细胞生物学(翟中和)第5章 物质跨膜运输.ppt
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细胞生物学：050 物质的跨膜运输
阳离子通道 如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺受体。 阴离子通道 如甘氨酸和γ-氨基丁酸受体。
第五章 物质的跨膜运输 第一节 物质运输概述与膜转运蛋白
B 电位门通道 voltage gated channel 对细胞内或细胞外特异离子浓度发生变化时，或对其他 刺激引起膜电位变化时，致使其构象变化，“门”打开。
第五章 物质的跨膜运输
第二节 被动运输
一 膜对物质的通透性
第五章 物质的跨膜运输 第二节 被动运输
讨论2 下面有五组物质。请你将这五组物质对无 蛋白质膜的通透性排序；并列出理由.
尿素、甘油 K+、Cl_、HCO3_ H2O 葡萄糖、蔗糖 O2、CO2、N2
第五章 物质的跨膜运输 第二节 被动运输
神经肌肉接点由Ach门控通道开放而出现终板电位时，这 个电位改变可使相邻的肌细胞膜中存在的电位门Na+通道 和K+通道相继激活(即通道开放)，出现肌细胞的所谓动 作电位。动作电位传至肌质网， Ca2+通道打开,引起Ca2+ 外流，引发肌肉收缩。
第五章 物质的跨膜运输 第一节 物质运输概述与膜转运蛋白
尿素、甘油 K+、Cl_、HCO3_
VOLTAGE-GATED Ca2+ CHANNEL
ACTIVATED NEUROMUSCULAR JUNCTION
nerve impulse
sarrcoplasmic reticulum
muscle plasma membrane
GATED Ca2+ RELESE CHANNEL
第五章 物质的跨膜运输 第一节 物质运输概述与膜转运蛋白
C 应机力械激们活通通道道，动str力es闸s-a门ct通iva道ted channel
第五章 物质的跨膜运输 第一节 物质运输概述与膜转运蛋白
B 电位门通道 voltage gated channel 对细胞内或细胞外特异离子浓度发生变化时，或对其他 刺激引起膜电位变化时，致使其构象变化，“门”打开。
第五章 物质的跨膜运输
第二节 被动运输
一 膜对物质的通透性
第五章 物质的跨膜运输 第二节 被动运输
讨论2 下面有五组物质。请你将这五组物质对无 蛋白质膜的通透性排序；并列出理由.
尿素、甘油 K+、Cl_、HCO3_ H2O 葡萄糖、蔗糖 O2、CO2、N2
第五章 物质的跨膜运输 第二节 被动运输
神经肌肉接点由Ach门控通道开放而出现终板电位时，这 个电位改变可使相邻的肌细胞膜中存在的电位门Na+通道 和K+通道相继激活(即通道开放)，出现肌细胞的所谓动 作电位。动作电位传至肌质网， Ca2+通道打开,引起Ca2+ 外流，引发肌肉收缩。
第五章 物质的跨膜运输 第一节 物质运输概述与膜转运蛋白
尿素、甘油 K+、Cl_、HCO3_
VOLTAGE-GATED Ca2+ CHANNEL
ACTIVATED NEUROMUSCULAR JUNCTION
nerve impulse
sarrcoplasmic reticulum
muscle plasma membrane
GATED Ca2+ RELESE CHANNEL
第五章 物质的跨膜运输 第一节 物质运输概述与膜转运蛋白
C 应机力械激们活通通道道，动str力es闸s-a门ct通iva道ted channel
细胞生物学--细胞膜及物质的跨膜运输 ppt课件
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35
膜脂的不对称分布
•脂筏lipid raft是富含胆固醇和鞘磷脂的微结构 域（microdomain），约70nm左右，是一种动态结 构，位于质膜的外小页。
•介于无序液体与液晶之间，称为有序液体 （Liquid-ordered）。
•在低温下这些区域能抵抗非离子去垢剂的抽提， 称为抗去垢剂膜（detergent-resistant membranes，DRMs）。
Medicai molecular biology
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1
第五章 细胞膜及物质的跨膜运输
