细胞生物学教学课件第5章 物质跨膜运输
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Ca2+泵
质子泵)
V型和F型质子泵存在于植 物、细菌质膜上
(或真核细胞线粒体和类囊体膜上)
1）Na+-K+泵
第一节 质膜的物质运输
Na+和K+等有些离子在细胞内外的浓度差别很大：
细胞内：[K+] 很高，[Na+]很低 质膜外：[Na+] 很高，[K+]很低
靠Na+-K+泵来维持
Na+ 的 运 出 和 K+ 的 运 进 相互偶联、协同进行
第五章 物质的跨膜运输
Chapter 5 Transport across bio-membranes
第一节 质膜的物质运输
质膜物质运输
穿膜运输
主要是离子和一些 小分子的运输
主要是一些大分子
膜泡运输 和颗粒物质的运输
穿膜运输 膜泡运输
第一节 质膜的物质运输
内吞 外排
第一节 质膜的物质运输
一、穿膜运输
直接靠水解ATP来驱动的主动运输称为初级主动运输 (primary active transport)。
膜内外Na+、H+浓度差造成的电化学梯度势能
不直接靠水解ATP来驱动的主动运输称为次级主动运输 (secondary active transport)。
光Baidu Nhomakorabea驱动的主动运输
第一节 质膜的物质运输
质 膜
当把亚基 与亚基分 开时， 亚 基的酶活性 即丧失。
有些物质，如离子和小分子，以直接穿膜的方式进出 细胞。 影响物质穿过脂双层膜的通透性高低的因素有如下几个：
(1)脂溶性：脂溶性越大的分子越容易穿膜; (2)分子量：小分子比大分子容易穿膜; (3)带电性：不带电荷的分子容易穿膜; (4)亲水性：亲水性分子和离子的穿膜要依赖于专一性
的跨膜蛋白。
第一节 质膜的物质运输
简单扩散的物质穿膜运动符合于物理化学规律。
油/水分配系数
穿膜通透性
P
KD t
扩散系数 膜的厚度
2. 协助扩散
通道蛋白(channel proteins) 离子
离子通道
第一节 质膜的物质运输
通道自蛋由白扩 散 与
协助扩散的 动力学曲线 对比图解
离子通道的特性：
第一节 质膜的物质运输
①离子选择性：只允许一定大小和具有一定电荷的的 离子通过，其他离子则不能通过。
被运输分子 被运输分子
被运输分子
通道蛋白
载体蛋白
脂 双 层
电化学梯度
简单 扩散
通道介导 的扩散
载体介导 的扩散
协助扩散
被动运输
被运输分子 主动运输
跨膜运输的类型
(一)、被动运输
第一节 质膜的物质运输
1. 简单 扩 散
简单扩散(simple diffusion)不需消耗细胞的代谢能，也 不需要专一的载体分子，只要膜两侧物质保持一定浓度差， 即可发生这种物质运输。运输的速率与物质浓度差成正比。
通道蛋白(channel proteins)
可形成运输通道；通过 通道的“开”与“关” 运输物质
载体蛋白(carrier proteins)
对被运输物质具有高度 特异性；通过构象变化 来结合或释放物质进行 跨膜运输
第一节质膜的物质运输
载体蛋白所利用的细胞代谢能主要有以下2个来源：
ATP水解释放的化学键能
1、主动运输与运输泵
所谓泵(pump)即是指能驱动离子或小分子以主动运输 的方式穿过生物膜的跨膜蛋白(transmembrane proteins)。
能驱动离子穿膜的跨膜蛋白称为离子泵(ion pump)，它 具有ATP酶活性 (可水解ATP并利用其能量进行穿膜运输)。
质膜上的离子泵
Na+-K+泵 P型离子泵存在于真核细胞质膜中
第一节 质膜的物质运输
物质穿膜运输几种方式的主要异同点
运输方式 运输方向
膜运输蛋白
耗能方式
简单扩散 顺电化学梯度
--
不耗能
协助扩散 顺电化学梯度 通道蛋白/载体蛋白
不耗能
主动运输 逆电化学梯度
载体蛋白
消耗细胞代谢能
第一节 质膜的物质运输
参与物质穿膜运输的蛋白质称为膜运输蛋白 (membrane transport proteins)：
②可控性：离子通道是一道离子门，一般是不开放的， 只有在受到专一刺激时才开放，并随立 即又关闭。
离子通道
亲水小孔
第一节质膜的物质运输
Close
Open
脂 双 层
疏水面
亲水面
亲水孔中的 离子选择滤器
