物质的跨膜运输与信号传递 (2)精选课件.ppt

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1、关于物质的跨膜运输与信号传递(2)第一页，本课件共有52页第一节物质的跨膜运输第一节物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）膜泡运输膜泡运输第二页，本课件共有52页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细胞内外的离子浓度明显不同，对于细胞的存活和功能至关重要。离子浓度差异分布离子浓度差异分布主要由两种机制调控：脂双层的疏水性特征脂双层的疏水性特征脂溶性分子、小的不带电荷的分子以简单扩散方式直接通过脂双层。特殊的膜转运蛋白的活性特殊的膜转运蛋白的活性 绝大多数溶质分子和离子需要通过特殊的膜转运蛋

2、白进行跨膜转运。第三页，本课件共有52页膜转运蛋白：膜转运蛋白：载体蛋白、通道蛋白。载体蛋白、通道蛋白。不同之处（对溶质的不同之处（对溶质的转运机制转运机制）：）：通道蛋白：通道蛋白：根据溶质大小、电荷进行辨别；形成根据溶质大小、电荷进行辨别；形成亲亲水性通道水性通道实现对特异溶质的跨膜转运。实现对特异溶质的跨膜转运。载体蛋白：载体蛋白：只允许与其结合部位相适合的溶质分只允许与其结合部位相适合的溶质分子通过；每次转运，载体蛋白发生子通过；每次转运，载体蛋白发生构象改变构象改变。第四页，本课件共有52页（一）载体蛋白（一）载体蛋白（carrier protein）载体蛋白载体蛋白（carrier

3、 protein）:生物膜上普遍存在的多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合，通过构次跨膜蛋白分子。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。第五页，本课件共有52页载体蛋白通过构象改变介导溶质被动运输的模型载体蛋白通过构象改变介导溶质被动运输的模型第六页，本课件共有52页相同点相同点：特异性特异性：与底物特异性结合位点；：与底物特异性结合位点；饱和动力曲线饱和动力曲线；受抑制剂的影响受抑制剂的影响（底物类似物竞争性抑制、某种抑制剂非（底物类似物竞争性抑制、某种抑制剂非竞竞争性抑制、对争性抑制、对pH有依

4、赖性）有依赖性）。不同点不同点：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：（一）载体蛋白（一）载体蛋白（carrier protein）第七页，本课件共有52页（二）通道蛋白及其功能（二）通道蛋白及其功能概念概念：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。1、类型类型：（1）离子通道离子通道（ion channel）：对离子的选择性取决于通道直径、：对离子的选择性取决于通道直径、形状、通道内带电荷氨基酸的分布。

5、（形状、通道内带电荷氨基酸的分布。（大小和电荷适宜的离子大小和电荷适宜的离子）（2）孔蛋白孔蛋白（porin）：选择性很低选择性很低，能通过较大的分子。存在于，能通过较大的分子。存在于革兰氏阴性细菌、线粒体和叶绿体的外膜。革兰氏阴性细菌、线粒体和叶绿体的外膜。（3）水孔蛋白水孔蛋白（AQP）第八页，本课件共有52页2 2、离子通道具有三个、离子通道具有三个显著特征显著特征：（1 1）具有极高的转运速率）具有极高的转运速率（2 2）离子通道）离子通道没有饱和值没有饱和值（3 3）离子通道是）离子通道是门控的门控的 通道开启或关闭受膜电位变化、化学信号或压力刺激的调控。通道开启或关闭受膜电位变化、

6、化学信号或压力刺激的调控。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）应力激活通道（应力激活通道（stress-activated channel）（二）通道蛋白及其功能（二）通道蛋白及其功能第九页，本课件共有52页第十页，本课件共有52页第十一页，本课件共有52页二、小分子物质的跨膜运输类型二、小分子物质的跨膜运输类型 根据跨膜转运是否需要膜转运蛋白、细胞是否提供能量，跨膜运输分为：简单扩散简单扩散被动运输被动运输（协助扩散）主动运输主动运输第十二页，本课件共有52页（一）简单扩散（一）简单扩

