细胞生物学 第五章物质的跨膜运输ppt课件
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第五章 物质的跨膜运输 PPT课件
▪ 钠钾泵广泛存在于动物细胞的质膜上，维持细胞 内低Ｎａ+ 、高Ｋ+的离子环境。消耗细胞１／３ 的ＡＴＰ。
▪ 调节细胞渗透平衡，维持细胞体积恒定。 ▪ 物质运输：如Ｎａ+驱动的葡萄糖输入 ▪ 神经冲动的传播： ▪ 静息电位的维持
２、质子泵（P-型质子泵、V-型质子泵）
P-型质子泵
V-型质子泵 Ｆ-型为线粒体、叶膜上的质子泵
四、胞吞作用（endocytosis）与胞吐作 用（exocytosis）
▪ 胞吞和胞吐作用：大分子与颗粒性物质的跨膜运输方 式如蛋白质、多核苷酸、多糖等。
▪ 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
▪ 这种运输方式往往同时转运很多分子或颗粒物质，因 此又称批量运输（bulk transport）
１４５ ５
?
一、物质的跨膜运输方式
▪ 被动运输（passive transport） ▪ 主动运输（active transport） ▪ 胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用
（exocytosis）
二、被动运输
▪ 特点：运输方向、跨膜动力、能量消耗、膜转运蛋白
▪ 类型：简单扩散（simple diffusion）、协助扩散 （facilitated diffusion）
（2）、由ATP间接提供能量的主动运输 ——协同运输（cotransport）
▪ 根据物质转运方向与离子顺电化学梯度转移的方向，协 同运输分为同向转运和反向转运。
▪ 例：线粒体中Ｎａ+ ／Ｈ+的反向转运（Ｎａ+ 出基质） 动物细胞pH调节（Ｎａ+ ／Ｈ+的反向转运）
▪ 动物细胞利用膜两侧的Ｎａ+ 电化学梯度驱动；植物细胞 利用膜两侧的Ｈ+浓度驱动。
▪ 调节细胞渗透平衡，维持细胞体积恒定。 ▪ 物质运输：如Ｎａ+驱动的葡萄糖输入 ▪ 神经冲动的传播： ▪ 静息电位的维持
２、质子泵（P-型质子泵、V-型质子泵）
P-型质子泵
V-型质子泵 Ｆ-型为线粒体、叶膜上的质子泵
四、胞吞作用（endocytosis）与胞吐作 用（exocytosis）
▪ 胞吞和胞吐作用：大分子与颗粒性物质的跨膜运输方 式如蛋白质、多核苷酸、多糖等。
▪ 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
▪ 这种运输方式往往同时转运很多分子或颗粒物质，因 此又称批量运输（bulk transport）
１４５ ５
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一、物质的跨膜运输方式
▪ 被动运输（passive transport） ▪ 主动运输（active transport） ▪ 胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用
（exocytosis）
二、被动运输
▪ 特点：运输方向、跨膜动力、能量消耗、膜转运蛋白
▪ 类型：简单扩散（simple diffusion）、协助扩散 （facilitated diffusion）
（2）、由ATP间接提供能量的主动运输 ——协同运输（cotransport）
▪ 根据物质转运方向与离子顺电化学梯度转移的方向，协 同运输分为同向转运和反向转运。
▪ 例：线粒体中Ｎａ+ ／Ｈ+的反向转运（Ｎａ+ 出基质） 动物细胞pH调节（Ｎａ+ ／Ｈ+的反向转运）
▪ 动物细胞利用膜两侧的Ｎａ+ 电化学梯度驱动；植物细胞 利用膜两侧的Ｈ+浓度驱动。
细胞生物学 第五章 物质的跨膜运输
离子流，产生电信号。 编辑ppt
离子通道的三种类型
编辑ppt
电压门控离子通道：铰链细胞失水 原理：含羞草的叶柄基部和复叶基部,都有一个膨大部分,叫作 叶枕。叶枕细胞 （铰链细胞）受刺激时，其膜钙离子门控通 道打开，钙内流，产生AP，致使铰链细胞的液泡快速失水而 失去膨压，从而叶枕就变得瘫软,小羽片失去叶枕的支持,依次 地合拢起来。
编辑ppt
应力激活的离子通道：2X1013N，0.04nm
编辑ppt
❖ 2、通道蛋白 ❖ 离子通道的特征： ❖ （1）具有极高的转运速率 ❖ 比载体转运速率高1000倍以上；带电离子
的跨膜转运动力来自跨膜电化学梯度。 ❖ （2）离子通道没有饱和值 ❖ 离子浓度增大，通过率也随之增大。 ❖ （3）离子通道是门控的，并非连续开放 ❖ 离子通道的开与闭编辑p受pt 控于适当的细胞信号。
❖ Couple uphill transport to the hydrolysis of ATP.
