B跨膜运输课件

第四章第四章 B B物质的跨膜运输物质的跨膜运输第三节第三节 小分子物质的跨膜转运小分子物质的跨膜转运细胞膜是选择性半透膜细胞膜是选择性半透膜不同物质对人工脂双层膜的相对通透性不同物质对人工脂双层膜的相对通透性被动运输被动运输被动运输被动运输（passive transportpassive transport）：）：）：）：物质物质物质物质顺浓度梯度顺浓度梯度顺浓度梯度顺浓度梯度 进出细胞，不需要消耗能量。进出细胞，不需要消耗能量。进出细胞，不需要消耗能量。进出细胞，不需要消耗能量。主动运输主动运输主动运输主动运输（active transportactive transport）：物质）：物质）：物质）：物质逆浓度梯度逆浓度梯度逆浓度梯度逆浓度梯度 进出细胞进出细胞进出细胞进出细胞，而且需要载体蛋白、消耗能量。，而且需要载体蛋白、消耗能量。，而且需要载体蛋白、消耗能量。，而且需要载体蛋白、消耗能量。小分子物质跨膜转运的主要方式：小分子物质跨膜转运的主要方式：简单扩散简单扩散简单扩散简单扩散易化扩散易化扩散易化扩散易化扩散（协助扩散）（协助扩散）（协助扩散）（协助扩散）Figure 11-4a Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)物质跨膜转运的主要方式：物质跨膜转运的主要方式：Passive and active transport compared一、一、简单扩散（简单扩散（simple diffusion）1.1.1.1.概念：概念：概念：概念：指物质顺浓度梯度从高浓度一侧通过细指物质顺浓度梯度从高浓度一侧通过细指物质顺浓度梯度从高浓度一侧通过细指物质顺浓度梯度从高浓度一侧通过细胞膜向低浓度一侧移动的方式，不需消耗能量，胞膜向低浓度一侧移动的方式，不需消耗能量，胞膜向低浓度一侧移动的方式，不需消耗能量，胞膜向低浓度一侧移动的方式，不需消耗能量，又称又称又称又称被动扩散被动扩散被动扩散被动扩散（passive diffusionpassive diffusionpassive diffusionpassive diffusion）。2.2.2.2.特点：特点：特点：特点：不消耗能量；不消耗能量；不消耗能量；不消耗能量；不需要膜蛋白协助；不需要膜蛋白协助；不需要膜蛋白协助；不需要膜蛋白协助；运输速度取决于分子的大小和脂溶性。运输速度取决于分子的大小和脂溶性。运输速度取决于分子的大小和脂溶性。运输速度取决于分子的大小和脂溶性。3.3.3.3.运输对象：运输对象：运输对象：运输对象：O O O O2 2 2 2、COCOCOCO2 2 2 2、乙醇、尿素、乙醇、尿素、乙醇、尿素、乙醇、尿素简单扩散简单扩散细细胞胞外外细细胞胞内内小分子物质细细胞胞膜膜肺泡与肺毛细血管之间的气体交换肺泡与肺毛细血管之间的气体交换肺泡与肺毛细血管之间的气体交换肺泡与肺毛细血管之间的气体交换二、膜转运蛋白介导的跨膜运输二、膜转运蛋白介导的跨膜运输膜转运蛋白可分为两类：膜转运蛋白可分为两类：载体蛋白（载体蛋白（载体蛋白（载体蛋白（carrier protein)carrier protein)通道蛋白通道蛋白通道蛋白通道蛋白 (channel protein)(channel protein)与特定物质结合改变构象使物质穿越与特定物质结合改变构象使物质穿越与特定物质结合改变构象使物质穿越与特定物质结合改变构象使物质穿越细胞膜。细胞膜。细胞膜。细胞膜。形成贯穿脂双层之间形成贯穿脂双层之间形成贯穿脂双层之间形成贯穿脂双层之间的通道。的通道。的通道。的通道。1.1.离子通道的特点：离子通道的特点：离子通道的特点：离子通道的特点：物质的运输速度快。物质的运输速度快。物质的运输速度快。物质的运输速度快。离子通道具有高度选择性。离子通道具有高度选择性。离子通道具有高度选择性。离子通道具有高度选择性。