PLASMA MEMBRANE AND ITS SURFACE STRUCTURES
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2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
+ NH 3
CH 2 CH 2 O O P OO
+ NH 3 H C COO -
CH 2 O O P OO
CH 3 H 3C + N CH 3
CH 2 CH 2 O O P OO
OH H
H
OH
H OH
H
OH H
O
OH OH
O P OO
H 2C HC CH 2 H 2C HC CH 2
O
O
O
O
H 2C HC CH 2
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磷 甘油磷酯 脂鞘磷脂
磷脂酰胆碱 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰丝氨酸 磷脂酰肌醇
鞘 胺 醇
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极
X
性
头
部
o
基
团 （
CH２ -CH - CH２
第五章-跨膜转运PPT课件
1、同向协同（symport）
物质运输方向与离子转移方向相同。如小肠细胞对葡萄糖 的吸收伴随着Na+的进入。载体蛋白有两个结合位点，同 时与Na+和特异的氨基酸或葡萄糖分子结合，进行同向转 运。
2、反向协同（antiport）
物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反。如动物细胞 分裂时，常通过Na+/H+反向协同运输的方式来向细胞外转 运H+，以调高细胞内的PH值。
6. 2K+释放到细胞内， α亚基
4. 3Na+释放到细胞外 5. 2K+结合；去磷酸化 构象恢复原始状态。
每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+， 转进两个K+。 是一种基本的、典型的主动 运输方式。
Na+-K+泵的作用： ①维持细胞的渗透压，保持细胞的体积； ②维持低Na+高K+的细胞内环境； ③维持细胞的静息电位。
➢分泌蛋白合成后立即包装入高尔基复合体的分泌囊 泡中，然后被迅速带到细胞膜处排出。
➢所有真核细胞，连续分泌过程 ➢转运途径：粗面内质网→高尔基体→分泌泡 →细胞表面
（二）钙泵（Ca2+ pump ）
又称Ca2+-ATP酶。
构成：1个多肽构成的整合膜蛋白，每个泵 单位含有10个跨膜α螺旋。
分布：
❖ 细胞质膜和内质网膜上。 ❖ 肌细胞的肌质网膜上。
工 作 原 理 ：
3. 构象改变，破坏Ca2+结 4. 去磷酸化
1. 2Ca2+与位点结合 2. ATP水解；磷酸化
第三节 胞吞作用（endocytosis） 与胞吐作用（exocytosis）
大分子与颗粒性物质的跨膜运输 膜泡运输:转运过程中，物质包裹在囊泡中。 批量运输：同时转运一种或多种数量不等的
第五章物质的跨膜运输翟中和细胞生物学
1、 通道蛋白:根据溶质大小和电荷进行辨别,假如通道处于
开放状态,那么足够小得和带有适当电荷得分子或离子就能 通过。
2、 载体蛋白:只容许与载体蛋白上结合部位相适合得溶质
分子通过,而且载体蛋白每次转运都发生自身构象得改变。
二、被动运输与主动运输
物质得跨膜运输就是细胞维持正常生命活动得基础之一 ● 被动运输(passive transport) ● 主动运输(active transport)
第五章物质的跨膜运输翟中和细胞 生物学
一、脂双层得不透性和膜转运蛋白
载体蛋白 通道蛋白 通道蛋白与载体蛋白得异同
㈠、载体蛋白
结构:多次跨膜得整合性膜蛋白
机制:通过构象得改变介导与之结合得溶质分子得跨膜转运
特征:
如同酶具有特异性结合位点,具有高度得选择性 一次只能与膜一侧得一种溶质结合,经构象变化转运溶质 转运过程具有类似于酶与底物作用得饱和动力学特征 与酶不同对转运得溶质分子不作任何得共价修饰
㈡、通道蛋白
通道蛋白得结构 通道蛋白得特征 通道蛋白得类型
结构
通道蛋白形成跨膜得离子选择性通道。 对离子得选择性依赖于通道得直径和形状 以及通道内衬带电荷氨基酸得分布。 她所介导得被动运输不需要与溶质子结 合,只有大小和电荷适宜得离子才能通过。
