物质的跨膜运输 .ppt

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1、第五章 物质的跨膜运输MEMBRANE TRANSPORT内容提要 第一第一节节、膜、膜转转运蛋白与物运蛋白与物质质的跨膜运的跨膜运输输 一、脂双一、脂双层层的不透性和膜的不透性和膜转转运蛋白运蛋白 二、被二、被动动运运输输与主与主动动运运输输 第二第二节节、离子、离子泵泵和和协协同同转转运运 一、一、P-P-型离子型离子泵泵 二、二、V-V-型离子型离子泵泵和和F-F-型离子型离子泵泵 三、三、ABCABC超家族超家族 四、四、协协同同转转运运 五、离子跨膜五、离子跨膜转转运与膜运与膜电电位位 第三第三节节、胞吞作用与胞吐作用、胞吞作用与胞吐作用 一、胞一、胞饮饮作用与吞噬作用作用与吞噬作用

2、 二、受体介二、受体介导导的胞吞作用的胞吞作用 三、胞吐作用三、胞吐作用第一节、膜转运蛋白与物质的跨膜运输 一、脂双层的不透性和膜转运蛋白 二、被动运输与主动运输K+o Na+i离子的跨膜分布典型哺乳类细胞内外离子浓度比较Na+Cl-A-K+Membrane胞外胞内离子的跨膜分布据估据估计细计细胞膜上与物胞膜上与物质转质转运有关的蛋白占核基因运有关的蛋白占核基因编编码码蛋白的蛋白的30%30%，细细胞用在物胞用在物质转质转运方面的能量达运方面的能量达细细胞胞总总消耗能量的消耗能量的2/32/3。细细胞膜上存在两胞膜上存在两类类主要的主要的转转运蛋白，即：运蛋白，即：载载体蛋白体蛋白(carri

3、er protein)(carrier protein)又称做又称做载载体（体（carriercarrier）、）、通透通透酶酶（permeasepermease）和）和转转运器（运器（transportertransporter），有），有的需要能量的需要能量驱动驱动，如：各，如：各类类ATPATP驱动驱动的离子的离子泵泵；有的有的则则不需要能量，如：不需要能量，如：缬缬氨氨酶酶素。素。通道蛋白通道蛋白(channel protein)(channel protein)能形成能形成亲亲水的通道，允水的通道，允许许特定的溶特定的溶质质通通过过，所有通道蛋白均以自由，所有通道蛋白均以自由扩扩散散

4、的方式运的方式运输输溶溶质质。Two classes of membrane transport proteins vCarrier proteins are responsible for both the passive and the active transport(被动运输与主动运输被动运输与主动运输).).vChannel proteins are only responsible for passive transport(被动运输被动运输).Two classes of membrane transport proteins 载体蛋白载体蛋白 根据溶质是否与载体蛋白上结合部位相

5、适合进行辨别每次转运都发生自身构象的改变通道蛋白通道蛋白 根据溶质的大小和电荷进行辨别离子通道的活性（开或关）由通道的构象调节，受控于适当的细胞信号主要区别主要区别载体蛋白及其功能葡萄糖载体；Na+驱动的葡萄糖泵；Na+-H+交换器；Na+-K+泵；Ca2+泵；H+泵（H+-ATPase）载体蛋白功能异常：胱氨酸尿症(高)胱氨酸尿症:是一种隐性遗传的氨基酸代谢异常疾病。患者会由尿液排出大量的高胱氨酸，若未及早治疗，会有心智功能低下、骨骼畸形、眼球水晶体脱位、心脏血管疾病及血栓等。患者的肾细胞和肠细胞不能将胱氨酸和半胱氨酸转运到血液，胱氨酸和半胱氨酸在尿中累积，在肾中形成胱氨酸结石。通道蛋白及其

6、功能通道蛋白几乎都与无机离子的转运有关，所以又称为“离子通道”。离子通道的特征：1.极高的转运效率，比已知的任何一种载体蛋白最快转运效率要高1000倍以上；2.没有饱和值；3.并非连续开放，而是门控的，受控于适当的细胞信号，如：电位变化，化学信号，压力刺激.。通道蛋白及其功能vMost of the channel proteins are ion channels,including three types,with ion channels that they can be opened and closed 电压门通道配体门通道应力激活通道通道蛋白及其功能电压门通道配体门通道应力激活通道

7、K+渗漏通道；电压门Na+通道；电压门K+通道；电压门Ca2+通道；乙酰胆碱受体；GABA受体(GABA门Cl-通道)；应力激活的阳离子通道电压门控通道：钾、钠、钙离子通道 通道蛋白离子通道电压门控钾离子通道 配体门通道(ligand gated channel)特点：受体与细胞内或外的配体结合，引起门通道蛋白发生构象变化，“门”打开。又称离子通道型受体。通道蛋白离子通道配体门控通道 阳离子通道：乙酰胆碱、谷氨酸、五羟色胺受体 阴离子通道：甘氨酸和氨基丁酸(GABA)受体 通道蛋白离子通道乙酰胆碱受体 内耳毛细胞顶部的听毛也是对牵拉力敏感的感受装置，听毛弯曲时，毛细胞会出现暂短的感受器电位。从