大多数离子通道不是持续开放的，大多数离子通道不是持续开放的，大多数离子通道不是持续开放的，大多数离子通道不是持续开放的，受受“闸门闸门”控制控制。均为被动运输。均为被动运输。均为被动运输。均为被动运输。（一）通道蛋白介导的跨膜运输（一）通道蛋白介导的跨膜运输 典型的由通道蛋白介导的：是离子通道典型的由通道蛋白介导的：是离子通道典型的由通道蛋白介导的：是离子通道典型的由通道蛋白介导的：是离子通道 离子通道的类型离子通道的类型 配体闸门通道配体闸门通道(ligand-gated channels）乙酰胆碱受体。）乙酰胆碱受体。电压闸门通道电压闸门通道(voltage-gated channels)主要存在于可兴奋细胞，如神经元、肌细胞等。主要存在于可兴奋细胞，如神经元、肌细胞等。（3）压力激活通道（）压力激活通道（stress-activated channel)如内耳毛细胞感如内耳毛细胞感受声波震动。受声波震动。（二）载体蛋白介导的易化扩散（二）载体蛋白介导的易化扩散1.1.易化扩散易化扩散易化扩散易化扩散（facilitated diffusionfacilitated diffusion）：各种极性分子和无机离子通过各种极性分子和无机离子通过各种极性分子和无机离子通过各种极性分子和无机离子通过膜转运蛋白膜转运蛋白膜转运蛋白膜转运蛋白 顺浓度顺浓度顺浓度顺浓度梯度梯度梯度梯度 的跨膜转运过程。的跨膜转运过程。的跨膜转运过程。的跨膜转运过程。2.2.运输对象：运输对象：运输对象：运输对象：葡萄糖、氨基酸及细胞代谢物葡萄糖、氨基酸及细胞代谢物葡萄糖、氨基酸及细胞代谢物葡萄糖、氨基酸及细胞代谢物3.3.特点：特点：特点：特点：不消耗代谢能不消耗代谢能不消耗代谢能不消耗代谢能 需要载体蛋白的协助需要载体蛋白的协助需要载体蛋白的协助需要载体蛋白的协助具有特异性具有特异性具有特异性具有特异性 具有饱和性具有饱和性具有饱和性具有饱和性可被竞争性阻断剂阻断可被竞争性阻断剂阻断可被竞争性阻断剂阻断可被竞争性阻断剂阻断Figure 11-5 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)易化扩散易化扩散（三）载体蛋白介导的主动运输（三）载体蛋白介导的主动运输概念：由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化概念：由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化概念：由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化概念：由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度进行跨膜转运的方式，消耗能量。学梯度进行跨膜转运的方式，消耗能量。学梯度进行跨膜转运的方式，消耗能量。学梯度进行跨膜转运的方式，消耗能量。主要特点：主要特点：主要特点：主要特点：消耗代谢能消耗代谢能消耗代谢能消耗代谢能 需要特定载体蛋白即离子泵的介导需要特定载体蛋白即离子泵的介导需要特定载体蛋白即离子泵的介导需要特定载体蛋白即离子泵的介导具有特异性具有特异性具有特异性具有特异性 对维持细胞内外溶质浓度的差异和稳定性有重要作用对维持细胞内外溶质浓度的差异和稳定性有重要作用对维持细胞内外溶质浓度的差异和稳定性有重要作用对维持细胞内外溶质浓度的差异和稳定性有重要作用可被竞争性阻断剂阻断可被竞争性阻断剂阻断可被竞争性阻断剂阻断可被竞争性阻断剂阻断Figure 11-7 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)主动运输主动运输1.Na1.Na-K-K泵泵泵泵NaNa-K-K-ATP-ATP酶酶酶酶功能：功能：功能：功能：泵入泵入泵入泵入K K K K+泵出泵出泵出泵出NaNaNaNa+，形成并保持膜内高钾，形成并保持膜内高钾，形成并保持膜内高钾，形成并保持膜内高钾 膜外膜外膜外膜外高钠的分布。