特征
具有极高得转运速率 驱动带电荷离子得跨膜转运动力来自溶质得浓度梯
因此,人们推测水得跨膜转运除了简单扩散外, 还存在某种特殊得机制, 并提出了水通道得概念。
1988年Agre在分离纯化红细胞膜上得Rh血型抗原时,发现 了 一 个 疏 水 性 跨 膜 蛋 白 , 称 为 CHIP28 (Channel-Forming integral membrane protein)。1991年得到CHIP28得cDNA序 列,Agre将CHIP28得mRNA注入非洲爪蟾得卵母细胞中,在低渗 溶液中,卵母细胞迅速膨胀,并于5分钟内破裂,纯化得CHIP28置 入脂质体,也会得到同样得结果。细胞得这种吸水膨胀现象会被 Hg2+抑制,而这就是已知得抑制水通透得处理措施。这一发现揭 示了细胞膜上确实存在水通道,Agre因此而与离子通道得研究者 共享2003年得诺贝尔化学奖。
开放状态,那么足够小得和带有适当电荷得分子或离子就能 通过。
2、 载体蛋白:只容许与载体蛋白上结合部位相适合得溶质
分子通过,而且载体蛋白每次转运都发生自身构象得改变。
二、被动运输与主动运输
物质得跨膜运输就是细胞维持正常生命活动得基础之一 ● 被动运输(passive transport) ● 主动运输(active transport)
第五章物质的跨膜运输翟中和细胞 生物学
一、脂双层得不透性和膜转运蛋白
载体蛋白 通道蛋白 通道蛋白与载体蛋白得异同
㈠、载体蛋白
结构:多次跨膜得整合性膜蛋白
机制:通过构象得改变介导与之结合得溶质分子得跨膜转运
特征:
如同酶具有特异性结合位点,具有高度得选择性 一次只能与膜一侧得一种溶质结合,经构象变化转运溶质 转运过程具有类似于酶与底物作用得饱和动力学特征 与酶不同对转运得溶质分子不作任何得共价修饰
㈡、通道蛋白
通道蛋白得结构 通道蛋白得特征 通道蛋白得类型
结构
通道蛋白形成跨膜得离子选择性通道。 对离子得选择性依赖于通道得直径和形状 以及通道内衬带电荷氨基酸得分布。 她所介导得被动运输不需要与溶质子结 合,只有大小和电荷适宜得离子才能通过。
特征
具有极高得转运速率 驱动带电荷离子得跨膜转运动力来自溶质得浓度梯
因此,人们推测水得跨膜转运除了简单扩散外, 还存在某种特殊得机制, 并提出了水通道得概念。
1988年Agre在分离纯化红细胞膜上得Rh血型抗原时,发现 了 一 个 疏 水 性 跨 膜 蛋 白 , 称 为 CHIP28 (Channel-Forming integral membrane protein)。1991年得到CHIP28得cDNA序 列,Agre将CHIP28得mRNA注入非洲爪蟾得卵母细胞中,在低渗 溶液中,卵母细胞迅速膨胀,并于5分钟内破裂,纯化得CHIP28置 入脂质体,也会得到同样得结果。细胞得这种吸水膨胀现象会被 Hg2+抑制,而这就是已知得抑制水通透得处理措施。这一发现揭 示了细胞膜上确实存在水通道,Agre因此而与离子通道得研究者 共享2003年得诺贝尔化学奖。
5第五章 物质的跨膜运输 ppt课件
磷脂酶C(PLC)→ 反应的终止
→IP3→胞内Ca2+浓度升高→Ca2+结合蛋白(CaM)→细胞反应 →DG→激活PKC→蛋白磷酸化或促Na+/H+交换使胞内pH
钙调蛋白（calmodulin, CaM)
2020/10/6
受体酪氨酸激酶及RTK-Ras蛋白信号通路
受体酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs） 包括6个亚族
离子通道是门控的；只介导被动运输。
类型： 电压门通道（voltage-gated channel）
配体门通道（ligand-gated channel）
2020/10/6
压力激活通道（stress-activated channel）
主动运输（active transport）
●特点：运输方向、跨膜动力、能量消耗、膜转运蛋白 被动与主动运输的比较
1. A,b,c:chemical signals dependent cell communication, including chemical synapse; 2. D: contact-dependent cell communication; 3. Ch20e20m/10i/6cal and electronic coupling by Gap junction.
