第五章物质的跨膜运输PPT学习教案

会计学1第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输第1页/共45页第一节第一节 膜转运蛋白与物膜转运蛋白与物质的跨膜运输质的跨膜运输被动运输（被动运输（passive transport）主动运输（主动运输（active transport）第2页/共45页一、被动运输一、被动运输概念：被动运输（概念：被动运输（passive transport）是通过简单扩散）是通过简单扩散或或 协助扩散实现物质由协助扩散实现物质由高高浓度向浓度向低低浓度方向的跨膜运浓度方向的跨膜运 转。转。特点：运输方向；跨膜动力；能量消耗；膜转运蛋白。特点：运输方向；跨膜动力；能量消耗；膜转运蛋白。类型：简单扩散（类型：简单扩散（simple diffusion） 协助扩散（协助扩散（facilitated diffusion） 第3页/共45页（一）简单扩散（一）简单扩散概念概念：又称为自由扩散（：又称为自由扩散（free diffusion），），是疏水小分子或是疏水小分子或 小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋 白参与的跨膜运输方式。白参与的跨膜运输方式。特点特点：沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需要提供：沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；不需要提供 能量；没有膜蛋白的协助。能量；没有膜蛋白的协助。某种物质对膜的某种物质对膜的通透性通透性（P）可以根据它在水和油中的分配可以根据它在水和油中的分配系数（系数（K）及扩散系数（及扩散系数（D）来计算：来计算：P=KD/t（t为膜的厚度为膜的厚度） 第4页/共45页第5页/共45页概念概念：也称促进扩散：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在是极性分子和无机离子在膜转运蛋白膜转运蛋白协助协助 下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。特点特点：转运速率高；：转运速率高； 存在最大转运速率；存在最大转运速率； 有膜转运蛋有膜转运蛋 白参与，有特异性。白参与，有特异性。膜转运蛋白膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。分为是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。分为载载体蛋白体蛋白（carrier proteincarrier protein）和通道蛋白（和通道蛋白（channel proteinchannel protein）。）。（二）协助扩散（二）协助扩散第6页/共45页第7页/共45页第8页/共45页载体蛋白（载体蛋白（carrier protein）载体蛋白（载体蛋白（carrier protein）是在生物膜上普遍存是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶质分子结在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶质分子结合，通过构象改变介导溶质的合，通过构象改变介导溶质的主动主动和和被动被动跨膜运输跨膜运输。第9页/共45页第10页/共45页相同点：相同点：特异性，有特异的结合位点；特异性，有特异的结合位点； 有饱和动力曲线；有饱和动力曲线； 受抑制剂的影响。受抑制剂的影响。不同点：可改变过程的平衡点；不同点：可改变过程的平衡点； 不对溶质分子作任何共价修饰。不对溶质分子作任何共价修饰。和酶的异同点：和酶的异同点：第11页/共45页通道蛋白（通道蛋白（channel protein）概念概念：通道蛋白（：通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通是横跨质膜的亲水性通 道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过， 又称为离子通道。又称为离子通道。特征特征：一是离子通道具有选择性；二是离子通道是门控的。：一是离子通道具有选择性；二是离子通道是门控的。类型类型：电压门通道（电压门通道（voltage-gated channel） 配体门通道（配体门通道（ligand-gated channel） 压力激活通道压力激活通道（stress-activated channel）第12页/共45页第13页/共45页第14页/共45页二、主动运输二、主动运输概念概念：主动运输（：主动运输（active transport）是指由载体蛋白介导的是指由载体蛋白介导的 物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低的一侧向物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低的一侧向 浓度浓度 高的一侧的跨膜运输方式。高的一侧的跨膜运输方式。特点特点： 运输方向；运输方向； 膜转运蛋白；膜转运蛋白； 消耗能量。消耗能量。主动运输所需能量的主动运输所需能量的来源来源主要有：主要有： 1. ATP直接提供能量直接提供能量2. ATP间接提供能量间接提供能量3. 光能驱动光能驱动第15页/共45页第16页/共45页 ATP直接提供能量驱动的主动运输直接提供能量驱动的主动运输钠钾泵（钠钾泵（NaNa+ +-K-K+ + -ATP酶）酶） 结构和作用机制结构和作用机制 作用作用：维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；：维持细胞的渗透性，保持细胞的体积； 维持低维持低NaNa+ +高高K K+ +的细胞内环境，维持细胞的静息的细胞内环境，维持细胞的静息 电位。电位。钙泵钙泵（Ca2+-ATP酶）酶）质子泵：质子泵： P-型质子泵、型质子泵、V-型质子泵、型质子泵、H+-ATP酶（或酶（或F 型）型）ABCABC转换器转换器第17页/共45页第18页/共45页第19页/共45页钙泵钙泵（Ca2+-ATP酶）酶）第20页/共45页第21页/共45页质子泵质子泵第22页/共45页ABCABC转换器转换器第23页/共45页第24页/共45页概念概念：协同运输（：协同运输（cotransportcotransport）是指一种物质的运输伴随另是指一种物质的运输伴随另 一种物质的运输。它是一类靠间接提供能量完成的主动一种物质的运输。它是一类靠间接提供能量完成的主动 运输方式。运输方式。能量能量：钠钾泵或质子泵通过消耗：钠钾泵或质子泵通过消耗ATPATP产生膜两侧的电化学浓度产生膜两侧的电化学浓度 梯度，驱动协同运输的进行。梯度，驱动协同运输的进行。 