❖ Mainly in bacteria, couple uphill transport to an input of
energy from light.
编辑ppt
第二节 离子泵和协同转运 ❖ ATP 驱动泵分类：
编辑ppt
水分子 通过水孔蛋白
编辑ppt
第一节 膜转动蛋白与物质的跨膜运输
❖ 二、物质的跨膜运输 ❖ (一)被动运输 ❖ 2、协助扩散 ❖ 各种极性分子和无机离子，以及细
胞代谢产物等顺其浓度梯度或电化学 梯度跨膜转运，无需细胞提供能量， 但需膜转运蛋白“协助”。
编辑ppt
葡萄糖载体蛋白家族
❖ 人类基因组编码12种与糖转运相关的载体 蛋白GLUT1～GLUT12，构成GLUT。
离子通道的三种类型
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电压门控离子通道：铰链细胞失水 原理：含羞草的叶柄基部和复叶基部,都有一个膨大部分,叫作 叶枕。叶枕细胞 （铰链细胞）受刺激时，其膜钙离子门控通 道打开，钙内流，产生AP，致使铰链细胞的液泡快速失水而 失去膨压，从而叶枕就变得瘫软,小羽片失去叶枕的支持,依次 地合拢起来。
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应力激活的离子通道：2X1013N，0.04nm
编辑ppt
❖ 2、通道蛋白 ❖ 离子通道的特征： ❖ （1）具有极高的转运速率 ❖ 比载体转运速率高1000倍以上；带电离子
的跨膜转运动力来自跨膜电化学梯度。 ❖ （2）离子通道没有饱和值 ❖ 离子浓度增大，通过率也随之增大。 ❖ （3）离子通道是门控的，并非连续开放 ❖ 离子通道的开与闭编辑p受pt 控于适当的细胞信号。
❖ Couple uphill transport to the hydrolysis of ATP.
❖ Mainly in bacteria, couple uphill transport to an input of
energy from light.