2020/10/6
2020/10/6
（A）细胞内受体蛋白作用模型; 2020/10/6（B）几种胞内受体蛋白超家族成员
2020/10/6
2020/10/6
3. Signal transduction mediated by the receptors on the cell surface
《细胞生物学》第五章物质跨膜运输4ppt课件
磷脂酰肌醇途径
胞外信号分子与细胞表面G蛋白耦联受体结合，激 活质膜上的磷脂酶C（PLC-β），使质膜上4，5-二磷 酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解成1，4，5-三磷酸肌醇（IP3 ）和二酰基甘油（diacylglycerol, DAG）。 – DG激活蛋白激酶C（PKC）： – IP3开启胞内IP3门控钙通道，Ca2+ 浓度升高，激活 钙调蛋白
2. 磷脂酰肌醇信号通路
• 概念：胞外信号分子与相应受体结合，导致
细胞内第二信使三磷酸肌醇（IP3）和二酰基 甘油（DG）的水平变化而引起细胞反应的信 号通路—“双信使系统”
• 组成：受体、 G蛋、蛋白激酶C（PKC）
• 效应酶：磷脂酶C 为受钙调蛋白调节的酶
磷脂酰肌醇信号通路图解
PKC可使不同类型的蛋白 质的丝氨酸和苏氨酸残基 磷酸化,作用底物广泛,参 与众多生理过程
短期生理效应 分泌 肌肉收缩 长期生理效应增殖 分化
信号终止 IP3 依次去磷酸化 肌醇
DG DG激酶 磷脂酸 DG 酯酶 单酯酰甘油
活化PKC激活基因转录的二条细胞内途径
细胞生物学翟中和第四版 05 跨膜运输ppt课件
电位是由接近膜的一薄层〔小于1 nm〕离子产生， 这列离子经过对膜另一边带相反电荷的离子的电吸 引而处于应有的位置上。
膜两侧电荷正好平衡，膜电位=0
少数阳离子〔红色〕从右到左穿过膜， 产生电荷差，从而产生膜电位
Voltage gated K+ channel
K+电位门有四个亚单位， 每个亚基有6个跨膜α螺 旋(S1-S6) ，N和C端均 位于胞质面。衔接S5S6段的发夹样β折叠 (P 区或H5区)，构成通道 内衬，大小允许K+经过。 目前以为S4段是电压感 受器
• 作用：维持细胞内较低的钙离子浓度。Ca2+能与 细胞内多种分子严密结合，改动其活性，且常被 用于引发细胞内其他事件的信号，如肌细胞的收 缩。
• 位置：质膜、内质网膜。 • 类型： • P型离子泵，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。
位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋白质的90%
4、钙离子泵
电化学梯度
偶联的转运蛋白 “上坡〞与“下坡〞
离子梯度动力
ATP驱动泵 “上坡〞与ATP水解
光驱动泵(细菌) “上坡〞与光能输入
3、钠钾泵 构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4
聚体，也叫Na+-K+ATP酶，分布于动物 细胞的质膜。 任务原理： 对离子的转运循环依赖自磷酸化过程， 所以叫做P-type离子泵。每个周期转出
四个不同功能的构造域组成的单分子蛋白质。
肌浆网桨
Ca2+结合腔
骨骼肌细胞
胞质溶胶
天冬氨酸
激活构造域
核苷酸结合构造域
5、偶联转运蛋白
• 任何溶质的跨膜梯度都能被用来驱动第二种分子
的自动转运。如钠钾泵里Na+梯度。
膜两侧电荷正好平衡，膜电位=0
少数阳离子〔红色〕从右到左穿过膜， 产生电荷差，从而产生膜电位
Voltage gated K+ channel
K+电位门有四个亚单位， 每个亚基有6个跨膜α螺 旋(S1-S6) ，N和C端均 位于胞质面。衔接S5S6段的发夹样β折叠 (P 区或H5区)，构成通道 内衬，大小允许K+经过。 目前以为S4段是电压感 受器
• 作用：维持细胞内较低的钙离子浓度。Ca2+能与 细胞内多种分子严密结合，改动其活性，且常被 用于引发细胞内其他事件的信号，如肌细胞的收 缩。
• 位置：质膜、内质网膜。 • 类型： • P型离子泵，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。
位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋白质的90%
4、钙离子泵
电化学梯度
偶联的转运蛋白 “上坡〞与“下坡〞
离子梯度动力
ATP驱动泵 “上坡〞与ATP水解
光驱动泵(细菌) “上坡〞与光能输入
3、钠钾泵 构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4
聚体，也叫Na+-K+ATP酶，分布于动物 细胞的质膜。 任务原理： 对离子的转运循环依赖自磷酸化过程， 所以叫做P-type离子泵。每个周期转出
四个不同功能的构造域组成的单分子蛋白质。
肌浆网桨
Ca2+结合腔
骨骼肌细胞
胞质溶胶
天冬氨酸
激活构造域
核苷酸结合构造域
5、偶联转运蛋白
• 任何溶质的跨膜梯度都能被用来驱动第二种分子
的自动转运。如钠钾泵里Na+梯度。
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胞吞泡的形成：配体和受体结合 有被小窝 网格蛋白聚集 有被小泡
去被的囊泡和胞内体融合
胞饮作用和吞噬作用的区别特 征来自物质胞吞泡的大小
