《细胞膜的物质运输》PPT课件.ppt

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1、医学细胞生物学医学细胞生物学（Medical Cell Biology)医学遗传学与细胞生物学教研室医学遗传学与细胞生物学教研室李元杰李元杰 讲师讲师1第四章第四节第四章第四节细胞膜与物质转运细胞膜与物质转运 跨膜运输跨膜运输（气体、离子、小分子）（气体、离子、小分子）物质跨膜运输的两种方式物质跨膜运输的两种方式 膜泡运输膜泡运输（大分子、颗粒物质）（大分子、颗粒物质）细胞内细胞内细胞外细胞外膜蛋白膜蛋白膜蛋白膜蛋白脂双层脂双层细胞膜细胞膜运输颗粒运输颗粒细胞内细胞内细胞外细胞外3一、跨膜运输一、跨膜运输（transmembrane transport）气体、离子和小分子运输方式气体、离子和小

2、分子运输方式细胞内细胞内细胞外细胞外膜蛋白膜蛋白膜蛋白膜蛋白脂双层脂双层4跨膜运输的原则跨膜运输的原则1、脂溶性越大的分子越容易穿膜、脂溶性越大的分子越容易穿膜 （水分子例外）；（水分子例外）；2、小分子比大分子容易穿膜、小分子比大分子容易穿膜；3、不带电荷的分子容易穿膜；、不带电荷的分子容易穿膜；4、弱电解质比强电解质容易穿膜、弱电解质比强电解质容易穿膜；5、离子和亲水性分子不容易穿膜。离子和亲水性分子不容易穿膜。5 葡萄糖、带电荷的离子葡萄糖、带电荷的离子(H,Na+,K+,Ca2+等等)怎样穿膜？怎样穿膜？O2苯苯H2O 苯苯葡葡萄萄糖糖H Na+细胞膜细胞膜转运蛋白参与！转运蛋白参与！

3、(一一)小分子和离子的跨膜机制小分子和离子的跨膜机制61.某些溶质跨膜工具：转运蛋白某些溶质跨膜工具：转运蛋白 通道蛋白通道蛋白（Channel Protein）水通道、离子通道水通道、离子通道载体蛋白载体蛋白(Carrier Protein)葡萄糖载体葡萄糖载体7“for the discovery of water channels”“for structural and mechanistic studies of ion channels”.82.物质转运方向物质转运方向顺浓度梯度顺浓度梯度顺电化学梯度顺电化学梯度 被动运输被动运输（Passive Transport）“下坡下坡”逆浓

4、度梯度逆浓度梯度逆电化学梯度逆电化学梯度 “上坡上坡”主动运输主动运输（Active Transport）耗能耗能9被动运输被动运输（Passive Transport）主动运输主动运输（Active Transport）物质运输物质运输10（二）小分子跨膜运输的方式（二）小分子跨膜运输的方式被动运输被动运输:1、简单扩散：、简单扩散：Simple Diffusion 2、协助扩散：、协助扩散：Facilitated Diffusion 2.1 通道蛋白协助扩散：通道蛋白协助扩散：Ion Channel Facilitated Diffusion2.2、载体蛋白协助扩散：、载体蛋白协助扩散：C

5、arrier Protein Facilitated Diffusion主动运输主动运输:3、离子泵：、离子泵：Ion Pump4、协同运输、协同运输：Coupled Transport11 特点特点 不耗能不耗能不需膜蛋白不需膜蛋白依靠物质浓度差。依靠物质浓度差。举例举例 水水脂溶性物质脂溶性物质气体物质气体物质简单扩散简单扩散 1、简单扩散、简单扩散Simple Diffusion被动运输被动运输12简单扩散简单扩散被动运输被动运输13人工脂双层人工脂双层对不同分子的相对通透性对不同分子的相对通透性不同分子通过不同分子通过人工脂双层的渗透系数人工脂双层的渗透系数14决定物质对膜通透性的因素

6、决定物质对膜通透性的因素脂溶性：脂溶性：正相关于膜通透性；正相关于膜通透性；(乙醇与丙醇乙醇与丙醇)极性：极性：非极性物质易透过；非极性物质易透过；（CO2）分子大小分子大小：小分子比大分子易透过；：小分子比大分子易透过；导电性：导电性：不带电的物质易透过。不带电的物质易透过。（O2）被动运输被动运输一种物质对膜的通透性取决于上述因素的综合。一种物质对膜的通透性取决于上述因素的综合。如：水分子；如：水分子；Na+、K+等带电荷离子。等带电荷离子。15易化扩散、促进扩散、帮助扩散；易化扩散、促进扩散、帮助扩散；借助细胞膜上的膜转运蛋白的构象，运输借助细胞膜上的膜转运蛋白的构象，运输一些非脂溶性和