离子通道的结构及其作用原理图解
第一节 质膜的物质运输
胞外 关
胞质
电位变化
胞外配体
配体 结合
胞内 配体
亚基为大亚基：120kDa，具有ATP酶活性，其胞质 端有Na+和ATP结合部位，其胞外端有K+和乌本 苷(ouabain)结合部位。 亚基具有组织特异性。50KD。
磷酸化和去 磷酸化可引 起分子发生 构象交替变 化，发挥泵 的作用。
细胞外 细胞质溶质
Na+
Na+和ATP结合部位
电化学梯度
K+和乌本苷结合部位
配体
结合
压力 牵拉力
开
电位门通道
配体门通道
机械门通道
三类离子通道的模式图解
第一节 质膜的物质运输
(1)电位门通道(voltage-gated channel): 对跨膜电压的变 化发生反应，例如神经纤维的电兴奋传导。
关
关
未激活状态 开
膜被极化
膜去极化 开
第一节质膜的物质运输
(2)机械门通道(mechanically gated channel): 对机械应力发生反应……
Na+-K+泵（即Na+-K+ ATP酶）在Na+、K+、Mg2+存在时， 能把ATP水解成ADP和磷酸，同时把Na+和K+以反浓度梯度 的方向进行运输：
Na+·K+·Mg2+
ATP ＋ H2O Na+-K+ ATP酶 ADP ＋ H3PO4
第一节 质膜的物质运输
Na+-K+ ATP酶分子为跨膜蛋白，由、两个亚基构成
胞外配体
胞外
胞外
胞内配体
胞外 胞内
胞内
胞内
胞外 胞内
(二)、 主动运输
第一节 质膜的物质运输
主动运输中，离子和代谢物逆其电化学梯度进行运 输，需消耗细胞代谢能，故又称代谢关联运输 (metabolically linked transport)。
主动运输需要有跨膜载体蛋白的协助，这些载体蛋 白起泵的作用，有选择性地运输专一溶质。
机械压力
脂 双 层
关
开
内耳听觉毛细胞上的不动纤毛：
声音 内耳 毛细胞下方的基膜发生振动 使纤毛触及到上方的覆膜 迫使纤毛发生倾斜
机械压力
纤毛机械门通道打开 离子涌入细胞内 膜电位改变 信号经神经传出
第一节 质膜的物质运输
(3) 配体门通道(ligand-gated channel)：对配体 的结合发生反应。配体又分为胞外受体和胞内受体。
质子泵)
V型和F型质子泵存在于植 物、细菌质膜上
(或真核细胞线粒体和类囊体膜上)
1）Na+-K+泵
第一节 质膜的物质运输
Na+和K+等有些离子在细胞内外的浓度差别很大：
细胞内：[K+] 很高，[Na+]很低 质膜外：[Na+] 很高，[K+]很低
靠Na+-K+泵来维持
Na+ 的 运 出 和 K+ 的 运 进 相互偶联、协同进行
第五章 物质的跨膜运输
Chapter 5 Transport across bio-membranes
第一节 质膜的物质运输
质膜物质运输
穿膜运输
主要是离子和一些 小分子的运输
主要是一些大分子
膜泡运输 和颗粒物质的运输
穿膜运输 膜泡运输
第一节 质膜的物质运输
内吞 外排
第一节 质膜的物质运输
一、穿膜运输
直接靠水解ATP来驱动的主动运输称为初级主动运输 (primary active transport)。
膜内外Na+、H+浓度差造成的电化学梯度势能
不直接靠水解ATP来驱动的主动运输称为次级主动运输 (secondary active transport)。
光Baidu Nhomakorabea驱动的主动运输
第一节 质膜的物质运输
质 膜
当把亚基 与亚基分 开时， 亚 基的酶活性 即丧失。
有些物质，如离子和小分子，以直接穿膜的方式进出 细胞。 影响物质穿过脂双层膜的通透性高低的因素有如下几个：
(1)脂溶性：脂溶性越大的分子越容易穿膜; (2)分子量：小分子比大分子容易穿膜; (3)带电性：不带电荷的分子容易穿膜; (4)亲水性：亲水性分子和离子的穿膜要依赖于专一性
的跨膜蛋白。
第一节 质膜的物质运输
简单扩散的物质穿膜运动符合于物理化学规律。
油/水分配系数
穿膜通透性
P
KD t
扩散系数 膜的厚度
2. 协助扩散
通道蛋白(channel proteins) 离子
离子通道
第一节 质膜的物质运输
通道自蛋由白扩 散 与
协助扩散的 动力学曲线 对比图解
离子通道的特性：
第一节 质膜的物质运输