转运方式
胞吞泡形成机制
胞饮作用
溶液
小于150nm
连续的过程
网格蛋白和接合素蛋白
吞噬作用
大颗粒
大于250nm
受体介导
微丝和结合蛋白
信号触发过程
二
受体介导的胞吞作用
网格蛋白聚集
概念：通道蛋白（channel protein）是横跨质膜 的选择性通道，允许适当大小的分子和带电荷的 离子顺梯度通过，又称为离子通道。对离子的选 择性依赖于离子通道的直径和形状，以及依赖于 通道内衬带电荷氨基酸的分布。 有些通道蛋白长期开放，如钾泄漏通道；
有些通道蛋白平时处于关闭状态，仅在特定刺激 下才打开，又称为门通道（gated channel）。主 要有4类：配体门通道 电位门通道 环核苷酸门通 道、机械门通道。
是电压感受器。
Na+、K+、Ca2+三种电位门通道结构相似，在进化上是由同 一个远祖基因演化而来。
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
神经肌肉接点由Ach门控通道开放而出现终板电位时，可使肌细胞膜中的电位 门Na+通道和K+通道相继激活，出现动作电位；引起肌质网 Ca2+通道打开， Ca2+进入细胞质，引发肌肉收缩。
第三节 胞吞和胞吐作用
一 胞吞作用 二 受体介导的胞吞作用 三 胞吐作用 四 穿胞运输 五 胞内膜泡运输
真核细胞通过胞吞作用（endocytosis）和胞吐作 用（exocytosis）完成大分子与颗粒性物质的跨 膜运输。在转运过程中，质膜内陷，形成包围细 胞外物质的囊泡，因此又称膜泡运输,又称批量运 输（bulk transport）。
钠钾泵对离子的转运循环依赖自磷酸化过程（ATP上的一
个磷酸基团转移到钠钾泵的一个天冬氨酸残基上，导致构 象变化），所以这类离子泵叫做P-type。
Na+-K+泵的作用： ①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积； ②维持低Na+高K+的细胞内环境； ③维持细胞的静息膜电位。
地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有
Glucose is absorbed by symport
补充：物质的跨膜运输和膜电位(了解）
膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。
静息电位（resting potential）：细胞在静息状态下的膜电位。 动作电位（active potential）：细胞在刺激作用下的膜电位。 极化：在静息电位状态下，质膜内为负值，外为正值的现象。 去极化：由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消失。 反极化：离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位的现象。 超极化：离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。
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为膜的厚度）
二、协助扩散
概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在 膜转运蛋白协助下顺浓度梯度（或电化学梯度） 的跨膜运输。 特点： ①比自由扩散转运速率高；
②运输速率同物质浓度成非线性关系；
如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌
胃酸）。
2、V-type：存在于各类小泡(vacuole) 膜上，由许多亚 基构成，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶 酶体膜、胞内体、植物液泡膜上。
3、F-type：是由许多亚基构成的管状结构，利用质子动 力势合成ATP，也叫ATP合酶，位于细菌质膜，线粒体内膜
Nicotinic acetylcholine receptor
2、电位门通道(voltage gated channel)
特点：细胞内或细胞外特异离子浓度或电位发生变化时，
致使其构象变化，“门”打开。
K+电位门有四个亚单位，每个亚基有6个跨膜α螺旋(S1S6) ，N和C端均位于胞质面。连接S5-S6段的发夹样β折 叠 (P区或H5区)，构成通道的内衬，大小可允许K+通过。 K+通道具有三种状态：开启、关闭和失活。目前认为S4段
3、环核苷酸门通道
如气味分子与化学感受器中的G
蛋白偶联型受体结合，可激活腺
苷酸环化酶，产生cAMP，开启
cAMP门控阳离子通道，引起钠离
子内流，膜去极化，产生神经冲
动，最终形成嗅觉或味觉。
4、机械门通道
感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。 细胞将机械刺激的信号转化为电化学信号，引起 细胞反应的过程称为机械信号转导 （mechanotransduction ）。
和叶绿体的类囊体膜上。
ATP-powered pumps
二、ATP间接提供能量的主动运输
概念：协同运输（cotransport）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 运输方式。 能量：钠钾泵或质子泵通过消耗ATP产生膜两侧的电化学浓度 梯度，驱动协同运输的进行。
