药物的跨膜转运培训课件

药物的跨膜物的跨膜转运运一、生物膜一、生物膜生物膜主要由脂生物膜主要由脂质、蛋白和多糖、蛋白和多糖组成。成。该脂膜呈液脂膜呈液态骨架骨架,脂脂质形成一系列双分子形成一系列双分子层,蛋白蛋白质镶嵌在其中嵌在其中,蛋白蛋白质多多为物物质转运的运的载体体(transporter)、受体或、受体或酶,担担负着物着物质转运或信息运或信息传递任任务。此外。此外,在膜中在膜中还存在存在一些孔道一些孔道,使一些小分子化合物如水、尿素使一些小分子化合物如水、尿素等通等通过。2药物的跨膜转运Membrane3药物的跨膜转运脂脂质双分子双分子层构成：由双嗜性脂构成：由双嗜性脂质分子两两相分子两两相对排列成排列成双分子双分子层脂脂质以磷脂以磷脂类为主主(总量的量的70%以上以上)、胆固、胆固醇醇(一般低于一般低于30%)和少量糖脂。和少量糖脂。2.特点：液特点：液态（同（同层横向移横向移动的流的流动性）性）稳定性（可自定性（可自动形成和形成和维持，能承受持，能承受较大大张力。）力。）3.功能：屏障作用和功能：屏障作用和传递信息信息 4药物的跨膜转运蛋白蛋白质(55%)结构：构：螺旋或球形螺旋或球形存在形式：表面蛋白、整合蛋白存在形式：表面蛋白、整合蛋白表面蛋白（表面蛋白（Peripheral proteins）占）占20%30%,以静以静电引力或离子引力或离子键与整合蛋白与整合蛋白结合合,附着于膜表面，主要在内表面。附着于膜表面，主要在内表面。整合蛋白（整合蛋白（Integral proteins）占）占70%80%,肽链一次或几次穿膜一次或几次穿膜为特征。特征。蛋白蛋白质功能：功能：转运物运物质传递信息信息能量能量转化化免疫免疫标志志5药物的跨膜转运糖糖类(2%-10%)形式：糖蛋白或糖脂表示免疫信息或形式：糖蛋白或糖脂表示免疫信息或传递信息信息6药物的跨膜转运二、二、药物的跨膜物的跨膜转运方式运方式7药物的跨膜转运（一）被（一）被动运运输 概念概念：物：物质经扩散作用散作用,顺电化学梯度不消化学梯度不消耗能量所耗能量所进行的跨膜行的跨膜转运。运。扩散特点散特点:扩散量与散量与浓度差、温度和膜的通度差、温度和膜的通透性呈正相关。透性呈正相关。类型：简单扩散类型：简单扩散 协助扩散协助扩散8药物的跨膜转运1.1.单纯扩散单纯扩散概念：概念：一些高脂溶性物一些高脂溶性物质由膜的高由膜的高浓度一度一侧向向低低浓度一度一侧转运的运的过程。程。转运的物运的物质：O2、CO2、NH3、N2、尿素、乙、尿素、乙醚、乙醇、乙醇、类固固 醇醇类激素等少数几种。激素等少数几种。特点：沿特点：沿浓度梯度度梯度扩散；不需要提供能散；不需要提供能 量；没有膜蛋白的量；没有膜蛋白的协助。助。通透性决定于：分子的大小，脂溶性（通透性决定于：分子的大小，脂溶性（极性）大小。极性）大小。9药物的跨膜转运2.易化易化扩散散概念概念:一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需在特殊膜蛋白需在特殊膜蛋白质的的“帮助帮助”下下,由膜的高由膜的高浓度一度一侧向低向低浓度一度一侧转运的运的过程。程。分分类:由通道介由通道介导的易化的易化扩散散 由由载体介体介导的易化的易化扩散散10药物的跨膜转运（1）通道介）通道介导的易化的易化扩散散定定义:离子物离子物质借助于膜上的蛋白借助于膜上的蛋白质离子通离子通道所道所进行的行的扩散。散。通道是一通道是一类贯穿脂穿脂质双双层、中央、中央带有有亲水水性孔道的膜蛋白。性孔道的膜蛋白。离子通道特点：离子通道特点：a.相相对特异性特异性(离子离子选择性性)b.具有具有“闸门”启启闭的特性（的特性（门控控过程）程）11药物的跨膜转运门控离子通道分控离子通道分为三三类：1.电压门控通道：在膜去极化到一定控通道：在膜去极化到一定电位位时开放，如神开放，如神经元上的元上的Na+通道。通道。2.化学化学门控通道：受膜控通道：受膜环境中某些化学物境中某些化学物质的影响而开放的影响而开放,这类化学物化学物质（配基）主（配基）主要来自要来自细胞外液，如激素、胞外液，如激素、递质等。等。3.