细胞生物学物质的跨膜运输精选课件.ppt

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1、第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输关于细胞生物学物质的关于细胞生物学物质的跨膜运输跨膜运输第一页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输本章主要内容本章主要内容F第一节第一节 膜转运蛋白和物质的跨膜运输膜转运蛋白和物质的跨膜运输F第二节第二节 离子泵和协同转运离子泵和协同转运F第三节第三节 胞吞作用与胞吐作用胞吞作用与胞吐作用第第五五章章 物物质质的的跨跨膜膜运运输输第二页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输一、脂双层的不透性和膜转运蛋白一、脂双层的不透性和膜转运蛋白二、被动运输二、被动运输三、主动运输三、主动运输第第第第一一一一节节节节 膜

2、膜膜膜转转转转运运运运蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与物物物物质质质质的的的的跨跨跨跨膜膜膜膜运运运运输输输输第三页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输一、脂双层的不透性和膜转运蛋白一、脂双层的不透性和膜转运蛋白1、通过脂双层膜的转运特点、通过脂双层膜的转运特点第第第第一一一一节节节节 膜膜膜膜转转转转运运运运蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与物物物物质质质质的的的的跨跨跨跨膜膜膜膜运运运运输输输输F运输方式：自由扩散运输方式：自由扩散F决定通透性大小的主要因素决定通透性大小的主要因素 分子的大小和极性分子的大小和极性第四页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输2、

3、细胞内外离子差别机制、细胞内外离子差别机制（1）脂双分子层具有疏水性）脂双分子层具有疏水性 脂溶性、小的不带电荷的极性分子能直接通脂溶性、小的不带电荷的极性分子能直接通过；过；对大多数溶质和离子高度不通透。对大多数溶质和离子高度不通透。（2）细胞膜上具有膜转运蛋白）细胞膜上具有膜转运蛋白第第第第一一一一节节节节 膜膜膜膜转转转转运运运运蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与物物物物质质质质的的的的跨跨跨跨膜膜膜膜运运运运输输输输第五页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输3 3、膜转运蛋白、膜转运蛋白F 载体蛋白载体蛋白F 通道蛋白通道蛋白第第第第一一一一节节节节 膜膜膜膜转转转转运运

4、运运蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与物物物物质质质质的的的的跨跨跨跨膜膜膜膜运运运运输输输输膜转运蛋白膜转运蛋白载体蛋白载体蛋白F具有转运的特异性，与特定的溶质分子结合，具有转运的特异性，与特定的溶质分子结合，通过构象改变介导溶质分子的跨膜转运通过构象改变介导溶质分子的跨膜转运F具有酶的特点：具有饱和度、被竞争抑制、抑制具有酶的特点：具有饱和度、被竞争抑制、抑制剂抑制，对被转运的物质不做任何修饰。剂抑制，对被转运的物质不做任何修饰。F既能介导主动运输又能介导被动运输既能介导主动运输又能介导被动运输膜转运蛋白膜转运蛋白通道蛋白通道蛋白F不与被转运的物质结合，形成跨膜的亲水通道；不与被转运的物质结合，形成

5、跨膜的亲水通道；F非选择性的通道蛋白：允许适宜大小的分子和带电离子通过非选择性的通道蛋白：允许适宜大小的分子和带电离子通过F具有选择性的通道蛋白具有选择性的通道蛋白离子通道离子通道 特征：有特征：有离子选择性离子选择性；转运速率高；转运速率高；没有饱和值；没有饱和值；门控门控通道通道F只介导被动运输只介导被动运输第六页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输门控通道门控通道F电压门电压门F配体门配体门F应力激活通道应力激活通道第第第第一一一一节节节节 膜膜膜膜转转转转运运运运蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与物物物物质质质质的的的的跨跨跨跨膜膜膜膜运运运运输输输输第七页，本课件共有3

6、1页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输第第第第一一一一节节节节 膜膜膜膜转转转转运运运运蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与物物物物质质质质的的的的跨跨跨跨膜膜膜膜运运运运输输输输二、被动运输二、被动运输F指物质顺浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运。指物质顺浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运。不需要消耗代谢能量。不需要消耗代谢能量。包括包括简单扩散和协助扩散简单扩散和协助扩散两种方式两种方式.第八页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输1 1、简单扩散、简单扩散F简简单单扩扩散散：没没有有膜膜蛋蛋白白的的协协助助，沿沿浓浓度度梯梯度度的的物物质质跨跨膜转运方式膜转运方式不需要提供代谢