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第二节 离子泵和协同转运 ❖ ATP 驱动泵分类：
编辑ppt
水分子 通过水孔蛋白
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第一节 膜转动蛋白与物质的跨膜运输
❖ 二、物质的跨膜运输 ❖ (一)被动运输 ❖ 2、协助扩散 ❖ 各种极性分子和无机离子，以及细
胞代谢产物等顺其浓度梯度或电化学 梯度跨膜转运，无需细胞提供能量， 但需膜转运蛋白“协助”。
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葡萄糖载体蛋白家族
❖ 人类基因组编码12种与糖转运相关的载体 蛋白GLUT1～GLUT12，构成GLUT。
5 物质跨膜运输 细胞生物学PPT课件
主动运输（active transport）：物质逆浓度梯度
进出细胞，而且需要载体、消耗ATP。
1 被动运输
细胞膜是选择性半透膜
1.1 简单扩散（simple diffusion）
1. 概念：指物质顺浓度梯度从高浓度一侧通过细 胞膜向低浓度一侧移动的方式，不需消耗ATP， 又称被动扩散（passive diffusion）。 。
1.2.2 载体蛋白介导的协助扩散
1.协助扩散（facilitated diffusion）：
各种极性分子和无机离子通过膜转运蛋白 顺浓度 梯度 的跨膜转运过程。
2. 运输对象：葡萄糖、氨基酸及细胞代谢物
3. 特点：
①不消耗代谢能
②需要载体蛋白的协助
③具有特异性
④具有饱和性
⑤可被竞争性阻断剂阻断
易化扩散
离子通道的类型
⑴ 配体闸门通道(ligand-gated channels）乙酰胆碱受体。 ⑵ 电压闸门通道(voltage-gated channels) 主要存在于可兴奋细胞，如神经元、肌细胞等。 （3）应力激活通道（stress-activated channel)如内耳毛细胞感受
声波震动。
第五章 物质的跨膜运输
2010-09-10
内容提要
1. 被动运输
简单扩散 协助扩散
2. 主动运输
ATP直接供能 ATP间接供能 Байду номын сангаас能驱动
3. 胞吞与胞吐
物质跨膜转运的主要方式：
被动运输（passive transport）：物质顺浓度梯度
进出细胞，不需要消耗ATP。
─ 简单扩散 ─协助扩散（易化扩散）
2 主动运输
概念：由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或化学 梯度进行跨膜转运的方式，消耗ATP。
进出细胞，而且需要载体、消耗ATP。
1 被动运输
细胞膜是选择性半透膜
1.1 简单扩散（simple diffusion）
1. 概念：指物质顺浓度梯度从高浓度一侧通过细 胞膜向低浓度一侧移动的方式，不需消耗ATP， 又称被动扩散（passive diffusion）。 。
1.2.2 载体蛋白介导的协助扩散
1.协助扩散（facilitated diffusion）：
各种极性分子和无机离子通过膜转运蛋白 顺浓度 梯度 的跨膜转运过程。
2. 运输对象：葡萄糖、氨基酸及细胞代谢物
3. 特点：
①不消耗代谢能
②需要载体蛋白的协助
③具有特异性
④具有饱和性
⑤可被竞争性阻断剂阻断
易化扩散
离子通道的类型
⑴ 配体闸门通道(ligand-gated channels）乙酰胆碱受体。 ⑵ 电压闸门通道(voltage-gated channels) 主要存在于可兴奋细胞，如神经元、肌细胞等。 （3）应力激活通道（stress-activated channel)如内耳毛细胞感受
声波震动。
第五章 物质的跨膜运输
2010-09-10
内容提要
1. 被动运输
简单扩散 协助扩散
2. 主动运输
ATP直接供能 ATP间接供能 Байду номын сангаас能驱动
3. 胞吞与胞吐
物质跨膜转运的主要方式：
被动运输（passive transport）：物质顺浓度梯度
进出细胞，不需要消耗ATP。
─ 简单扩散 ─协助扩散（易化扩散）
2 主动运输
概念：由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或化学 梯度进行跨膜转运的方式，消耗ATP。
物质的跨膜运输ppt课件
吞噬作用（phagocytosis）
1.胞饮作用
特点：胞吞物为液体和溶质； 形成的胞吞泡小（直径小于150nm）； 连续发生的组成型过程； 网格蛋白和结合素蛋白。
胞吞泡的形成：配体和受体结合
网格蛋白聚集
有被小窝
有被小泡
去被的囊泡和胞内体融合
细胞膜
胞
饮
膜外蛋白
作
用
膜内蛋白
示
意
图
胞饮物
胞饮泡膜
配体（Ligand）是通常本身具有特别的生物活性，并且能和受 体(receptor)结合，呈现特异性的生物活性分子。
包涵素：分子量为180，000道尔顿的蛋白质， 包裹在“被覆窝”的细胞质表面上，与受体 介导的对低密度脂蛋白(LDL)、胰岛素及其 他配体的内摄作用有关
胞饮作用和吞噬作用的区别
特征
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 吞噬作用 大颗粒 大于250nm
连续的过程 网格蛋白和接合素蛋白 受体介导的信 微丝和结合蛋白 号触发过程