7、亲水性的物质；一些非脂溶性和亲水性的物质；糖类、氨基酸、核苷酸、无机离子；糖类、氨基酸、核苷酸、无机离子；转运蛋白分为：通道蛋白和载体蛋白。转运蛋白分为：通道蛋白和载体蛋白。被动运输被动运输2、协助扩散、协助扩散Facilitated Diffusion162.1、离子通道协助扩散、离子通道协助扩散Ion Channel Facilitated Diffusion 特点特点 需要通道蛋白需要通道蛋白选择性；可控性选择性；可控性瞬间、大量通过瞬间、大量通过（开放间断性）（开放间断性）不耗能不耗能跨膜蛋白质，跨膜蛋白质，螺旋蛋白构成，螺旋蛋白构成，中心具有亲水通道中心具有亲水通道被动运输被动运输1

8、7通道蛋白的结构通道蛋白的结构通道蛋白模式图通道蛋白模式图通道蛋白肽链以通道蛋白肽链以螺旋螺旋7次穿膜，中间形成亲水通道次穿膜，中间形成亲水通道被动运输被动运输18&电压门控通道电压门控通道(voltage-gated channel)靠膜电位靠膜电位 如如Na+、K+、Ca2等离子通道等离子通道电化学梯度电化学梯度通道蛋白的类型通道蛋白的类型被动运输被动运输19&配体门控通道配体门控通道(Ligand-gated Channel)依靠化学物质依靠化学物质(配体配体)与受体的结合与受体的结合 如乙酰胆碱通道。如乙酰胆碱通道。配体闸门通道配体闸门通道细胞外细胞外细胞内细胞内&机械门机械门控控通道

9、通道(Mechanical-gated Channel)内耳听觉毛细胞内耳听觉毛细胞（声音（声音内耳内耳毛细胞下方基膜震动毛细胞下方基膜震动纤毛纤毛触及上方覆膜触及上方覆膜纤毛倾斜纤毛倾斜机械作用使纤毛离子通道开放）机械作用使纤毛离子通道开放）被动运输被动运输20神经肌肉连接处的闸门通道神经肌肉连接处的闸门通道被动运输被动运输 闸门开放时间极短，有利于一些顺序性活动，即一个通道离闸门开放时间极短，有利于一些顺序性活动，即一个通道离子的流入可以引起另一个通道的开放。子的流入可以引起另一个通道的开放。21休休 息息22 特点特点%需需“载体蛋白载体蛋白”（镶嵌蛋白）（镶嵌蛋白）%高度特异性（载体易

10、位机制）高度特异性（载体易位机制）%饱和性饱和性%不耗能不耗能2.2、载体蛋白协助扩散、载体蛋白协助扩散Carrier Protein Facilitated Diffusion载体蛋白易位机制载体蛋白易位机制水溶性小分子借膜上载体蛋白的帮助水溶性小分子借膜上载体蛋白的帮助,顺浓度梯顺浓度梯度以不耗能的方式向细胞内转运度以不耗能的方式向细胞内转运.被动运输被动运输23 举例举例 非脂溶性物质，如非脂溶性物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸葡萄糖、氨基酸、核苷酸进入红细进入红细胞。是细胞摄取葡萄糖和氨基酸的主要方式胞。是细胞摄取葡萄糖和氨基酸的主要方式.葡萄糖结合葡萄糖结合到载体上到载体上载体变构载体

11、变构载体变构载体变构葡萄糖释放葡萄糖释放至细胞内至细胞内24 高度选择特异性，只与某一种物质暂时性的、高度选择特异性，只与某一种物质暂时性的、可逆的结合和分离。可逆的结合和分离。饱和性饱和性。(3)蛋白变性剂对膜转运蛋白变性剂对膜转运蛋白有抑制作用。蛋白有抑制作用。特点特点被动运输被动运输25 特点特点 需需“转运蛋白转运蛋白”的参与的参与。需要需要分解分解ATP提供能量提供能量。3、离子泵、离子泵 Ion Pump具有离子的结合具有离子的结合位点和位点和 ATP酶活性酶活性造成亲和力造成亲和力的变化的变化主动运输主动运输26举例举例 Na+-K+泵，泵，Ca2泵，泵，H泵等泵等K+的电化的电

12、化学梯度学梯度Na+的电的电化学梯度化学梯度细胞质细胞质2728ATP酶去磷酸化酶去磷酸化Na+与与ATP酶结合酶结合ATP酶磷酸化酶磷酸化Na+释放至膜释放至膜外外ATP酶构象酶构象变化（亲变化（亲K+构象构象）K+与与ATP酶结合酶结合K释放至膜释放至膜内内ATP酶构象酶构象变化（亲变化（亲Na+构象构象）Na+-K+泵作用过程泵作用过程291)维持细胞的渗透压，保持细胞的体积；维持细胞的渗透压，保持细胞的体积；2）维持低维持低Na+高高K+的细胞内环境，维持细胞的的细胞内环境，维持细胞的 静息电位；静息电位；3）维持细胞内外维持细胞内外Na+、K+离子浓度差。离子浓度差。Na+-K+泵作