维持渗透压平衡维持正常细胞体积高钠的分布。维持渗透压平衡维持正常细胞体积高钠的分布。维持渗透压平衡维持正常细胞体积高钠的分布。维持渗透压平衡维持正常细胞体积，建立势能贮备，提供驱动力。为蛋白质合成及许建立势能贮备，提供驱动力。为蛋白质合成及许建立势能贮备，提供驱动力。为蛋白质合成及许建立势能贮备，提供驱动力。为蛋白质合成及许多代谢反应提供必要的离子浓度。多代谢反应提供必要的离子浓度。多代谢反应提供必要的离子浓度。多代谢反应提供必要的离子浓度。特性：特性：特性：特性：运出运出运出运出3 3 NaNa+转入转入转入转入 2 2 KK+ATPFigure 11-14 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)The NaNa-K-Kpumppump钠钾泵（钠钾泵（Na+-K+-ATP酶）的结构酶）的结构Figure 11-15 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)A model of the pumping cycle of the NaNa-K-Kpumppump2.Ca2.Ca2 2泵泵泵泵CaCa2 2-ATP-ATP酶酶酶酶作用：作用：作用：作用：维持细胞内较低的钙离子浓度。维持细胞内较低的钙离子浓度。维持细胞内较低的钙离子浓度。维持细胞内较低的钙离子浓度。（细胞内（细胞内（细胞内（细胞内CaCa2+2+浓度浓度浓度浓度1010-7-7 MM，细胞外，细胞外，细胞外，细胞外1010-3-3 MM）特性：特性：特性：特性：泵出泵出泵出泵出2 2个个个个CaCa2+2+/每每每每ATPATP 。位置：位置：位置：位置：肌细胞肌浆网肌细胞肌浆网肌细胞肌浆网肌细胞肌浆网 同向运输同向运输同向运输同向运输 对向运输对向运输对向运输对向运输载体蛋白介导的协同运输载体蛋白介导的协同运输载体蛋白介导的协同运输载体蛋白介导的协同运输协同运输协同运输协同运输协同运输：常见于小肠上皮细胞，常见于小肠上皮细胞，常见于小肠上皮细胞，常见于小肠上皮细胞，常见于常见于常见于常见于NaNa+-葡萄糖，葡萄糖，葡萄糖，葡萄糖，NaNa+-H-H+交换载体交换载体交换载体交换载体小分子物质的跨膜转运小分子物质的跨膜转运小分子物质的跨膜转运小分子物质的跨膜转运转运分子转运分子单向运输单向运输同向运输同向运输对向运输对向运输协同转运的离子协同转运的离子协同转运协同转运脂脂双双层层3.协同运输协同运输(co-transport)：同向运输同向运输(symsport)：小肠上皮细胞吸收葡萄糖小肠上皮细胞吸收葡萄糖对向运输对向运输(antiport)：Na+-H+交换载体交换载体Figure 11-9 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)One way in which a glucose transporter can be driven by a Na gradient协同运输协同运输介导葡萄糖介导葡萄糖易化扩散易化扩散的载体蛋白的载体蛋白小肠上小肠上皮细胞皮细胞吸收葡吸收葡萄糖萄糖Na+驱动驱动葡萄糖同向葡萄糖同向协同运输协同运输 肠腔肠腔微绒毛微绒毛紧密连接紧密连接肠上皮细胞肠上皮细胞细胞外液细胞外液肠上皮细胞转运蛋白的不肠上皮细胞转运蛋白的不对称分布造成葡萄糖从肠对称分布造成葡萄糖从肠腔到血液的跨细胞膜转运腔到血液的跨细胞膜转运Na-H+交换载体交换载体调节细胞内调节细胞内PHNaNa+H+1.1.为小分子物质逆浓度梯度的转运为小分子物质逆浓度梯度的转运2.2.需要消耗能量需要消耗能量3.3.