第二节 离子泵和协同运输 P-型离子泵 V-型离子泵和F-型离子泵 协同运输 离子跨膜转运与膜电位（自学）
主动运输（active transport）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 一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。
主动运输的特点是：
①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输； ②需要能量； ③都有载体蛋白。
第五章 物质的跨膜运输
本章知识要点
载体蛋白与通道蛋白 离子泵的结构和作用机理（ 钠钾离子泵） 受体介导的胞吞作用
第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 第二节 离子泵和协调运输 第三节 胞吞与胞吐作用
第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输
脂双层的不透性和膜转运蛋白 被动运输与主动运输
细胞内的外的离子差别分布主要由两种机 制所调控： 一是取决于一套特殊的膜转运蛋白的活 性；
根据物质的运输方向分为：胞吞作用（endocytosis） 胞吐作用（exocytosis）
一 胞吞作用
概念：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。
类型：吞噬作用（phagocytosis）
胞饮作用（pinocytosis）
1、吞噬作用
细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，
类型：简单扩散（simple diffusion）
协助扩散（facilitated diffusion）
一、简单扩散
概念：又称为自由扩散（free diffusion），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 白参与的跨膜运输方式。 特点：
①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散； ②不需要提供能量； ③没有膜蛋白的协助。
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。 类型：共运输（同向协同（symport）） 对运输（反向协同（antiport））
1、同向协同（symport）
物质运输方向与离子转移方向相同。如小肠细胞对葡萄糖
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。
一是取决于质膜本身的脂双层所具有的 疏水性特征。
据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白
的15-30%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能
量的2/3。
概念：被动运输（passive transport）是通过简单扩散或
协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运
转。
特点：运输方向；跨膜动力；能量消耗；膜转运蛋白。
2、反向协同（antiport） 物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反，如动物细胞
常通过Na+/H+ 反向协同运输的方式来转运H+ ， 以调节细胞
内的PH值。还有一种机制是Na+ 驱动的Cl--HCO3- 交换，即 Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如存在于红细胞 膜上的带3蛋白。
助提高于其活性。
２、钙离子泵
作用：维持细胞内较低的钙离子浓度（细胞内钙离子浓度
10-7M，细胞外10-3M）。
位臵：质膜和内质网膜。
类型：
P型离子泵，其原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，
泵出2个Ca2+ 。位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋
白质的90%。
钠钙交换器（Na+-Ca2+ exchanger），属于反向协同运 输体系，通过钠钙交换来转运钙离子。
③特异性；饱和性。
载体（膜转运蛋白）：载体蛋白和通道蛋白两种 类型。
（一）载体蛋白（carrier protein）
载体蛋白（carrier protein）是在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，通过构象改
变介导溶质的主动和被动跨膜运输。
（二）通道蛋白（channel protein）
１、钠钾泵
构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实 钠 际上就是Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。 钾 泵 结 构
钠钾泵作用机制
去被的囊泡和胞内体融合