7、散概念概念：又称为：又称为自由扩散自由扩散（free diffusion），），是是疏水小分子疏水小分子或或 小的不带电荷的极性分子小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋，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：沿浓度梯度沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；（或电化学梯度）扩散；不需要提供能量不需要提供能量；没有膜蛋白的协助没有膜蛋白的协助。第十三页，本课件共有52页脂双层对溶质的通透性通透性大小主要取决于分子的大分子的大小小和分子的极性分子的极性。某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在水和油中的分配系数（K）及扩散系数（D）来计算：P=KD/t（t为

8、膜的厚度）（一）简单扩散（一）简单扩散第十四页，本课件共有52页第十五页，本课件共有52页（二）被动运输（二）被动运输被动运输被动运输（passive transport）：溶质顺着电化学）：溶质顺着电化学梯度或浓度梯度，在膜转运蛋白协助下的跨膜转运方梯度或浓度梯度，在膜转运蛋白协助下的跨膜转运方式。式。特点特点：运输方向；运输方向；转运动力转运动力：物质的电化学梯度或浓度梯度；：物质的电化学梯度或浓度梯度；膜转运蛋白膜转运蛋白：转运多种极性小分子和无机离子。：转运多种极性小分子和无机离子。第十六页，本课件共有52页（三）主动运输（三）主动运输概念概念：主动运输主动运输（active tran

9、sport）是指由是指由载体蛋白载体蛋白介导的介导的 物质物质逆浓度梯度逆浓度梯度（或电化学梯度）进行跨膜转运的方式。（或电化学梯度）进行跨膜转运的方式。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（ATP驱动泵）驱动泵）2.ATP间接提供能量（协同转运或偶联转运蛋白）间接提供能量（协同转运或偶联转运蛋白）3.光能驱动光能驱动第十七页，本课件共有52页1、ATP驱动泵驱动泵：ATP酶直接利用水解ATP提供的能量，实现离子或小分子逆浓度梯度或电化学梯度的跨膜运输。2、协同

10、转运蛋白协同转运蛋白或偶联转运蛋白偶联转运蛋白（1）类型类型：同向协同转运蛋白同向协同转运蛋白；反向协同转运蛋白反向协同转运蛋白。（2）同向协同转运同向协同转运：偶联物的运输方向相同；反向协同转运反向协同转运：偶联物的运输方向相反。3、光驱动泵光驱动泵：对溶质的主动运输与光能的输入相偶联。例如菌紫菌紫红质红质。（三）主动运输（三）主动运输第十八页，本课件共有52页协同转运协同转运ATP驱动泵驱动泵光驱动泵光驱动泵第十九页，本课件共有52页P P型泵型泵 钠钾泵（钠钾泵（NaNa+-K-K+-ATP酶）酶）钙泵钙泵（Ca2+-ATP酶）酶）质子泵质子泵：V-型质子泵、型质子泵、H+-ATP酶（或

11、酶（或F 型）型）ABCABC超家族超家族1、ATP驱动泵与主动运输驱动泵与主动运输第二十页，本课件共有52页P型泵：型泵：钠钾泵钠钾泵两个催化亚基，具有ATP结合位点；多数还具有两个调节亚基；催化亚基催化亚基发生磷酸化磷酸化和去磷酸化去磷酸化反应，改变转运泵的构象，实现离子的跨膜转运。P型泵：型泵：转运泵水解ATP，使自身形成磷酸化中间体磷酸化中间体。第二十一页，本课件共有52页结构和作用机制作用：维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的膜电位维持细胞的膜电位；维持动物细胞的渗透平衡维持动物细胞的渗透平衡，保持细胞的体积；吸收营养吸收营养：利用膜两侧的Na+电化学梯度电化学梯度以协同转运协