特点：①转运速率高； ②存在最大转运速率(vmax),km=1/2vmax； ③有膜转运蛋白参与，有特异性。
主动运输
概念：主动运输（active transport）是指由载体蛋白介导的 物质逆浓度梯度（或电化学梯度）的由浓度低的一侧
向 浓度高的一侧的跨膜运输方式。
特点： ①运输方向； ②膜转运蛋白； ③消耗能量。 主动运输所需能量的来源主要有：
Ca2+-ATP酶主动运输的构象变化模型
2.质子泵
可分为三种:
（三）ABC超家族
哺乳动物多药抗性蛋白1
(三)协同转运
1.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。 2.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。
1.胞饮作用
特点：胞吞物为液体和溶质； 形成的胞吞泡小（直径小于150nm）； 连续发生的组成型过程； 网格蛋白和结合素蛋白。
胞吞泡的形成：配体和受体结合
网格蛋白聚集
有被小窝
有被小泡
去被的囊泡和胞内体融合
细胞膜
胞
饮
膜外蛋白
作
用
膜内蛋白
示
意
图
胞饮物
胞饮泡膜
配体（Ligand）是通常本身具有特别的生物活性，并且能和受 体(receptor)结合，呈现特异性的生物活性分子。
包涵素：分子量为180，000道尔顿的蛋白质， 包裹在“被覆窝”的细胞质表面上，与受体 介导的对低密度脂蛋白(LDL)、胰岛素及其 他配体的内摄作用有关
胞饮作用和吞噬作用的区别
特征
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 吞噬作用 大颗粒 大于250nm
连续的过程 网格蛋白和接合素蛋白 受体介导的信 微丝和结合蛋白 号触发过程
特点：①转运速率高； ②存在最大转运速率(vmax),km=1/2vmax； ③有膜转运蛋白参与，有特异性。
主动运输
概念：主动运输（active transport）是指由载体蛋白介导的 物质逆浓度梯度（或电化学梯度）的由浓度低的一侧
向 浓度高的一侧的跨膜运输方式。
特点： ①运输方向； ②膜转运蛋白； ③消耗能量。 主动运输所需能量的来源主要有：
Ca2+-ATP酶主动运输的构象变化模型
2.质子泵
可分为三种:
（三）ABC超家族
哺乳动物多药抗性蛋白1
(三)协同转运
1.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。 2.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。
医学细胞生物学细胞膜与物质的跨膜转运ppt演示课件
物质的跨膜转运方式包括被动转运和 主动转运，其中主动转运又分为原发 性主动转运和继发性主动转运。
对未来的展望
随着科学技术的发展，对细胞膜与物质跨膜转运的研究将更加深入，有望揭示更多 未知的机制和规律。
未来研究可以进一步探讨物质跨膜转运在疾病诊断、治疗和药物研发中的应用，为 医学领域的发展提供更多有价值的信息。
05
跨膜转运与医学应用
药物治疗
01
药物吸收
药物通过细胞膜的跨膜转运进入细胞内，是药物治疗的第一步。药物的
吸收速率和程度影响其疗效和作用时间。
02 03
药物分布
药物进入体内后，通过跨膜转运在不同组织、器官中的分布，影响其疗 效和副作用。了解药物的分布特点对于合理用药和药物研发具有重要意 义。
药物代谢
了解细胞膜转运的机制和特点，有助于发现新的药物靶点和 治疗策略，为疾病的预防和治疗提供新的思路和方法。同时 ，通过改善生活习惯和环境因素，维护细胞膜的正常功能， 也有助于预防疾病的发生。
06 结论
主要观点总结
细胞膜是细胞与外界环境之间的屏障 ，具有选择透过性，控制物质进出细 胞。
物质跨膜转运的机制和影响因素是医 学细胞生物学的重要研究内容，对于 理解细胞生命活动和疾病发生发展具 有重要意义。
细胞识别
细胞膜表面的糖蛋白等分子参与 细胞间的识别，对细胞生长、分
化等过程具有重要影响。
细胞保护
细胞膜作为细胞的边界，能够保 护细胞内部的脆弱结构，防止有
害物质进入细胞。
03
物质的跨膜转运方式
被动转运
扩散
物质顺着浓度梯度在细胞膜两侧 自由扩散，不需要消耗能量。
滤过
水分和部分小分子物质通过细胞 膜上的水通道蛋白，以被动方式 顺浓度梯度转运，不消耗能量。
第五章物质的跨膜运输(共70张PPT)
储存——刺激——释放 产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶） 具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身， 分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定 ● 膜流：动态过程对质膜更新和维持细胞的生存与生长是必要的 ● 囊泡与靶膜的识别与融合
●细胞通讯（cell communication） ●细胞识别（cell recognition）
通过细胞内受体介导的信号传递
● 甾类激素介导的信号通路
两步反应阶段：
初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速；
次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放大作用。
●一氧化氮介导的信号通路