胞饮作用和吞噬作用的区别特 征来自物质胞吞泡的大小
转运方式
胞吞泡形成机制
胞饮作用
溶液
小于150nm
连续的过程
网格蛋白和接合素蛋白
吞噬作用
大颗粒
大于250nm
受体介导
微丝和结合蛋白
信号触发过程
二
受体介导的胞吞作用
网格蛋白聚集
概念：通道蛋白（channel protein）是横跨质膜 的选择性通道，允许适当大小的分子和带电荷的 离子顺梯度通过，又称为离子通道。对离子的选 择性依赖于离子通道的直径和形状，以及依赖于 通道内衬带电荷氨基酸的分布。 有些通道蛋白长期开放，如钾泄漏通道；
有些通道蛋白平时处于关闭状态，仅在特定刺激 下才打开，又称为门通道（gated channel）。主 要有4类：配体门通道 电位门通道 环核苷酸门通 道、机械门通道。
是电压感受器。
Na+、K+、Ca2+三种电位门通道结构相似，在进化上是由同 一个远祖基因演化而来。
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
神经肌肉接点由Ach门控通道开放而出现终板电位时，可使肌细胞膜中的电位 门Na+通道和K+通道相继激活，出现动作电位；引起肌质网 Ca2+通道打开， Ca2+进入细胞质，引发肌肉收缩。
第三节 胞吞和胞吐作用
一 胞吞作用 二 受体介导的胞吞作用 三 胞吐作用 四 穿胞运输 五 胞内膜泡运输
真核细胞通过胞吞作用（endocytosis）和胞吐作 用（exocytosis）完成大分子与颗粒性物质的跨 膜运输。在转运过程中，质膜内陷，形成包围细 胞外物质的囊泡，因此又称膜泡运输,又称批量运 输（bulk transport）。
钠钾泵对离子的转运循环依赖自磷酸化过程（ATP上的一
个磷酸基团转移到钠钾泵的一个天冬氨酸残基上，导致构 象变化），所以这类离子泵叫做P-type。
Na+-K+泵的作用： ①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积； ②维持低Na+高K+的细胞内环境； ③维持细胞的静息膜电位。
地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有
Glucose is absorbed by symport
补充：物质的跨膜运输和膜电位(了解）
膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。
静息电位（resting potential）：细胞在静息状态下的膜电位。 动作电位（active potential）：细胞在刺激作用下的膜电位。 极化：在静息电位状态下，质膜内为负值，外为正值的现象。 去极化：由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消失。 反极化：离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位的现象。 超极化：离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。
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为膜的厚度）
二、协助扩散
概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在 膜转运蛋白协助下顺浓度梯度（或电化学梯度） 的跨膜运输。 特点： ①比自由扩散转运速率高；
②运输速率同物质浓度成非线性关系；
如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌
胃酸）。
2、V-type：存在于各类小泡(vacuole) 膜上，由许多亚 基构成，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶 酶体膜、胞内体、植物液泡膜上。
3、F-type：是由许多亚基构成的管状结构，利用质子动 力势合成ATP，也叫ATP合酶，位于细菌质膜，线粒体内膜
Nicotinic acetylcholine receptor
2、电位门通道(voltage gated channel)
特点：细胞内或细胞外特异离子浓度或电位发生变化时，
致使其构象变化，“门”打开。
K+电位门有四个亚单位，每个亚基有6个跨膜α螺旋(S1S6) ，N和C端均位于胞质面。连接S5-S6段的发夹样β折 叠 (P区或H5区)，构成通道的内衬，大小可允许K+通过。 K+通道具有三种状态：开启、关闭和失活。目前认为S4段
3、环核苷酸门通道
如气味分子与化学感受器中的G
蛋白偶联型受体结合，可激活腺
苷酸环化酶，产生cAMP，开启
cAMP门控阳离子通道，引起钠离
子内流，膜去极化，产生神经冲
动，最终形成嗅觉或味觉。
4、机械门通道
感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。 细胞将机械刺激的信号转化为电化学信号，引起 细胞反应的过程称为机械信号转导 （mechanotransduction ）。
和叶绿体的类囊体膜上。
ATP-powered pumps
二、ATP间接提供能量的主动运输
概念：协同运输（cotransport）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 运输方式。 能量：钠钾泵或质子泵通过消耗ATP产生膜两侧的电化学浓度 梯度，驱动协同运输的进行。
