(优选)细胞生物学第五章物质的跨膜运输

1.ATP驱动泵：直接利用水解ATP提供能量。
2.耦联转运蛋白（同向和反向）：逆浓度梯度 运动耦联顺浓度梯度运动。（协同运输）
3.光驱动泵：溶质的主动运输耦联光能输入。
第二节 离子泵和协同运输
ATP驱动泵：依靠ATP水解供能，逆浓度 梯度转运离子和各种小分子。（跨膜蛋白）
ATPase，但ATP水解与跨膜转运耦联。
离子通道
• 电压门通道：膜电位变化 • 配体门通道：化学信号 • 应力激活通道：压力刺激，如内耳听觉毛细胞
离子通道运输离子的特点：
(1)转运效率极高。107-108个离子/秒，比 载体蛋白高1000倍以上。运输的方向顺电 化学梯度进行（浓度梯度、电位差）。
(2)没有饱和值。通过的离子量没有最大值。 (3)非连续性开放，且是门控的。通常为关
（优选）细胞生物学第五 章物质的跨膜运输
第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 第二节 离子泵和协同转运 第三节 胞吞作用与胞吐作用
一、脂双层的不透性和膜转运蛋白
活细胞内外离子浓度明显不同，其调控机 制有二：
（一）脂双层：疏水性特征
1、脂溶性分子和小的不带电荷的分子可 通过。
2、几乎所有小的有机分子和带电荷的无 机离子需要膜转运蛋白完成跨膜转运。
载体蛋白特点
（1）饱和性：数量限制、底物类似物竞争 性抑制。
（2）高度选择性：靠特异性位点与特异性 底物结合，通常只转运一种分子。
（3）环境条件对其活性有影响。具有pH 依赖性、蛋白质变性剂对膜转运蛋白有 抑制作用。
与酶类似，故有人称为“通透酶”，但载 体蛋白对转运的物质不作任何修饰。
主动运输：物质由低浓度的一侧通过膜到高浓 度的一侧，同时消耗代谢能的一种物质运输方 式。在运输过程中，需要载体蛋白的参与。
P-型离子泵
V-型质子泵
转运离子
F-型质子泵
ABC超家族
转运小分子
P型、V型和F型运输泵的结构
V型和F型结构复杂，只转运质子，不形成磷酸化的 中间体；P型结构简单，形成磷酸化的中间体，转 运离子和分子。
一、P-型离子泵
具有ATP结合位点，有2个独立的α催化亚基； 大多数还有2个小的起调节作用的β亚基。通 过发生磷酸化和去磷酸化反应，改变泵蛋白 的构象，实现离子的跨膜转运。
由于利用ATP水解能，形成磷酸化中间体， 故称P-型离子泵。
1、Na+-K+-ATP酶（ Na+-K+泵） a、 Na+、K+的转运与ATP水解偶联 b、 Na+与ATP在膜内侧， K+的在膜外侧 c、 一个ATP酶分子水解1000个ATP/秒，
水解1个ATP能同时转运3个Na+出胞和2 个K+入胞
（被动运输、主动运输） （２）大分子和颗粒物质的膜泡运输
（胞吞作用、胞吐作用）
（一）被动运输：物质由高浓度一侧通过 膜到低浓度一侧而不消耗代谢能的一种运 输方式。
1、简单扩散：物质顺浓度梯度从膜的一 侧运送到另一侧，既不需要消耗能量，也 无需膜转运蛋白的帮助，故称为简单扩散。
➢疏水非极性小分子：N2、O2、苯等 ➢不带电的极性小分子：水、尿素、甘油等
作用：维持细胞膜两侧正常的离子梯度、 膜的正常兴奋性、渗透压的平衡和细胞 体积的恒定。
Na+-K+ ATP酶的结构示意图
Na+-K+泵工作机制 （磷酸化依赖Na+,去磷酸化依赖K+）
2、 Ca2＋-ATP酶（钙泵）
• 特点：每个Ca2＋ -ATP酶每秒水解10个 ATP,每个ATP转运两个Ca2＋出胞或进入 肌质网
功能：转运小分子，如磷脂、亲脂性药物等
前面三种只转运离子
四、协同转运
由钠钾泵（或H+泵）与载体蛋白协 同作用，由膜两侧贮存的电化学梯度提 供能量，间接消耗ATP，所完成的主动 运输方式。
➢ 同向协同运输：Na+与葡萄糖 ➢ 反向协同运输：Na+易化扩散
（二）膜转运蛋白：
载体蛋白：每种载体蛋白能与特定的溶质 分子结合，通过构象改变介导溶质分子的 跨膜转运。只容许与载体蛋白上结合部位 相合适的溶质分子通过。
通道蛋白：只有大小和电荷适宜的分子或 离子才能通过。具有高度选择性。
二、主动运输和与被动运输
细胞膜的物质运输方式： （１）小分子物质和离子的跨膜运输
类囊体膜、细菌质膜）
三、ABC超家族(ATP-binding cassette superfamily)
ATP驱动泵，含有几百种不同的转运蛋白。
从细菌到人类都存在，特异性底物或许是离 子、单糖、氨基酸、磷脂、多肽、多糖等。
共同结构模式，即4个“核心”结构域：2个 跨膜结构域，2个胞质侧ATP结合域。
• 作用：维持细胞内低外高的浓度差、跨 膜信息传递、肌肉收缩。
Ca2+ -ATPase的结构和功能位点
二、V-型质子泵和F-型质子泵 功能相似：转运质子，都不形成磷酸化中间体 不同： V-型质子泵：利用ATP水解供能，将H+逆电 化学梯度泵入细胞器（内体、溶酶体、液泡）
F-型质子泵：H+顺电化学梯度运动，所释放 能量与ATP合成耦联起来（线粒体、叶绿体、
一个水孔蛋白亚基：3对跨膜α螺旋，构成水通道
3、协助扩散：又称易化扩散，是物质由高浓度到低 浓度的一种穿膜运输方式，它不消耗细胞的代谢能， 但需要专一性的膜转运蛋白的帮助。
分为： a.闸门通道蛋白介导的协助扩散 b.载体蛋白介导的协助扩散
载体蛋白介导的协助扩散的特征：
（1）比简单扩散转运速率高得多。 （2）存在最大转运速率 （3）不同载体蛋白对溶质的亲和性不同。
闭状态
b.载体蛋白介导的协助扩散 在膜的一侧，溶质分子与载体蛋白上专一的
结合位点结合，载体蛋白构象发生变化，将溶质 分子运至膜的另一侧，载体蛋白与溶质分离后， 又恢复到原来的构象（例：葡萄糖、氨基酸、核 苷酸）
通道蛋白只进行被动运输，而载体蛋白既可被动 运输，又可主动运输。
•
红细胞质膜载体蛋白协助葡萄糖扩散
通透性：取决于分子大小及其极性 小分子 ＞ 大分子 非极性分子 ＞极性分子 离子及大分子不能通过无膜蛋白的人工脂双层。 2、水孔蛋白：对水分子高度特异的运输通道 红细胞、肾小管细胞等膜上有许多水孔蛋白， 每个水孔蛋白（4个亚基）亚基可形成一个供 水分子运动的中央孔，直径约0.28nm,
长2nm。