机械机械门控通道：当膜的局部受控通道：当膜的局部受牵拉拉变形形时被激活，如触被激活，如触觉的神的神经末梢、听末梢、听觉的毛的毛细胞等都存在胞等都存在这类通道。通道。12药物的跨膜转运13药物的跨膜转运细胞外细胞内细胞膜电位高电位低Na+浓度高Na+浓度低14药物的跨膜转运（2）载体介体介导的的 易化易化扩散散定定义:物物质主要是依主要是依赖于于载体蛋白分子内部体蛋白分子内部的的变构作用所构作用所进行的被行的被动跨膜跨膜转运。运。转运物：葡萄糖运物：葡萄糖(GL)、氨基酸、氨基酸(AA)等非脂溶等非脂溶性小分子性小分子亲水物水物质。转运速率取决于运速率取决于浓度差、度差、载体数量及位点体数量及位点等等特点：特点：a高度特异性高度特异性 b.饱和和现象象 c.竞争性抑制争性抑制15药物的跨膜转运（二）主（二）主动运运输概念：主概念：主动运运输（active transport）是指）是指由由载体蛋白介体蛋白介导的物的物质逆逆浓度梯度（或度梯度（或电化学梯度）的由化学梯度）的由浓度低的一度低的一侧向向浓度高的度高的一一侧的跨膜运的跨膜运输方式。方式。特点：特点：运运输方向；方向；膜膜转运蛋白；运蛋白；消耗能量消耗能量进行主行主动运运输的物的物质：各种离子（如钠离子、钾离子、氯离子、各种离子（如钠离子、钾离子、氯离子、碳酸根离子、钙离子等）。碳酸根离子、钙离子等）。葡萄糖、氨基酸等带电荷极性分子葡萄糖、氨基酸等带电荷极性分子 。16药物的跨膜转运1.泵转运运ATP驱动泵：也称驱动泵：也称ATP酶，催化酶，催化ATP水解而释放能量；水解而释放能量；是整合膜蛋白，载体蛋白。在膜的原生质表是整合膜蛋白，载体蛋白。在膜的原生质表面有面有ATP结合位点。根据结构和功能特性可结合位点。根据结构和功能特性可分为分为4类：类：P-型离子泵，型离子泵，P-型质子泵，型质子泵，V-型质子泵，型质子泵，F-型质子泵型质子泵，和和ABC超家族。超家族。转运运离子离子转运小分子运小分子转运运H+离子，离子，即即质子子转运运Na+,K+,Ca2+等等17药物的跨膜转运（1）钠钾泵：）钠钾泵：也叫Na+-K+ATP酶构构成成与与分分布布：由2个亚基、2个亚基组成的4聚体，分布于动物细胞的质膜上。P-型离子泵型离子泵:2个催化亚基，ATP结合位点，磷酸化和去磷酸化，泵蛋白构象改变，实现离子的跨膜转运。18药物的跨膜转运功能：逆功能：逆浓度梯度和度梯度和电化学梯度化学梯度泵出出Na+,泵入入K+,维持持细胞内低胞内低Na+高高K+的离子的离子环境，境，对神神经冲冲动的的传播和播和维持持细胞的渗透平衡胞的渗透平衡时非常重非常重要要。NaNa+-K-K+泵的作用：的作用：维持持细胞的渗透胞的渗透压，保持，保持细胞的体胞的体积；维持低持低NaNa+高高K K+的的细胞内胞内环境；境；维持持细胞的静息胞的静息电位。位。19药物的跨膜转运又称Ca2+-ATP酶。构成构成：1个多肽构成的整合膜蛋白，每个泵单位含有10个跨膜螺旋。分布：分布：细胞质膜和内质网膜细胞质膜和内质网膜上；肌细胞的肌质网膜上。v功能：功能：于细胞膜和内质网膜细胞膜和内质网膜上，它将Ca2+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来，以维持维持细胞内低浓度的游离细胞内低浓度的游离CaCa2+2+。v在肌细胞的肌质网膜上，在肌质网内储存在肌质网内储存CaCa2+2+，对调节肌细胞的收缩运动是至关重要的。钙泵占膜整合蛋白的80%以上。（2）钙泵（Ca2+pump）20药物的跨膜转运 ABC 超家族超家族ABCABC超家族超家族（ABC superfamily）:分布广泛，庞大的蛋白家族，有两个跨膜结构域和两个原生质侧的ATP结合区（ATP binding cassette），故名ABC转运器。ATPATP驱动泵：驱动泵：水解ATP，逆浓度梯度摄取营养。转运底物：转运底物：在细菌质膜上在细菌质膜上-氨基酸、多糖、磷脂、多肽、甚至蛋白质；在哺乳类细胞质膜在哺乳类细胞质膜上上-磷脂、亲脂性药物、胆固醇和其它小分子。特异性特异性：是载体蛋白，每一种ABC转运器只转运一种或一类底物。