第二节 离子泵和协同运输 P-型离子泵 V-型离子泵和F-型离子泵 协同运输 离子跨膜转运与膜电位（自学）
主动运输（active transport）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 一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。
主动运输的特点是：
①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输； ②需要能量； ③都有载体蛋白。
第五章 物质的跨膜运输
本章知识要点
载体蛋白与通道蛋白 离子泵的结构和作用机理（ 钠钾离子泵） 受体介导的胞吞作用
第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 第二节 离子泵和协调运输 第三节 胞吞与胞吐作用
第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输
脂双层的不透性和膜转运蛋白 被动运输与主动运输
细胞内的外的离子差别分布主要由两种机 制所调控： 一是取决于一套特殊的膜转运蛋白的活 性；
根据物质的运输方向分为：胞吞作用（endocytosis） 胞吐作用（exocytosis）
一 胞吞作用
概念：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。
类型：吞噬作用（phagocytosis）
胞饮作用（pinocytosis）
1、吞噬作用
细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞碎片等，
类型：简单扩散（simple diffusion）
协助扩散（facilitated diffusion）
一、简单扩散
概念：又称为自由扩散（free diffusion），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 白参与的跨膜运输方式。 特点：
①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散； ②不需要提供能量； ③没有膜蛋白的协助。
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。 类型：共运输（同向协同（symport）） 对运输（反向协同（antiport））
1、同向协同（symport）
物质运输方向与离子转移方向相同。如小肠细胞对葡萄糖
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。
一是取决于质膜本身的脂双层所具有的 疏水性特征。
据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白
的15-30%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能
量的2/3。
概念：被动运输（passive transport）是通过简单扩散或
协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运
转。
特点：运输方向；跨膜动力；能量消耗；膜转运蛋白。
2、反向协同（antiport） 物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反，如动物细胞
常通过Na+/H+ 反向协同运输的方式来转运H+ ， 以调节细胞
内的PH值。还有一种机制是Na+ 驱动的Cl--HCO3- 交换，即 Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如存在于红细胞 膜上的带3蛋白。
助提高于其活性。
２、钙离子泵
作用：维持细胞内较低的钙离子浓度（细胞内钙离子浓度
10-7M，细胞外10-3M）。
位臵：质膜和内质网膜。
类型：
P型离子泵，其原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，
泵出2个Ca2+ 。位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋
白质的90%。
钠钙交换器（Na+-Ca2+ exchanger），属于反向协同运 输体系，通过钠钙交换来转运钙离子。
③特异性；饱和性。
载体（膜转运蛋白）：载体蛋白和通道蛋白两种 类型。
（一）载体蛋白（carrier protein）
载体蛋白（carrier protein）是在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，通过构象改
变介导溶质的主动和被动跨膜运输。
（二）通道蛋白（channel protein）
１、钠钾泵
构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实 钠 际上就是Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。 钾 泵 结 构
钠钾泵作用机制