①离子选择性：只允许一定大小和具有一定电荷的的 离子通过，其他离子则不能通过。
被运输分子 被运输分子
被运输分子
通道蛋白
载体蛋白
脂 双 层
电化学梯度
简单 扩散
通道介导 的扩散
载体介导 的扩散
协助扩散
被动运输
被运输分子 主动运输
跨膜运输的类型
(一)、被动运输
第一节 质膜的物质运输
1. 简单 扩 散
简单扩散(simple diffusion)不需消耗细胞的代谢能，也 不需要专一的载体分子，只要膜两侧物质保持一定浓度差， 即可发生这种物质运输。运输的速率与物质浓度差成正比。
通道蛋白(channel proteins)
可形成运输通道；通过 通道的“开”与“关” 运输物质
载体蛋白(carrier proteins)
对被运输物质具有高度 特异性；通过构象变化 来结合或释放物质进行 跨膜运输
第一节质膜的物质运输
载体蛋白所利用的细胞代谢能主要有以下2个来源：
ATP水解释放的化学键能
1、主动运输与运输泵
所谓泵(pump)即是指能驱动离子或小分子以主动运输 的方式穿过生物膜的跨膜蛋白(transmembrane proteins)。
能驱动离子穿膜的跨膜蛋白称为离子泵(ion pump)，它 具有ATP酶活性 (可水解ATP并利用其能量进行穿膜运输)。
质膜上的离子泵
Na+-K+泵 P型离子泵存在于真核细胞质膜中
第一节 质膜的物质运输
物质穿膜运输几种方式的主要异同点
运输方式 运输方向
膜运输蛋白
耗能方式
简单扩散 顺电化学梯度
--
不耗能
协助扩散 顺电化学梯度 通道蛋白/载体蛋白
不耗能
主动运输 逆电化学梯度
载体蛋白
消耗细胞代谢能
第一节 质膜的物质运输
参与物质穿膜运输的蛋白质称为膜运输蛋白 (membrane transport proteins)：
②可控性：离子通道是一道离子门，一般是不开放的， 只有在受到专一刺激时才开放，并随立 即又关闭。
离子通道
亲水小孔
第一节质膜的物质运输
Close
Open
脂 双 层
疏水面
亲水面
亲水孔中的 离子选择滤器
离子通道的结构及其作用原理图解
第一节 质膜的物质运输
胞外 关
胞质
电位变化
胞外配体
配体 结合
胞内 配体
亚基为大亚基：120kDa，具有ATP酶活性，其胞质 端有Na+和ATP结合部位，其胞外端有K+和乌本 苷(ouabain)结合部位。 亚基具有组织特异性。50KD。
磷酸化和去 磷酸化可引 起分子发生 构象交替变 化，发挥泵 的作用。
细胞外 细胞质溶质
Na+
Na+和ATP结合部位
电化学梯度
K+和乌本苷结合部位
配体
结合
压力 牵拉力
开
电位门通道
配体门通道
机械门通道
三类离子通道的模式图解
第一节 质膜的物质运输
(1)电位门通道(voltage-gated channel): 对跨膜电压的变 化发生反应，例如神经纤维的电兴奋传导。
关
关
未激活状态 开
膜被极化
膜去极化 开
第一节质膜的物质运输
(2)机械门通道(mechanically gated channel): 对机械应力发生反应……
Na+-K+泵（即Na+-K+ ATP酶）在Na+、K+、Mg2+存在时， 能把ATP水解成ADP和磷酸，同时把Na+和K+以反浓度梯度 的方向进行运输：
Na+·K+·Mg2+
ATP ＋ H2O Na+-K+ ATP酶 ADP ＋ H3PO4
第一节 质膜的物质运输
Na+-K+ ATP酶分子为跨膜蛋白，由、两个亚基构成
胞外配体
胞外
胞外
胞内配体
胞外 胞内
胞内
胞内
胞外 胞内
(二)、 主动运输
第一节 质膜的物质运输
主动运输中，离子和代谢物逆其电化学梯度进行运 输，需消耗细胞代谢能，故又称代谢关联运输 (metabolically linked transport)。
主动运输需要有跨膜载体蛋白的协助，这些载体蛋 白起泵的作用，有选择性地运输专一溶质。
机械压力
脂 双 层
关
开
内耳听觉毛细胞上的不动纤毛：
声音 内耳 毛细胞下方的基膜发生振动 使纤毛触及到上方的覆膜 迫使纤毛发生倾斜
机械压力
纤毛机械门通道打开 离子涌入细胞内 膜电位改变 信号经神经传出
第一节 质膜的物质运输
(3) 配体门通道(ligand-gated channel)：对配体 的结合发生反应。配体又分为胞外受体和胞内受体。