需要膜上的特异性载体介导需要膜上的特异性载体介导 主动运输的特点主动运输的特点 小分子物质小分子物质跨膜运输跨膜运输被动运输被动运输 简单扩散简单扩散主动运输主动运输 易化扩散易化扩散通道蛋白介导的扩散通道蛋白介导的扩散Na-K泵泵Ca2+-pumpNa-H+交换载体交换载体小小 结结膜泡运输：膜泡运输：膜泡运输：膜泡运输：细胞与环境中的大分子和颗粒物质细胞与环境中的大分子和颗粒物质细胞与环境中的大分子和颗粒物质细胞与环境中的大分子和颗粒物质 不不不不能直接进行跨膜运输，必须由膜包围形成小泡进能直接进行跨膜运输，必须由膜包围形成小泡进能直接进行跨膜运输，必须由膜包围形成小泡进能直接进行跨膜运输，必须由膜包围形成小泡进行运输。行运输。行运输。行运输。第三节第三节 大分子和颗粒物质的跨膜运输大分子和颗粒物质的跨膜运输 膜泡运输是膜泡运输是膜泡运输是膜泡运输是主动运输主动运输主动运输主动运输的形式之一，它的活动需要的形式之一，它的活动需要的形式之一，它的活动需要的形式之一，它的活动需要 消耗能量消耗能量消耗能量消耗能量。膜膜膜膜泡泡泡泡运运运运输输输输 胞吞作用胞吞作用胞吞作用胞吞作用(endocytosisendocytosis)胞吐作用胞吐作用胞吐作用胞吐作用(exocytosis)(exocytosis)胞饮作用胞饮作用吞噬作用吞噬作用受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用膜泡运输的方式：膜泡运输的方式：大分子物质和颗粒性物质附着在细胞膜上，质膜内大分子物质和颗粒性物质附着在细胞膜上，质膜内大分子物质和颗粒性物质附着在细胞膜上，质膜内大分子物质和颗粒性物质附着在细胞膜上，质膜内 陷将这些物质包围形成小囊泡，最后小囊泡从细胞陷将这些物质包围形成小囊泡，最后小囊泡从细胞陷将这些物质包围形成小囊泡，最后小囊泡从细胞陷将这些物质包围形成小囊泡，最后小囊泡从细胞 膜上脱离进入细胞内部。膜上脱离进入细胞内部。膜上脱离进入细胞内部。膜上脱离进入细胞内部。一、一、胞吞作用胞吞作用(endocytosis)（一）吞噬作用（一）吞噬作用（phagocytosis）细胞内吞较大的固体颗粒物质的过程称为细胞内吞较大的固体颗粒物质的过程称为细胞内吞较大的固体颗粒物质的过程称为细胞内吞较大的固体颗粒物质的过程称为吞噬作用吞噬作用吞噬作用吞噬作用，形成的囊泡称为形成的囊泡称为形成的囊泡称为形成的囊泡称为吞噬体吞噬体吞噬体吞噬体。功能：功能：功能：功能：在机体防御系统中发挥重要作用。在机体防御系统中发挥重要作用。在机体防御系统中发挥重要作用。在机体防御系统中发挥重要作用。Figure 13-46 Molecular Biology of the Cell(Garland Science 2008)巨巨噬噬细细胞胞的的吞吞噬噬作作用用（二）（二）胞饮作用（胞饮作用（pinocytosis）细胞吞入液体或极小的颗粒物质的过程称为细胞吞入液体或极小的颗粒物质的过程称为细胞吞入液体或极小的颗粒物质的过程称为细胞吞入液体或极小的颗粒物质的过程称为胞胞胞胞饮作用饮作用饮作用饮作用，形成的囊泡称为，形成的囊泡称为，形成的囊泡称为，形成的囊泡称为吞饮体吞饮体吞饮体吞饮体。常见于巨噬。常见于巨噬。常见于巨噬。常见于巨噬细胞、白细胞、小肠上皮细胞等。细胞、白细胞、小肠上皮细胞等。细胞、白细胞、小肠上皮细胞等。细胞、白细胞、小肠上皮细胞等。一些大分子物质如低密度脂蛋白（一些大分子物质如低密度脂蛋白（一些大分子物质如低密度脂蛋白（一些大分子物质如低密度脂蛋白（LDLLDL）进入细胞）进入细胞）进入细胞）进入细胞必须先与膜上的特异性受体（一种镶嵌蛋白质）必须先与膜上的特异性受体（一种镶嵌蛋白质）必须先与膜上的特异性受体（一种镶嵌蛋白质）必须先与膜上的特异性受体（一种镶嵌蛋白质）识别并结合，然后通过膜的内陷形成囊泡而入胞。识别并结合，然后通过膜的内陷形成囊泡而入胞。识别并结合，然后通过膜的内陷形成囊泡而入胞。识别并结合，然后通过膜的内陷形成囊泡而入胞。受体介导的胞吞作用提供了一种选择性浓缩机制，受体介导的胞吞作用提供了一种选择性浓缩机制，受体介导的胞吞作用提供了一种选择性浓缩机制，受体介导的胞吞作用提供了一种选择性浓缩机制，提高了胞吞特定溶质的效率。