7、能量；不需要提供代谢能量；通透性主要取决于通透性主要取决于分子的大小和分子的极性。分子的大小和分子的极性。主要转运疏水的小分子、小的不带电荷的极性分子。主要转运疏水的小分子、小的不带电荷的极性分子。第第第第一一一一节节节节 膜膜膜膜转转转转运运运运蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与物物物物质质质质的的的的跨跨跨跨膜膜膜膜运运运运输输输输第九页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输水孔蛋白（水通道蛋白水孔蛋白（水通道蛋白aquaporin,AQP2003aquaporin,AQP2003年诺贝尔化学奖）年诺贝尔化学奖）F一般认为一般认为AQPAQP是处于持续开放状态的对水分子高度特异

8、的膜通道蛋白。是处于持续开放状态的对水分子高度特异的膜通道蛋白。F水分子的转运不需要消耗能量，也不受门控机制影响。水分子的转运不需要消耗能量，也不受门控机制影响。F水分子通过水分子通过AQPAQP的移动方向完全由膜两侧的渗透压决定。的移动方向完全由膜两侧的渗透压决定。F水通道蛋白广泛表达于体液代谢活跃的组织细胞，在体内液体转水通道蛋白广泛表达于体液代谢活跃的组织细胞，在体内液体转运生理和病理中起主要作用。运生理和病理中起主要作用。第第第第一一一一节节节节 膜膜膜膜转转转转运运运运蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与物物物物质质质质的的的的跨跨跨跨膜膜膜膜运运运运输输输输第十页，本课件共有31页第五章第五章

9、 物质的跨膜运输物质的跨膜运输2、协助扩散、协助扩散F不消耗物质代谢产生的能量。不消耗物质代谢产生的能量。F膜转运蛋白：通道蛋白、载体蛋白膜转运蛋白：通道蛋白、载体蛋白F具有具有转运的特异性转运的特异性F提高了物质转运速率提高了物质转运速率F主要转运各种极性分子和无机离子。主要转运各种极性分子和无机离子。第第第第一一一一节节节节 膜膜膜膜转转转转运运运运蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与物物物物质质质质的的的的跨跨跨跨膜膜膜膜运运运运输输输输被动运输的结果是使膜两侧物质的浓度趋于相同。被动运输的结果是使膜两侧物质的浓度趋于相同。第十一页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输三、主动

10、运输三、主动运输1、概念：由膜转运蛋白介导，逆浓度差，需要消耗代谢、概念：由膜转运蛋白介导，逆浓度差，需要消耗代谢能量的物质跨膜转运方式。能量的物质跨膜转运方式。膜转运蛋白：载体蛋白膜转运蛋白：载体蛋白具有转运特异性、转运最大速率具有转运特异性、转运最大速率消耗代谢能量消耗代谢能量第第第第一一一一节节节节 膜膜膜膜转转转转运运运运蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与物物物物质质质质的的的的跨跨跨跨膜膜膜膜运运运运输输输输第十二页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输2、主动运输类型、主动运输类型F直直接接消消耗耗ATP的的主主动动运运输输：ATP驱驱动动泵泵，通通过过水水解解ATP获

11、得能量；获得能量；F间间接接消消耗耗ATP的的协协同同运运输输：耦耦联联转转运运蛋蛋白白能能同同时时转转运运两两种种不不同同溶溶质质，所所利利用用的的能能量量储储存存在在一一种种溶溶质质的的电电化化学梯度中。学梯度中。F光驱动泵：利用光能运输物质，见于细菌。光驱动泵：利用光能运输物质，见于细菌。第第第第一一一一节节节节 膜膜膜膜转转转转运运运运蛋蛋蛋蛋白白白白与与与与物物物物质质质质的的的的跨跨跨跨膜膜膜膜运运运运输输输输第十三页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输第第二二节节 离离子子泵泵和和协协同同转转运运FATP驱动泵驱动泵F偶联转运蛋白介导的协同转运偶联转运蛋白

12、介导的协同转运第十四页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输第第第第二二二二节节节节 离离离离子子子子泵泵泵泵和和和和协协协协同同同同转转转转运运运运一、一、ATPATP驱动的主动运输驱动的主动运输 1 1、特点：、特点：都需要水解都需要水解ATPATP提供能量提供能量参与主动运输的载体蛋白常被称为泵参与主动运输的载体蛋白常被称为泵推动此类运输的蛋白质本身都是推动此类运输的蛋白质本身都是ATPaseATPase2 2、ATPATP驱动泵的类型驱动泵的类型P-P-型离子泵型离子泵V-V-型质子泵型质子泵F-F-型质子泵型质子泵ABCABC超家族：超家族：只转运离子只转运离子

