物质的跨膜运输与信号传递课件.ppt
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1、第五章第五章 物质的跨膜运输与信号传递物质的跨膜运输与信号传递 物质的跨膜运输物质的跨膜运输 细胞通讯与信号传递细胞通讯与信号传递第一节第一节 物质的跨膜运输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)胞吞作用胞吞作用(endocytosis)胞吐作用胞吐作用(exocytosis)一、被动运输一、被动运输概念:被动运输(概念:被动运输(passive transport)是通过简单扩散或)是通过简单扩散或 协助扩散实现物质由协助扩散实现物质由高高浓度向浓度向低低浓度方向的跨膜运浓度方向的跨膜运 转。转。特点:运输
2、方向;跨膜动力;能量消耗;膜转运蛋白。特点:运输方向;跨膜动力;能量消耗;膜转运蛋白。类型:简单扩散(类型:简单扩散(simple diffusion)协助扩散(协助扩散(facilitated diffusion)(一)简单扩散(一)简单扩散(simple diffusion)1.概念概念:又称为自由扩散(:又称为自由扩散(free diffusion),),是疏水小分子是疏水小分子或小的不带电荷的极性分子,不需要能量也不需要膜蛋白参或小的不带电荷的极性分子,不需要能量也不需要膜蛋白参与的跨膜运输方式。与的跨膜运输方式。2.特点特点:沿浓度梯度(或电化学梯度)扩散;沿浓度梯度(或电化学梯度)
3、扩散;不需要提供不需要提供能量;能量;没有膜蛋白的协助。没有膜蛋白的协助。某种物质对膜的某种物质对膜的通透性通透性(P)可以根据它在水和油中的分配系可以根据它在水和油中的分配系数(数(K)及扩散系数(及扩散系数(D)来计算:来计算:P=KD/t(t为膜的厚度)为膜的厚度)概念概念:也称促进扩散:也称促进扩散,是极性分子和无机离子在是极性分子和无机离子在膜转运蛋白膜转运蛋白 协助下顺浓度梯度(或电化学梯度)的跨膜运输。协助下顺浓度梯度(或电化学梯度)的跨膜运输。特点特点:转运速率高;转运速率高;存在最大转运速率;存在最大转运速率;有膜转运有膜转运蛋白参与,有特异性。蛋白参与,有特异性。膜转运蛋白
4、膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。分为分为载体蛋白载体蛋白(carrier protein.carrier protein.可介导被动和主动运输可介导被动和主动运输)和)和通道蛋白(通道蛋白(channel protein.channel protein.只介导只介导被动运输被动运输)。)。(二)协助扩散(二)协助扩散(facilitated diffusion)(facilitated diffusion)简单扩散简单扩散运输通道运输通道运输载体运输载体被动运输被动运输主动运输主动运输浓度梯度浓度梯度图示载体蛋白通过构象改变介导溶质被动
5、运输的模型图示载体蛋白通过构象改变介导溶质被动运输的模型相同点:相同点:特异性,有特异的结合位点;特异性,有特异的结合位点;有饱和动力曲线;有饱和动力曲线;受抑制剂的影响。受抑制剂的影响。不同点:不同点:可改变过程的平衡点;可改变过程的平衡点;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。载体蛋白和酶的异同点:载体蛋白和酶的异同点:A.电压门通道电压门通道B.配体门通道配体门通道C.压力激活通道压力激活通道二、主动运输二、主动运输概念概念:主动运输(:主动运输(active transport)是指由载体蛋白介导的是指由载体蛋白介导的 物质逆浓度梯度(或化学梯度)的由浓度低的一侧向物
6、质逆浓度梯度(或化学梯度)的由浓度低的一侧向 浓度浓度 高的一侧的跨膜运输方式。高的一侧的跨膜运输方式。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2.ATP间接提供能量间接提供能量3.光能驱动光能驱动偶联转运蛋白偶联转运蛋白 ATP驱动泵驱动泵 光驱动泵光驱动泵电化学梯度电化学梯度寡糖寡糖Na+-K+泵的结构1.钠钾泵(钠钾泵(Na+-K+-ATP酶)的结构酶)的结构2.Na+-K+泵泵的的作作用用机机制制(二二)ATP直接提供能量驱动的主动运输直接提供能量驱动的主动运
7、输 钙泵钙泵(Ca2+-ATP酶)酶);.质子泵:质子泵:P-型质子泵、型质子泵、V-型质子泵、型质子泵、H+-ATP酶(或酶(或F 型)型);ABC转换器转换器 1.钙泵钙泵(Ca2+-ATP酶)酶)Ca2+-ATP酶主动运输的构象变化模型酶主动运输的构象变化模型2.质子泵质子泵 可分为三种可分为三种:哺乳动物多药抗性蛋白哺乳动物多药抗性蛋白1协同运输(cotransport)是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度,而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动,植物细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动
8、。根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向,协同运输又可分为:同向协同(symport)与反向协同(antiport)。1.1.概念概念:协同运输(:协同运输(cotransportcotransport)是指一种物质的运输伴随是指一种物质的运输伴随 另一种物质的运输。它是一类靠间接提供能量完成的主动运输另一种物质的运输。它是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。方式。2.2.能量能量:钠钾泵或质子泵通过消耗:钠钾泵或质子泵通过消耗ATPATP产生膜两侧的电化学浓产生膜两侧的电化学浓度梯度,驱动协同运输的进行。度梯度,驱动协同运输的进行。动物细胞动物细胞中常常利用膜两侧中常常利用膜两侧NaN