13、用泵作用主动运输主动运输30钙离子泵钙离子泵原理与钠钾泵相似，每分解一个原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，分子，泵出泵出2个个Ca2+。主动运输主动运输314、协同转运（伴随运输）、协同转运（伴随运输）Cotransport 溶质分子溶质分子（葡萄糖或氨基酸）与（葡萄糖或氨基酸）与Na+一起一起相伴相伴进入细胞进入细胞内的内的主动运输主动运输现象。现象。主动运输主动运输Na+葡萄糖葡萄糖32 特点特点 需需“转运蛋白转运蛋白”（同向运输载体），不直接利用（同向运输载体），不直接利用ATP，利用利用Na+跨膜跨膜电化学电化学梯度驱动。梯度驱动。需需Na+泵消耗泵消耗ATP转运转运Na+，造

14、成造成膜内外膜内外Na+浓度差。浓度差。33Na+-葡萄糖同葡萄糖同向转运载体向转运载体葡萄糖葡萄糖转运载体转运载体小肠腔中小肠腔中的葡萄糖的葡萄糖小肠上皮细胞小肠上皮细胞毛细血管毛细血管或细胞间隙或细胞间隙举例举例小肠上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸等。小肠上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸等。34小肠上皮细胞小肠上皮细胞小肠肠腔小肠肠腔血液血液主动运输主动运输同向协同运输（共转移）：如同向协同运输（共转移）：如Na+和葡萄糖；和葡萄糖；反向协同运输（对转移）：如反向协同运输（对转移）：如Na+和和+。35 小分子物质逆浓度梯度转运；小分子物质逆浓度梯度转运；需要消耗代谢能量；需要消耗代谢能量；需要膜上的

15、特异性载体蛋白。需要膜上的特异性载体蛋白。特点特点主动运输主动运输36主动运输与被动运输比较主动运输与被动运输比较37被动运输被动运输 主动运输主动运输运输方向运输方向是否耗能是否耗能载体蛋白载体蛋白通道蛋白通道蛋白类类 型型顺浓度梯度顺浓度梯度逆浓度梯度逆浓度梯度消耗代谢能消耗代谢能不消耗代谢能不消耗代谢能有或无载体有或无载体蛋白通道蛋白蛋白通道蛋白必须有载体蛋白必须有载体蛋白直接主动运输直接主动运输间接主动运输间接主动运输简单扩散简单扩散易化扩散易化扩散 比较比较38 性质性质简单扩散简单扩散促进扩散促进扩散主动运输主动运输参与运输的膜成参与运输的膜成份份脂脂蛋白蛋白蛋白蛋白被运输的物质是

16、被运输的物质是否需要结合否需要结合否否是是是是能量来源能量来源浓度梯度浓度梯度浓度梯度浓度梯度ATP水解或浓水解或浓度梯度度梯度运输方向运输方向顺浓度梯度顺浓度梯度顺浓度梯度顺浓度梯度逆浓度梯度逆浓度梯度特异性特异性无无有有是是运输的分子高浓运输的分子高浓度时的饱和性度时的饱和性无无有有是是不同运输机制的主要特性不同运输机制的主要特性39两种运输方式的生物学意义两种运输方式的生物学意义主动运输主动运输：维持细胞内环境的稳定，维持细胞内环境的稳定，快速调整不同细胞内环境的，快速调整不同细胞内环境的，对细胞的生命活动非常重要。对细胞的生命活动非常重要。被动运输：被动运输：顺浓度梯度转运物质顺浓度梯

17、度转运物质,使细胞内外环境差距缩小。使细胞内外环境差距缩小。被动运输被动运输-减少细胞与周围环境的差别；减少细胞与周围环境的差别；主动运输主动运输-创造创造细胞与周围环境细胞与周围环境差别差别。40 小小 结结 被动运输、主动运输的概念被动运输、主动运输的概念被动运输的类型及其特点被动运输的类型及其特点 小分子物质的小分子物质的主动运输类型及特点主动运输类型及特点41 名词解释：名词解释：被动运输、主动运输、通道蛋白、被动运输、主动运输、通道蛋白、泵、协助扩散、协同转运。泵、协助扩散、协同转运。问答题：问答题：1、被动运输与主动运输的重要区别是什么？、被动运输与主动运输的重要区别是什么？2、为什么说细胞膜是一种选择性的半透膜？、为什么说细胞膜是一种选择性的半透膜？42