13、主要转运小分子主要转运小分子第十五页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输第第二二节节 离离子子泵泵和和协协同同转转运运（1）P型泵型泵F通过自身磷酸化来转运离子的离子泵就叫做通过自身磷酸化来转运离子的离子泵就叫做P-typeF2个独立的个独立的催化亚基，具有催化亚基，具有ATP结合位点，结合位点，2个小的个小的亚亚基，通常起调节作用，在对离子的转运循环中依赖自磷基，通常起调节作用，在对离子的转运循环中依赖自磷酸化过程，导致构象的变化，实现离子的跨膜转运。酸化过程，导致构象的变化，实现离子的跨膜转运。FNa+-K+泵、钙泵、泵、钙泵、P型质子泵型质子泵FNa+-K+泵工作

14、原理泵工作原理第十六页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输第第第第二二二二节节节节 离离离离子子子子泵泵泵泵和和和和协协协协同同同同转转转转运运运运FNa+-K+泵存在于动物细胞的细胞膜上泵存在于动物细胞的细胞膜上F植物细胞、真菌和细菌质膜上没有植物细胞、真菌和细菌质膜上没有Na+-K+泵，而是具有泵，而是具有H+泵泵F钙泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，可以将钙离子输出细钙泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，可以将钙离子输出细胞或泵入内质网腔，以维持细胞内低浓度的钙；胞或泵入内质网腔，以维持细胞内低浓度的钙；F细胞膜上的钙泵活性受激活的细胞膜上的钙泵活性受激活的Ca2+-钙

15、调蛋白（钙调蛋白（CAM）复）复合物的调节，另外，蛋白激酶合物的调节，另外，蛋白激酶c也可以激活钙泵。也可以激活钙泵。Na+-K+泵的生物学意义泵的生物学意义维持了维持了Na+和和K+在细胞内外的浓度，形成细胞膜跨膜在细胞内外的浓度，形成细胞膜跨膜电位，电位，Na+的浓度梯度能够储存能量，驱动某些物的浓度梯度能够储存能量，驱动某些物质运输。质运输。维持动物细胞的渗透平衡维持动物细胞的渗透平衡第十七页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输第第二二节节 离离子子泵泵和和协协同同转转运运（2）V-型质子泵和型质子泵和F-型质子泵型质子泵F只转运质子，不形成磷酸化中间体只转运质子

16、，不形成磷酸化中间体FV-型质子泵又称膜泡质子泵，存在于胞内体、溶酶体、液泡等型质子泵又称膜泡质子泵，存在于胞内体、溶酶体、液泡等膜上，逆浓度梯度转运膜上，逆浓度梯度转运H+FF-型质子泵存在于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体类囊体膜型质子泵存在于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上，顺浓度梯度转运上，顺浓度梯度转运H+，同时驱动，同时驱动ATP的合成。的合成。第十八页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输第第二二节节 离离子子泵泵和和协协同同转转运运3、ABC型泵型泵FABC转运器（转运器（ABC transporter），最早发现于细菌，属），最早发现于细菌，属于一个庞

17、大而多样的蛋白家族，每个成员都含有两个高度于一个庞大而多样的蛋白家族，每个成员都含有两个高度保守的保守的ATP结合区（结合区（ATP binding cassette）故名）故名ABC转转运器。运器。F每一种转运器只转运一种或一类底物，但是其蛋白家族每一种转运器只转运一种或一类底物，但是其蛋白家族中具有能转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚中具有能转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质的成员至蛋白质的成员,ABC转运器还可催化脂双层的脂类在两转运器还可催化脂双层的脂类在两层之间翻转，在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。层之间翻转，在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。第十九页，

18、本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输二、协同运输二、协同运输F是是一一类类由由NaNa+-K-K+泵泵或或H H+泵泵与与载载体体蛋蛋白白协协同同作作用用，靠靠间间接接消消耗耗ATPATP所完成的主动运输方式。所完成的主动运输方式。F物物质质跨跨膜膜运运动动所所需需要要的的直直接接能能量量来来自自膜膜两两侧侧离离子子的的电电化化学浓度梯度学浓度梯度F维持电化学势的是维持电化学势的是钠钾泵或质子泵钠钾泵或质子泵。FAnimal cellsAnimal cells-Sodium ions(Na-Sodium ions(Na+/K/K+ATPase)ATPase)F Plant