8、听毛受力而致听毛根部所在膜的变形，到该处膜出现跨膜离子移动之间，只有极短的潜伏期，内耳中的毛细胞应力激活通道 通道蛋白离子通道应力激活的离子通道：听觉毛状细胞的离子通道 水孔蛋白：水分子的跨膜通道水水扩扩散通散通过过人工膜的速率很低，人人工膜的速率很低，人们们推推测测膜上有水膜上有水通道。通道。大多数水是直接通过脂双层进入细胞的，也有些水是通过水通道蛋白进行扩散的。19911991年年AgreAgre发现发现第一个水通道蛋白第一个水通道蛋白CHIP28(28KD)CHIP28(28KD)，他将他将CHIP28CHIP28的的mRNAmRNA注入非洲爪蟾的卵母注入非洲爪蟾的卵母细细胞中，胞中，在

9、低渗溶液中，卵母在低渗溶液中，卵母细细胞迅速膨胞迅速膨胀胀，5 5 分分钟钟内破裂。内破裂。细细胞的胞的这这种吸水膨种吸水膨胀现胀现象会被象会被HgHg2+抑制。抑制。目前在人目前在人类细类细胞中已胞中已发现发现的此的此类类蛋白至少有蛋白至少有1111种，种，被命名被命名为为水通道蛋白（水通道蛋白（AquaporinAquaporin，AQPAQP）。）。20032003年，美国科学家年，美国科学家Peter AgrePeter Agre和和Roderick MacKinnonRoderick MacKinnon，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获分别因对细胞膜水通道，离子通道结

10、构和机理研究而获诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖。Peter AgreRoderick MacKinnon 水通道水通道蛋白 AQP1是人的红细胞膜的一种主要蛋白。它能够让水自由通过（不必结合），但是不允许离子或是其他的小分子（包括蛋白质）通过。物质通过细胞质膜的3种转运途径1.被动运输：简单扩散:疏水小分子、不带电的极性小分子;协助扩散:极性分子和无机离子。需要特异性的膜转运蛋白的协助。2.主动运输：ATP驱动泵:P、V、F型3种离子泵,只转运离子；ABC超家族，运输小分子。耦联转运蛋白:同向转运蛋白;反向转运蛋白。光驱动泵:主要在细菌中发现3.胞吞与胞吐作用：简单扩散也叫自由也叫自由扩扩散（散（

11、free diffusionfree diffusion）,特点：特点：沿（沿（顺顺）浓浓度梯度（或度梯度（或电电化学梯度）化学梯度）扩扩散；散；不需要提供能量；不需要提供能量；没有膜蛋白的没有膜蛋白的协协助。助。某种物某种物质对质对膜的通透性（膜的通透性（P P）可以根据它在油和水）可以根据它在油和水中的分配系数（中的分配系数（K K）及其）及其扩扩散系数（散系数（D D）来）来计计算：算：P=KD/dP=KD/d (d d为为膜的厚度膜的厚度)人工膜人工膜对对各各类类物物质质的通透率：的通透率：脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非非极极

12、性性分分子子比比极极性性容容易易透透过过，极极性性不不带带电电荷荷小小分分子子，如如H H2 2O O、O O2 2等可以透等可以透过过人工脂双人工脂双层层，但速度，但速度较较慢；慢；小小分分子子比比大大分分子子容容易易透透过过；分分子子量量略略大大一一点点的的葡葡萄萄糖糖、蔗糖蔗糖则则很很难难透透过过；人工膜人工膜对带电对带电荷的物荷的物质质，如各，如各类类离子是高度不通透的。离子是高度不通透的。磷脂双层的屏蔽作用协助扩散也称促进扩散（也称促进扩散（facilitated diffusionfacilitated diffusion）。）。特点：特点：比自由扩散转运速率高；比自由扩散转运速率

13、高；运输速率同物质浓度成非线性关系；运输速率同物质浓度成非线性关系；需借助载体；需借助载体；具有特异性；饱和性。具有特异性；饱和性。载体：载体蛋白和通道蛋白两种类型。载体：载体蛋白和通道蛋白两种类型。The carrier protein,the Glucose transporter(GluT1)in the erythrocyte PM,alter conformation to facilitate the transport of glucose.v Facilitated diffusion:Protein-mediated movement,movement down the gr

14、adient(顺浓度梯度或电化学梯度)主动运输主动运输的特点是：逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；需要能量；都有载体蛋白。主动运输所需的能量来源主要有：协同运输中的离子梯度动力；ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量；光驱动的泵利用光能运输物质，见于细菌。主动运输的3种类型ATP驱动泵(ATP直接提供能量)耦联转运蛋白(ATP间接提供能量)光驱动泵物质通过细胞质膜的3种转运途径1.被动运输：简单扩散:疏水小分子、不带电的极性小分子;协助扩散:极性分子和无机离子。需要特异性的膜转运蛋白的协助。2.主动运输：ATP驱动泵:P、V、F型3种离子泵,只转运离子；ABC超家族，运输小分子。耦联转运蛋白:同向转运蛋白;反向转运蛋白。光驱动泵:主要在细菌中发现3.胞吞与胞吐作用：