第五章 物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

第五章物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸?shù)谝豁?，共四十二頁，編輯?023年，星期一內(nèi)容提要被動(dòng)運(yùn)輸?shù)幕靖拍睢⒑唵螖U(kuò)散的特征、協(xié)助擴(kuò)散的特征；協(xié)助擴(kuò)散的輔助蛋白類型：載體蛋白、通道蛋白；載體蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)方式；通道蛋白的門控類型；被動(dòng)運(yùn)輸與主動(dòng)運(yùn)輸?shù)膮^(qū)別；離子泵的概念；ATP供能的主動(dòng)運(yùn)輸、鈉鉀泵、P型離子泵的特點(diǎn)；V型與F型質(zhì)子泵；ABC超家族的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用；協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)；胞吞作用與胞吐作用的基本概念；胞飲作用、吞噬作用的區(qū)別；受體介導(dǎo)與胞吞作用的主要過程。第二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第一節(jié)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白與物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）主動(dòng)運(yùn)輸（activetransport）第三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一一、被動(dòng)運(yùn)輸概念：被動(dòng)運(yùn)輸（passivetransport）是通過簡單擴(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。類型：簡單擴(kuò)散（simplediffusion）協(xié)助擴(kuò)散（facilitateddiffusion）第四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一（一）簡單擴(kuò)散概念：又稱為自由擴(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沒有膜蛋白的協(xié)助。某種物質(zhì)對膜的通透性（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）來計(jì)算：P=KD/t（t為膜的厚度）

第五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一概念：也稱促進(jìn)擴(kuò)散，是極性分子和無機(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轉(zhuǎn)運(yùn)速率高；②存在最大轉(zhuǎn)運(yùn)速率；③有膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白參與，有特異性。膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是指鑲嵌在膜上和物質(zhì)運(yùn)輸有關(guān)的跨膜蛋白。分為載體蛋白（carrierprotein）和通道蛋白（channelprotein）。（二）協(xié)助擴(kuò)散第七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一載體蛋白（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。第十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一相同點(diǎn)：①特異性，有特異的結(jié)合位點(diǎn)；②有飽和動(dòng)力曲線；③受抑制劑的影響。不同點(diǎn)：①可改變過程的平衡點(diǎn)；②不對溶質(zhì)分子作任何共價(jià)修飾。和酶的異同點(diǎn)：第十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一通道蛋白（channelprotein）概念：通道蛋白（channelprotein）是橫跨質(zhì)膜的親水性通道，允許適當(dāng)大小的分子和帶電荷的離子順梯度通過，又稱為離子通道。特征：一是離子通道具有選擇性；二是離子通道是門控的。類型：電壓門通道（voltage-gatedchannel）配體門通道（ligand-gatedchannel）壓力激活通道（stress-activatedchannel） 第十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一二、主動(dòng)運(yùn)輸概念：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。特點(diǎn)：①運(yùn)輸方向；②膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白；③消耗能量。主動(dòng)運(yùn)輸所需能量的來源主要有：

1.ATP直接提供能量

2.ATP間接提供能量

3.光能驅(qū)動(dòng)第十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一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）結(jié)構(gòu)和作用機(jī)制作用：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，維持細(xì)胞的靜息電位。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）ABC轉(zhuǎn)換器第十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第二十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一鈣泵（Ca2+-ATP酶）第二十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第二十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一質(zhì)子泵第二十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一ABC轉(zhuǎn)換器第二十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第二十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一協(xié)同運(yùn)輸（cotransport）是一類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+濃度梯度來驅(qū)動(dòng)，植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H+濃度梯度來驅(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+濃度梯度來驅(qū)動(dòng)，植物細(xì)胞和細(xì)菌常利用H+濃度梯度來驅(qū)動(dòng)。類型：共運(yùn)輸（同向協(xié)同（symport））對運(yùn)輸（反向協(xié)同（antiport））

ATP間接提供能量的主動(dòng)運(yùn)輸?shù)诙?，共四十二頁，編輯?023年，星期一第二十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸和膜電位膜電位：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)致靜息電位超過原來的值。第二十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一三、膜泡運(yùn)輸膜泡運(yùn)輸完成大分子和顆粒性物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸，因質(zhì)膜形成囊泡而得名，又稱批量運(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）第二十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第三節(jié)胞吞作用與胞吐作用胞吞作用（endocytosis）胞吐作用（exocytosis）第三十頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一（一）胞吞作用概念：胞吞作用通過細(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)胞的過程。類型：胞飲作用（pinocytosis）吞噬作用（phagocytosis）第三十一頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一胞飲作用特點(diǎn)：胞吞物為液體和溶質(zhì)；形成的胞吞泡小（直徑小于150nm）；連續(xù)發(fā)生的過程；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)體融合第三十二頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一

第三十三頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第三十四頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一吞噬作用特點(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）；信號觸發(fā)過程；微絲和結(jié)合蛋白。作用：防御侵染和垃圾清除工。第三十五頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一第三十六頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一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)的信微絲和結(jié)合蛋白號觸發(fā)過程第三十七頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一（1）網(wǎng)格蛋白衣被小泡是最早發(fā)現(xiàn)的衣被小泡，介導(dǎo)高爾基體到內(nèi)體、溶酶體、植物液泡的運(yùn)輸，以及質(zhì)膜到內(nèi)膜區(qū)隔的膜泡運(yùn)輸。（2）COPI衣被小泡負(fù)責(zé)回收、轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)逃逸蛋白返回內(nèi)質(zhì)網(wǎng)。起初發(fā)現(xiàn)于高爾基體碎片，在含有ATP的溶液中溫育時(shí)，能形成非籠形蛋白包被的小泡。（3）COPII主要介導(dǎo)從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到高爾基體的物質(zhì)運(yùn)輸。最早發(fā)現(xiàn)于酵母ER在ATP存在的細(xì)胞質(zhì)液中溫育時(shí)，ER膜上能形成類似于COPI的衣被小泡，酵母COPII衣被蛋白的變異體，會(huì)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中積累蛋白質(zhì)。

第三十八頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一（二）受體介導(dǎo)的胞吞作用受體介導(dǎo)的胞吞作用：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(dòng)物細(xì)胞內(nèi)由膜包圍的細(xì)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。溶酶體第三十九頁，共四十二頁，編輯于2023年，星期一