膽固醇酯分子磷脂單層蛋白質(zhì)分子的表面突出一個(gè)LDL顆粒第55頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞以受體為媒介輸入膽固醇（2）第56頁(yè)，課件共60頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月受體通過(guò)胞吞作用進(jìn)入細(xì)胞后的命運(yùn)1、再循環(huán)（recycling）：受體返回到原來(lái)的細(xì)胞質(zhì)膜區(qū)域2、轉(zhuǎn)包吞作用（transcytosis）受體被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞質(zhì)膜的不同區(qū)域3、降解（degradation）：胞內(nèi)體接受水解酶后演變成溶酶體,受體被降解細(xì)胞質(zhì)膜的頂端區(qū)域細(xì)胞質(zhì)膜的基部（側(cè)面）區(qū)域胞吞作用轉(zhuǎn)運(yùn)