动物细胞动物细胞中常常利用膜两侧中常常利用膜两侧NaNa+ +浓度梯度来驱动，浓度梯度来驱动，植物植物 细胞和细菌细胞和细菌常利用常利用H H+ +浓度梯度来驱动。浓度梯度来驱动。类型类型：共运输（同向协同（：共运输（同向协同（symportsymport） 对运输（反向协同（对运输（反向协同（antiportantiport）ATP间接提供能量的主动运输间接提供能量的主动运输第25页/共45页第26页/共45页物质的跨膜运输和膜电位物质的跨膜运输和膜电位膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。静息电位（静息电位（resting potential）：）：细胞在静息状态下的膜电位。细胞在静息状态下的膜电位。动作电位（动作电位（active potential）：）：细胞在刺激作用下的膜电位。细胞在刺激作用下的膜电位。极化：在静息电位状态下，质膜内为负值，外为正值的现象。极化：在静息电位状态下，质膜内为负值，外为正值的现象。去极化：由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消失。去极化：由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消失。反极化：离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位的现象。反极化：离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位的现象。超极化：离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。超极化：离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。第27页/共45页三、膜泡运输三、膜泡运输膜泡运输完成膜泡运输完成大分子大分子和和颗粒性物质颗粒性物质的跨膜运输，因质膜形的跨膜运输，因质膜形成囊泡而得名，又称成囊泡而得名，又称批量运输（批量运输（bulk transport）。）。根据物质的运输方向分为：胞吞作用根据物质的运输方向分为：胞吞作用（endocytosis） 胞吐作用胞吐作用（exocytosis）第28页/共45页第29页/共45页（一）（一）胞吞作用胞吞作用概念概念：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡）：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡）， 将外界物质裹进并输入细胞的过程。将外界物质裹进并输入细胞的过程。类型类型：胞饮作用（胞饮作用（pinocytosispinocytosis） 吞噬作用（吞噬作用（phagocytosisphagocytosis）第30页/共45页胞饮作用胞饮作用特点：胞吞物为液体和溶质；特点：胞吞物为液体和溶质； 形成的胞吞泡小（直径小于形成的胞吞泡小（直径小于150nm）；）； 连续发生的过程；连续发生的过程； 网格蛋白和结合素蛋白。网格蛋白和结合素蛋白。有被小泡有被小泡胞吞泡的形成：配体和受体结合胞吞泡的形成：配体和受体结合网格蛋白聚集网格蛋白聚集有被小窝有被小窝去被的囊泡和胞内体融合去被的囊泡和胞内体融合第31页/共45页 第32页/共45页第33页/共45页吞噬作用吞噬作用特点：胞吞物为特点：胞吞物为大分子大分子和和颗粒颗粒物质；物质； 形成的胞吞泡大（直径大于形成的胞吞泡大（直径大于250nm）；）； 信号触发过程；信号触发过程； 微丝和结合蛋白。微丝和结合蛋白。作用：防御侵染和垃圾清除工。作用：防御侵染和垃圾清除工。第34页/共45页第35页/共45页胞饮作用和吞噬作用的胞饮作用和吞噬作用的区别区别 特特 征征 物质物质 胞吞泡的大小胞吞泡的大小 转运方式转运方式 胞吞泡形成机制胞吞泡形成机制胞饮作用胞饮作用 溶液溶液 小于小于150150nm nm 连续的过程连续的过程 网格蛋白和接合素蛋白网格蛋白和接合素蛋白吞噬作用吞噬作用 大颗粒大颗粒 大于大于250250nm nm 受体介导的信受体介导的信 微丝和结合蛋白微丝和结合蛋白 号触发过程号触发过程第36页/共45页 （1）网格蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，介导高尔）网格蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡，介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输，以及质膜到内膜区隔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输，以及质膜到内膜区隔的膜泡运输。的膜泡运输。 （2）COP I衣被小泡衣被小泡负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网。起初发现于高尔基体碎片，在含有质网。起初发现于高尔基体碎片，在含有ATP的溶液中温育时的溶液中温育时，能形成非笼形蛋白包被的小泡。，能形成非笼形蛋白包被的小泡。 （3）COP II主要介导从内质网到高尔基体的物质运输。最主要介导从内质网到高尔基体的物质运输。最早发现于酵母早发现于酵母ER在在ATP存在的细胞质液中温育时，存在的细胞质液中温育时，ER膜上能膜上能形成类似于形成类似于COP I的衣被小泡，酵母的衣被小泡，酵母COP II衣被蛋白的变异体衣被蛋白的变异体，会在内质网中积累蛋白质。，会在内质网中积累蛋白质。第37页/共45页（二）受体介导的胞吞作用（二）受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用：配体和受体结合受体介导的胞吞作用：配体和受体结合网格蛋白聚集网格蛋白聚集有被小窝有被小窝去被的囊泡和去被的囊泡和胞内体胞内体融合融合有被小泡有被小泡胞内体胞内体是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞是动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞吞作用摄入的物质到溶酶体中被降解。吞作用摄入的物质到溶酶体中被降解。溶酶体溶酶体第38页/共45页 第39页/共45页 第40页/共45页第41页/共45页不同类型受体的胞内体的分选途径：不同类型受体的胞内体的分选途径：（1）返回原来的质膜结构域，重新发挥受体的作用；）返回原来的质膜结构域，重新发挥受体的作用；（2）进入溶酶体中被消化掉，称为受体下行调节；）进入溶酶体中被消化掉，称为受体下行调节；（3）被运至质膜的不同结构域，称为跨细胞的转运。）被运至质膜的不同结构域，称为跨细胞的转运。第42页/共45页（三）（三）胞吐作用胞吐作用第43页/共45页第44页/共45页