9、a+浓度梯度来驱动,浓度梯度来驱动,植物植物 细胞和细菌细胞和细菌常利用常利用H H+浓度梯度来驱动。浓度梯度来驱动。3.3.类型类型:共运输(同向协同(:共运输(同向协同(symportsymport)对运输(反向协同(对运输(反向协同(antiportantiport)(三三)ATP间接提供能量的主动运输间接提供能量的主动运输协同运输协同运输小小肠肠上上皮皮细细胞胞吸吸收收葡葡萄萄糖糖示示意意图图三、膜泡运输三、膜泡运输胞吞作用和胞吐作用胞吞作用和胞吐作用膜泡运输完成膜泡运输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
10、批量运输(批量运输(bulktransport)。)。根据物质的运输方向分为:胞吞作用根据物质的运输方向分为:胞吞作用(endocytosis)胞吐作用胞吐作用(exocytosis)(一)(一)胞吞作用胞吞作用概念概念:胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡(胞吞泡),:胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡(胞吞泡),将外界物质裹进并输入细胞的过程。将外界物质裹进并输入细胞的过程。类型类型:胞饮作用(胞饮作用(pinocytosispinocytosis)吞噬作用(吞噬作用(phagocytosisphagocytosis)胞胞饮饮作作用用示示意意图图细胞膜细胞膜膜外蛋白膜外蛋白膜内蛋白膜内蛋白胞饮物胞饮
11、物胞饮泡膜胞饮泡膜通过网络蛋白有被小泡介导的选择性运输示意图通过网络蛋白有被小泡介导的选择性运输示意图(转运分子(转运分子-配体)配体)(转运分子受体)(转运分子受体)(网络蛋白:轻链和重链组成包被的结构单位)配体配体(Ligand)是通常本身具有其特别的生物活性,并且能和接受体(receptor)结合,呈现特异性的生物活性分子。(接合素蛋白)(膜泡形成)有被小窝 (1)网格蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡,介导高尔)网格蛋白衣被小泡是最早发现的衣被小泡,介导高尔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输,以及质膜到内膜区隔基体到内体、溶酶体、植物液泡的运输,以及质膜到内膜区隔的膜泡运输。的膜泡运输。
12、(2)COP(constitutive photomorphogenic(constitutive photomorphogenic,COP)COP)I;衣被小泡衣被小泡负负责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网。起初发现于高尔基责回收、转运内质网逃逸蛋白返回内质网。起初发现于高尔基体碎片,在含有体碎片,在含有ATP的溶液中温育时,能形成非笼形蛋白包被的溶液中温育时,能形成非笼形蛋白包被的小泡。的小泡。(3)COP II主要介导从内质网到高尔基体的物质运输。最早主要介导从内质网到高尔基体的物质运输。最早发现于酵母发现于酵母ER在在ATP存在的细胞质液中温育时,存在的细胞质液中温育时,ER膜上能形
13、成膜上能形成类似于类似于COP I的衣被小泡,酵母的衣被小泡,酵母COP II衣被蛋白的变异体,会在衣被蛋白的变异体,会在内质网中积累蛋白质。内质网中积累蛋白质。2.吞噬作用吞噬作用特点:胞吞物为特点:胞吞物为大分子大分子和和颗粒颗粒物质;物质;形成的胞吞泡大(直径大于形成的胞吞泡大(直径大于250nm););信号触发过程;信号触发过程;微丝和结合蛋白。微丝和结合蛋白。作用:防御侵染和垃圾清除工。作用:防御侵染和垃圾清除工。包涵素包涵素:分子量为:分子量为180,000道尔顿的蛋白质,道尔顿的蛋白质,包裹在包裹在“被覆窝被覆窝”的细胞质表面上,与受体的细胞质表面上,与受体介导的对低密度脂蛋白介
14、导的对低密度脂蛋白(LDL)、胰岛素及其、胰岛素及其他配体的内摄作用有关他配体的内摄作用有关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 物质物质 胞吞泡的大小胞吞泡的大小 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 受体介导的信受体介导的信 微丝和结合蛋白微丝和结合蛋白 号触发过程号触发过程(二)受体介导的胞吞作用(二)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:
15、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是动物细胞内由膜包围的细胞器,其作用是传输由胞是动物细胞内由膜包围的细胞器,其作用是传输由胞吞作用摄入的物质到溶酶体中被降解。吞作用摄入的物质到溶酶体中被降解。溶酶体溶酶体(单层磷脂)(单层磷脂)(载脂蛋白)(载脂蛋白)低密度脂蛋白低密度脂蛋白(low-densitylipoproteins,LDL):是胆固醇在肝是胆固醇在肝细胞合成后与磷细胞合成后与磷脂和蛋白质形成脂和蛋白质形成的复合物的复合物,进入血进入血液,通过与细胞液,通过与细胞表面的表面的LDL受体受体结合形
16、成受体结合形成受体-LDL复合物,通复合物,通过网络蛋白有被过网络蛋白有被小泡的内化作用小泡的内化作用进入细胞,经脱进入细胞,经脱被与包内体融合。被与包内体融合。包内体包内体是动物细是动物细胞内由膜包围的胞内由膜包围的细胞器,作用是细胞器,作用是传输新吞入细胞传输新吞入细胞的物质到溶酶体的物质到溶酶体被降解。被降解。包内体膜上有包内体膜上有ATP驱动的质驱动的质子泵,将子泵,将H+泵进包内体腔泵进包内体腔中,使腔内中,使腔内PH降低,引降低,引起起LDL与受体与受体分离。包内体分离。包内体以出芽的方式以出芽的方式形成运载受体形成运载受体的小泡,返回的小泡,返回细胞膜,重复细胞膜,重复使用。含使
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