12、同转运的方式吸收营养物。钠钾泵（钠钾泵（Na+-K+-ATP酶）酶）第二十二页，本课件共有52页第二十三页，本课件共有52页第二十四页，本课件共有52页P型泵：型泵：钙离子泵钙离子泵4CaCa2+2+-ATP-ATP酶，存在于细胞膜和内质网膜；酶，存在于细胞膜和内质网膜；4功功能能：将将CaCa2+2+泵泵出出细细胞胞或或泵泵入入内内质质网网腔腔，维维持持细细胞胞质质中中低低CaCa2+2+水水平。平。4运输机制：运输机制：类似于类似于NaNa+-K-K+泵，每个泵，每个ATPATP分子水解，运输分子水解，运输2 2个个CaCa2+2+。第二十五页，本课件共有52页V型质子泵和型质子泵和F型质

13、子泵型质子泵第二十六页，本课件共有52页V型质子泵和型质子泵和F型质子泵型质子泵第二十七页，本课件共有52页ABCABC超家族超家族第二十八页，本课件共有52页 原核细胞（原核细胞（A）和真核细胞（）和真核细胞（B）ABC超家族结构与工作示意图超家族结构与工作示意图ABCABC超家族超家族第二十九页，本课件共有52页第三十页，本课件共有52页2、协同运输、协同运输协同运输协同运输（cotransport）:一类靠间接提供能量完成一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。的主动运输方式。由由Na+-K+泵（或泵（或 H+泵）与载体蛋白协同作用，靠泵）与载体蛋白协同作用，靠间接消耗完成主动运输。间接消

14、耗完成主动运输。能量能量：膜两侧的：膜两侧的Na+梯度或梯度或 H+梯度。梯度。动物细胞动物细胞：Na+浓度梯度浓度梯度；植物细胞、细菌植物细胞、细菌：H+浓度梯度浓度梯度。第三十一页，本课件共有52页2、协同运输、协同运输类型：类型：同向协同同向协同（symport）：物质运输方向与离子转移方：物质运输方向与离子转移方向相同。向相同。小肠上皮细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na+的进入。在某些细菌中，乳糖的吸收伴随着H+的进入。第三十二页，本课件共有52页小小肠肠上上皮皮细细胞胞转转运运葡葡萄萄糖糖入入血血第三十三页，本课件共有52页第三十四页，本课件共有52页第三十五页，本课件共有52页反反向向协

15、协同同（antiport）：物质跨膜转运的方向与离子转移的方向相反。动物细胞：Na+/H+反向协同运输转运H+，调节胞内pH值。2、协同运输、协同运输第三十六页，本课件共有52页（四）（四）膜泡运输膜泡运输膜泡运输膜泡运输：完成：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，因质膜形成的跨膜运输，因质膜形成囊泡而得名，又称囊泡而得名，又称批量运输（批量运输（bulk transport）。）。根据物质的运输方向分为：根据物质的运输方向分为：胞吞作用胞吞作用（endocytosis）胞吐作用胞吐作用（exocytosis）第三十七页，本课件共有52页1、胞吞作用、胞吞作用胞吞作用：胞吞作用

16、：通过细胞膜内陷形成囊泡（通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡胞吞泡），），将将外界物质（生物大分子、颗粒性物质或液体等）摄取到外界物质（生物大分子、颗粒性物质或液体等）摄取到细胞内，以维持细胞正常的代谢活动。细胞内，以维持细胞正常的代谢活动。根据胞吞泡形成的分子机制胞吞泡形成的分子机制、胞吞泡的大小胞吞泡的大小差异：胞饮作用胞饮作用（pinocytosis）吞噬作用吞噬作用（phagocytosis）第三十八页，本课件共有52页（1）胞饮作用）胞饮作用特点特点：胞吞物为：胞吞物为液体和溶质液体和溶质；形成的胞吞泡形成的胞吞泡小小（直径小于（直径小于150nm）；）；连续连续发生的过程；发生的过程；