19、Plant,bacteriumbacterium-Protons(H-Protons(H+ATPase)ATPase)第第二二节节 离离子子泵泵和和协协同同转转运运 Sugars,amino acids,and other organic molecules into cells第二十页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输GlucoseNa+H+Na+同向协同同向协同共运输：共运输：逆向协同逆向协同对向运输：对向运输：第第第第二二二二节节节节 离离离离子子子子泵泵泵泵和和和和协协协协同同同同转转转转运运运运第二十一页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨

20、膜运输第二十二页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输光能驱动的主动运输光能驱动的主动运输F细菌的视紫红质质子泵：细菌视紫红质是细胞质膜上能被光细菌的视紫红质质子泵：细菌视紫红质是细胞质膜上能被光线激活的蛋白质，当其被光激活时，线激活的蛋白质，当其被光激活时，就能引起整个分子的构就能引起整个分子的构型发生变化，导致两个型发生变化，导致两个H+从细胞内运送到细胞外。从细胞内运送到细胞外。第第二二节节 离离子子泵泵和和协协同同转转运运第二十三页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输第第三三节节 胞胞吞吞胞胞吐吐作作用用F大分子与颗粒性物质的跨膜转运方式，

21、大分子与颗粒性物质的跨膜转运方式，膜的融合需要消耗能量，属于主动运输。膜的融合需要消耗能量，属于主动运输。第二十四页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输胞吞作用胞吞作用F胞饮作用：吞入的是胞饮作用：吞入的是液体或溶解物液体或溶解物，胞吞泡比较胞吞泡比较小小；连续摄入连续摄入的过程；的过程；大多数细胞大多数细胞都能进行，需要都能进行，需要网格蛋网格蛋白白的参与。的参与。F吞噬作用：吞入的通常是吞噬作用：吞入的通常是较大的颗较大的颗粒性物质粒性物质，胞吞泡较，胞吞泡较大大；是一个；是一个信信号触发号触发的过程；只有几种的过程；只有几种特化的细胞特化的细胞具有此功能，需要具有

22、此功能，需要微丝及其结合微丝及其结合蛋白蛋白的参与。的参与。第第三三节节 胞胞吞吞胞胞吐吐作作用用第二十五页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输网格蛋白有被小泡的形成网格蛋白有被小泡的形成第第三三节节 胞胞吞吞胞胞吐吐作作用用第二十六页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用F根据胞吞的物质是否有专根据胞吞的物质是否有专一性，可分为受体介导的一性，可分为受体介导的胞吞作用和非特异性的胞胞吞作用和非特异性的胞吞作用吞作用F受体介导的胞吞作用是一受体介导的胞吞作用是一种特殊类型的胞吞作用种特殊类型的胞吞作用,主主要用于

23、摄取特殊的生物大分要用于摄取特殊的生物大分子子,是一种选择浓缩机制。是一种选择浓缩机制。第第第第三三三三节节节节 胞胞胞胞吞吞吞吞胞胞胞胞吐吐吐吐作作作作用用用用第二十七页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输受体介导的胞吞作用（受体介导的胞吞作用（P121）胞内体胞内体F在胞吞作用过程中，在胞吞作用过程中，胞内体胞内体被认为是膜泡运输的主要分被认为是膜泡运输的主要分选站之一，其中的酸性环境起主要作用。选站之一，其中的酸性环境起主要作用。F胞内体：胞内体：动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞吞作用新摄入的物质到溶酶体降解。由

24、胞吞作用新摄入的物质到溶酶体降解。F不同的受体具有不同的胞内体分选途径。不同的受体具有不同的胞内体分选途径。第第三三节节 胞胞吞吞胞胞吐吐作作用用第二十八页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输第第三三节节 胞胞吞吞胞胞吐吐作作用用受体介导的胞吞作用的胞内体分选途径受体介导的胞吞作用的胞内体分选途径第二十九页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输A.组成型的胞吐作用组成型的胞吐作用B.调节型胞吐作用调节型胞吐作用胞吐作用胞吐作用第第三三节节 胞胞吞吞胞胞吐吐作作用用第三十页，本课件共有31页第五章第五章 物质的跨膜运输物质的跨膜运输感感谢谢大大家家观观看看第三十一页，本课件共有31页