【学习课件】第四章植物细胞跨膜离子运输

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教学要求与重点
要求掌握植物细胞膜的结构和 跨膜运输蛋白，细胞离子跨膜运 输的意义，离子跨膜运输的机理。
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第一节 生物膜的物理化学特性
一 生物膜的化学组成与生物膜的 “两亲性”和“绝缘性”
二 跨膜电化学势梯度和膜电位
http://v.youku.com/v_show/id_XMTMyNTk2Mzg4.html
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膜脂
磷脂分子结构特点 （1）“两亲性”
一个磷脂酰碱基（称为头部）
磷酸 碱基
两条脂肪酸链（称为尾部）
极性，亲水 非极性，疏水
生物膜由蛋白质、脂类、糖、水和无机离子等组成
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自我装配
自我闭合
流动性
水系统中会形成的双分子层磷脂结构
生物膜的基本结构
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（2）“绝缘性”
K+ ClNa+
精膜选对pp溶t课件质的相对通透性
跨膜运输 功能蛋白
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（A）
水通道蛋白
（B）
水分子
图4－3 水分子通过生物膜的机制示意图。
A：水分子通过膜脂分子间隙穿过脂质双分子层；
B：水分子通过膜上精的选水p通pt课道件蛋白穿过膜结构。
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二 跨膜电化学势梯度和膜电位
化学势
中性分子或粒子 浓度
跨膜电势或电位差 (electric membrane potential)
在离子发生跨膜扩散的过程中或最终达到动态 平衡时, 都有可能产生可跨膜扩散的阴阳离子的 不平衡的状态, 因此造成膜两侧可跨膜扩散的电 荷分布的不平衡, 或者说膜两侧之间存在电位差.
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跨膜电位形成的本质是电荷在膜两侧的分布不均 匀, 且膜对这些不均匀分布的电荷载体 (离子) 有 一定的通透性.
疏水性较强或具有两亲性的物质较易通过 膜结构
而亲水性的带电物质（如各种离子）通过 脂质双层膜时阻力很大
带电 离子
亲水部分
疏水层
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膜的相对通透性增高
人工膜
H2O Glycerol
极强亲水性 Cl难通过膜 K+
Na+
Relative permeability (cm/s)
生物膜
10-2
H2O
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细胞膜
细胞膜是活细胞与环境间进行物质与 能量交换的界限。活细胞的膜对所通 过的各种物质具有严格的选择性及调 控机制，使得细胞质内相对稳定的微 环境得以维持。
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一 生物膜的化学组成与生物膜的 “两亲性”和“绝缘性”
第四章 植物细胞跨膜离子运输
（Mechanism for ions transport across biological membrane)
各种营养元素
Fra Baidu bibliotek
植物细胞
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第一节 生物膜的物理化学特性 第二节 细胞膜结构中的离子跨膜运输蛋 白 第三节 植物细胞的离子跨膜运输机制 第四节 植物细胞氮、磷、钾、钙的跨膜 运输系统和机制研究进展
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The three classes of membrane transport
proteins:channels,carriers,and pumps.
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一 离子通道
• 离子通道：由多肽链中的若干疏水 性区段在膜的脂质双层结构中形成 的跨膜孔道结构。
孔道区域 S4
活细胞电位也被称作扩散电位 (diffusion potential), 因为膜两侧的不均匀分布的任何一种 离子都有自电化学势较高的一侧向低的一侧进行 扩散的趋势.
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patc精h选pcplt课a件mp apparatus
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活细胞膜电位 研究细胞生理活动的重要指标之一.
细胞膜的“超极化”和“去极化”
(hyperpolarization and depolarization)
两个用膜电位为指标描述细胞生理状态下的重要
概念.
超极化: 跨膜电位处于与原来的静息状态下的跨
膜电位更负(绝对值更高)的状态 细胞的整体生
理活动较为活跃.
去极化: 跨膜电位处于较原来的参照状态下的跨
S1
S6
N
C
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离子通道的分类：
依据对离子的选择性，分一价,二价,阴离子通道，阳
离子通道等等。特异性
依据运送离子的方向：分内向通道和外向通道。 方向
依据通道开放与关闭的调控机制：
电压门控通道：可对跨膜电势梯度发生反应；
配体门控通道：对化学物质（如激素）发生反应；
张力门控通道：对机械拉力变化发生反应。
带电粒子
电化学势 （离子浓度和电势）
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化学势梯度和电势梯度两者合称电化学势梯度
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Initial state
A
B
A
B
Intermediate state
K+ ClNon-permeable anion
A
B
Equilibrium state
当膜一侧有不可通透的阴离子时，由半透膜相隔的
膜电位更正(膜电位的精绝选p对pt课件值较低)状态.
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第二节 细胞膜结构中的离子跨膜运输蛋白
离子跨膜运输蛋白或离子运载体（ion transporter） 镶嵌在生物膜中的大量功能蛋 白中执行离子跨膜运输过程的功能蛋白。
离子通道（ion channel） 离子载体（ion carrier） 离子泵 （ion pump）
10-4
Glycerol
10-6 10-8 10-10
K+ ClNa+
?
精膜选对pp溶t课件质的相对通透性
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膜的相对通透性增高
人工膜
H2O Glycerol
极强亲水性 Cl难通过膜 K+
Na+
Relative permeability (cm/s)
生物膜
10-2
H2O
10-4
Glycerol
10-6 10-8 10-10
两相间离子跨膜运输最精终选p不pt课可件能达电化学势到平衡
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典型的植物细胞,在细胞膜的 内侧具有较高的负电荷,而在 细胞膜的外侧具有较高的正 电荷。
•假设细胞从环境中吸收了较多的阳离子,而致使细胞 内该离子浓度较高。 •按照化学势梯度,细胞内的阳离子应向外扩散; •按电势梯度,由于细胞内有较高的负电荷,则这种阳离 子又应该从细胞外向内扩散。 •究竟向什么方向扩散呢?这要取决于化学势梯度与电 势梯度相对数值的大小－精选－ppt楞课件斯特(Nernst)方程式 16