17、网格蛋白和衔接蛋白网格蛋白和衔接蛋白参与。参与。网格蛋白包被膜泡网格蛋白包被膜泡胞吞泡的形成胞吞泡的形成：配体和受体结合：配体和受体结合网格蛋白聚集网格蛋白聚集网格蛋白包被小窝网格蛋白包被小窝去被的囊泡和早胞内体融合去被的囊泡和早胞内体融合网格蛋白脱离包被膜泡网格蛋白脱离包被膜泡第三十九页，本课件共有52页第四十页，本课件共有52页（2）吞噬作用）吞噬作用特点特点：胞吞物为：胞吞物为大分子大分子和和颗粒颗粒物质；物质；形成的胞吞泡形成的胞吞泡大大（直径大于（直径大于250nm）；）；信号触发信号触发过程；过程；微丝及其结合蛋白微丝及其结合蛋白参与。参与。作用作用：防御微生物侵染；：防御微生物侵

18、染；清除衰老细胞或凋亡细胞。清除衰老细胞或凋亡细胞。第四十一页，本课件共有52页吞噬作用吞噬作用第四十二页，本课件共有52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 胞吞物胞吞物 胞吞泡大小胞吞泡大小 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 微丝及其结合蛋白微丝及其结合蛋白参与参与 受体介导的信号受体介导的信号触发过程触发过程第四十三页，本课件共有52页 根据胞吞的物质是否具有专一性胞

19、吞的物质是否具有专一性：非特异性的非特异性的胞吞作用胞吞作用 受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用：细胞摄取特定大分子（3）受体介导的胞吞作用）受体介导的胞吞作用第四十四页，本课件共有52页（3）受体介导的胞吞作用）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：动物细胞内由膜包围的细胞器，其作用是传输由胞吞作：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中被降解。用新摄入的物质到溶酶体中被降解。溶酶体溶酶体第四十五页

20、，本课件共有52页第四十六页，本课件共有52页在受体介导的胞吞作用过程中，不同类型的受体受体具有的胞内体的分选途径胞内体的分选途径：（1）返回原来的质膜结构域返回原来的质膜结构域；（2）受体下行调节：受体下行调节：进入溶酶体中被消化掉；进入溶酶体中被消化掉；（3）跨细胞转运：跨细胞转运：被运至质膜的不同结构域，例如乳鼠肠上皮被运至质膜的不同结构域，例如乳鼠肠上皮细胞从细胞从母乳中摄入抗体母乳中摄入抗体。第四十七页，本课件共有52页同细胞膜有关的物质运输活动有两种形式同细胞膜有关的物质运输活动有两种形式1.跨膜运输跨膜运输 小分子和离子小分子和离子2.膜泡运输膜泡运输 大分子和颗粒物质大分子和颗

21、粒物质被动运输被动运输 主动运输主动运输 胞吞作用胞吞作用 胞吐作用胞吐作用第四十八页，本课件共有52页胞吐作用胞吐作用：细胞内合成的生物分子细胞内合成的生物分子（蛋白质和脂质等）和代谢物代谢物以分泌泡分泌泡的形式与质膜融合，将内含物分泌到细胞表面或细胞外的过程。2、胞吐作用、胞吐作用第四十九页，本课件共有52页2、胞吐作用、胞吐作用（1）组成型胞吐途径）组成型胞吐途径（constitutive exocytosis pathway）存在于存在于所有细胞所有细胞；连续分泌连续分泌过程；过程；质膜更新质膜更新、形成、形成胞外基质胞外基质、作为、作为营养成分营养成分或或信号分子信号分子；除某些有特

22、殊标志的駐留蛋白或选择性进入溶酶体和可调节性分泌泡外，其余蛋白的转运途径：粗面内质网粗面内质网高尔基体高尔基体分泌泡分泌泡细细胞表面。胞表面。第五十页，本课件共有52页2、胞吐作用、胞吐作用（2）调节型胞吐途径）调节型胞吐途径（regulated exocytosis pathway）存在于存在于特化的分泌细胞特化的分泌细胞；分泌细胞产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）储存于分分泌细胞产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）储存于分 泌泡；泌泡；受到受到胞外信号刺激胞外信号刺激，分泌泡与质膜融合分泌泡与质膜融合，释放内含物；，释放内含物；具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身；具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身；分选主要由高尔基体分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定。上的受体类蛋白来决定。第五十一页，本课件共有52页感谢大家观看第五十二页，本课件共有52页