22药物的跨膜转运 2.协同同转运（运（cotransport）是一类由是一类由NaNa+-K-K+泵或泵或H H+泵与泵与载体蛋白载体蛋白协同作用，靠协同作用，靠间接消耗间接消耗ATPATP完成的完成的主动运输主动运输方式。方式。v动物细胞中常常利用膜两侧动物细胞中常常利用膜两侧NaNa+浓度梯度来驱动。浓度梯度来驱动。v植物细胞和细菌常利用植物细胞和细菌常利用H H+浓度梯度来驱动浓度梯度来驱动。根据物质（葡萄糖、氨基酸）运输方向与离子沿浓根据物质（葡萄糖、氨基酸）运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，可分为：度梯度的转移方向，可分为：同向转运同向转运 与与 逆向转运逆向转运。23药物的跨膜转运24药物的跨膜转运钠泵活活动的生理意的生理意义：1.维持持细胞正常的渗透胞正常的渗透压和形和形态；2.形成和保持形成和保持细胞内外胞内外Na+、K+不均匀分布，不均匀分布，与生物与生物电的形成密切相关；的形成密切相关；3.建立建立Na+浓度是能度是能储备。是。是营养物养物质跨越跨越小小肠和和肾小管上皮小管上皮细胞等跨膜主胞等跨膜主动转运的运的能量来源。能量来源。25药物的跨膜转运区别区别原发性原发性继发性继发性转运方向转运方向低浓度向高浓低浓度向高浓度转运度转运低浓度向高浓低浓度向高浓度转运度转运膜蛋白质膜蛋白质生物泵生物泵转运体蛋白质转运体蛋白质能量来源能量来源生物泵生物泵钠泵等生物泵钠泵等生物泵举例举例钠泵、钙泵活钠泵、钙泵活动发生的离子动发生的离子转运等转运等小肠对小肠对GS和和AA的吸收，碘的吸收，碘被甲状腺细胞被甲状腺细胞摄取等摄取等原原发性与性与继发性的比性的比较26药物的跨膜转运物质跨细胞膜的转运异同物质跨细胞膜的转运异同区别扩散和渗透易化扩散主动转动转运方向顺浓度差或电位差逆浓度或电位差转运动力物质本身浓度差或电位差的势能消耗细胞内的能量结果膜两侧物质分布平衡差距更大膜蛋白参与无载体或离子通道生物泵/和转运体终止条件达细胞膜两侧浓度相等或电化学势差0时停止受“泵”的控制能量消耗不消耗所通过膜能量，能量来自高浓度本身势能不消耗所通过膜的能量，属于被动转运消耗了能量，由膜或膜所属细胞供给举例02、C02、N2、NH3、H2O、乙醇、尿素等葡萄糖进入红细胞、普通细胞，离子K、Na、Cl、Ca2肠及肾小管吸收葡萄糖，Na泵、Ca泵、H+-K+泵27药物的跨膜转运（三）出胞与入胞式（三）出胞与入胞式转运运定定义：一些大分子物：一些大分子物质或或团块通通过胞膜胞膜结构和功能构和功能变化化进出出细胞胞,亦可属于主亦可属于主动转运运过程。属于主程。属于主动运运输：消耗能量。：消耗能量。分分类：入胞（胞吞）、出胞（胞吐）：入胞（胞吞）、出胞（胞吐）28药物的跨膜转运出胞（胞吐）：是出胞（胞吐）：是细胞分泌、地址胞分泌、地址释放及放及大分子物大分子物质和和颗粒的外排方式。粒的外排方式。入胞（吞噬、吞入胞（吞噬、吞饮）：是大分子物）：是大分子物质或物或物质团块的的进入入细胞的主要方式。胞的主要方式。吞噬作用：胞吞物吞噬作用：胞吞物为固体。（固体。（单核、巨噬、核、巨噬、中性粒中性粒C）吞吞饮作用：胞吞物作用：胞吞物为液体。（液体。（液相和受体液相和受体介介导入胞入胞）29药物的跨膜转运 液相入胞液相入胞-指指细胞外液及其所含的溶胞外液及其所含的溶质连续不断地不断地进入胞内，是入胞内，是细胞本身固有的活胞本身固有的活动，进入入细胞的溶胞的溶质量和溶量和溶质的的浓度成正度成正比。比。受体介受体介导入胞入胞-指通指通过被被转运物与膜受体运物与膜受体的特异的特异结 合，合，选择性地促性地促进其其进入入细胞的胞的一种入胞方式。一种入胞方式。受体介受体介导入胞是一种非常有效入胞是一种非常有效转运方式，运方式，许多大分子物多大分子物质（运（运铁蛋白、蛋白、维生素生素B12转运蛋白、多种生运蛋白、多种生长因子、胰因子、胰岛素和低密度素和低密度脂蛋白）都是脂蛋白）都是这种方式。种方式。30药物的跨膜转运31药物的跨膜转运32药物的跨膜转运33药物的跨膜转运谢谢34药物的跨膜转运