提高了胞吞特定溶质的效率。提高了胞吞特定溶质的效率。提高了胞吞特定溶质的效率。（三）受体介导的内吞作用（三）受体介导的内吞作用LDL 颗粒颗粒（：22nm）核心：核心：1500个酯化胆固醇分子个酯化胆固醇分子800磷脂分子磷脂分子，500游离胆固醇，游离胆固醇，ApoB100转转运运肝肝合合成成的的内内源源性性胆胆固固醇醇LDL颗粒颗粒LDL受体受体有被小窝有被小窝有被小泡有被小泡内吞内吞去被去被无被小泡无被小泡胞内体胞内体融融合合受体与大分子颗粒分开受体与大分子颗粒分开胞内体部分胞内体部分受体再循环受体再循环胞内体部分胞内体部分 初级溶酶体初级溶酶体融融合合吞吞噬噬溶溶酶酶体体网格蛋白的结构网格蛋白的结构重链重链轻链轻链功能：具功能：具功能：具功能：具有捕获膜有捕获膜有捕获膜有捕获膜受体及与受体及与受体及与受体及与之结合的之结合的之结合的之结合的配体、牵配体、牵配体、牵配体、牵拉质膜内拉质膜内拉质膜内拉质膜内陷形成有陷形成有陷形成有陷形成有被小泡的被小泡的被小泡的被小泡的作用作用作用作用 家族性高胆固醇血症家族性高胆固醇血症临床特点临床特点：1.高胆固醇血症。高胆固醇血症。患者血浆中胆固醇水平较正常人高出患者血浆中胆固醇水平较正常人高出68倍。倍。2.黄色瘤。肘、膝足跟手背黄色瘤。肘、膝足跟手背，下肢小关节，内眦部。，下肢小关节，内眦部。3.早发心血管疾病。早发心血管疾病。4.常染色体显性遗传。杂合子父母至少一个是患者。常染色体显性遗传。杂合子父母至少一个是患者。纯纯合子双亲必定都是患者。合子双亲必定都是患者。黄色瘤二、胞吐作用二、胞吐作用(exocytosis)包包包包含含含含大大大大分分分分子子子子物物物物质质质质的的的的小小小小囊囊囊囊泡泡泡泡从从从从细细细细胞胞胞胞内内内内部部部部移移移移至至至至细细细细胞胞胞胞表表表表面，与质膜融合，将物质排出细胞之外的过程。面，与质膜融合，将物质排出细胞之外的过程。面，与质膜融合，将物质排出细胞之外的过程。面，与质膜融合，将物质排出细胞之外的过程。ExocytosisExocytosis形成形成 移位移位 入坞入坞胞吐胞吐 胞吐胞吐类型：类型：组成性分泌途径组成性分泌途径(constitutive pathway of secretion)调节性分泌途径调节性分泌途径(regulated pathway of secretion)物质的跨膜运输物质的跨膜运输小分子物质小分子物质小分子物质小分子物质的跨膜运输的跨膜运输的跨膜运输的跨膜运输大分子物质大分子物质大分子物质大分子物质的膜泡运输的膜泡运输的膜泡运输的膜泡运输被动运输被动运输被动运输被动运输主动运输主动运输主动运输主动运输简单扩散简单扩散简单扩散简单扩散易化扩散易化扩散易化扩散易化扩散胞吞作用胞吞作用胞吞作用胞吞作用胞吐作用胞吐作用胞吐作用胞吐作用吞噬吞噬吞噬吞噬胞饮胞饮胞饮胞饮调节途径调节途径调节途径调节途径组成途径组成途径组成途径组成途径第四节第四节 细胞连接细胞连接 Cell Junction动物细胞有三种类型的细胞连接动物细胞有三种类型的细胞连接 紧密连接紧密连接(tight junction)：封闭连接封闭连接斑形成连接斑形成连接:锚定连接锚定连接 (plaque-bearing junction)：黏着黏着缝隙连接缝隙连接(gap junction)：通讯通讯1 1紧紧密密连连接接紧密连接的功能紧密连接的功能连接作用连接作用维持细胞的极性维持细胞的极性 防止物质双向渗漏，并限制防止物质双向渗漏，并限制 了膜蛋白在脂分子层的流动了膜蛋白在脂分子层的流动紧紧密密连连接接与与细细胞胞极极性性本章节重点本章节重点 掌握物质的跨膜运输和膜泡运输的方掌握物质的跨膜运输和膜泡运输的方式和特点。式和特点。掌握细胞膜的化学成分、生物学特性掌握细胞膜的化学成分、生物学特性 及分子结构膜型。及分子结构膜型。个人观点供参考，欢迎讨论！