通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递
●离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递
● G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递
Diffusion of small molecules across phospholipid bilayers
一是机械结构功能；
离子通道偶联受体介导的信号跨膜通路
亲水性信号分子(Water-soluble hormones) ●由细胞表面整合蛋白介导的信号传递
Platelet-derived growth factor (PDGF)
●分子开关（molecular switches）
细胞内受体: 胞外亲脂性信号分子所激活
激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）
细胞表面受体: 胞外亲水性信号分子所激活
细胞表面受体分属三大家族：
Ion-channel linked receptors G-protein linked receptors Enzyme linked receptors
IP3-Ca2+ pathway
磷脂酶C(PLC)→
●细胞通讯（cell communication） ●细胞识别（cell recognition）
通过细胞内受体介导的信号传递
● 甾类激素介导的信号通路
两步反应阶段：
初级反应阶段：直接活化少数特殊基因转录的，发生迅速；
次级反应：初级反应产物再活化其它基因产生延迟的放大作用。
●一氧化氮介导的信号通路
通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递
●离子通道偶联的受体介导的信号跨膜传递
● G-蛋白偶联的受体介导的信号跨膜传递
Diffusion of small molecules across phospholipid bilayers
一是机械结构功能；
离子通道偶联受体介导的信号跨膜通路
亲水性信号分子(Water-soluble hormones) ●由细胞表面整合蛋白介导的信号传递
Platelet-derived growth factor (PDGF)
●分子开关（molecular switches）
细胞内受体: 胞外亲脂性信号分子所激活
激素激活的基因调控蛋白（胞内受体超家族）
细胞表面受体: 胞外亲水性信号分子所激活
细胞表面受体分属三大家族：
Ion-channel linked receptors G-protein linked receptors Enzyme linked receptors
IP3-Ca2+ pathway
磷脂酶C(PLC)→
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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。
精选
18
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。
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。
精选
4
（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。
精选
12
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。通常为关闭
状态
精选
13
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
• 作用：维持细胞内低外高的浓度差、跨 膜信息传递、肌肉收缩。
精选
25
Ca2+ -ATPase的结构和功能位点
精选
26
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、
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。
精选
22
Na+-K+ ATP酶的结构示意图
精选
23
Na+-K+泵工作机制 （磷酸化依赖Na+,去磷酸化依赖K+）
精选
24
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
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。
精选
14
•
红细胞质膜载体蛋白协助葡萄糖扩散
精选
15
精选
16
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。
精选
17
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。
由于利用ATP水解能，形成磷酸化中间体， 故称P-型离子泵。
精选
21
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
第五章 物质的跨膜运输
细胞膜的选择通透性：指细胞膜在选择性 地允许一些物质通过的同时，阻止另一 些物质通过，又称为膜的半透性。
酵母：6000个基因，1/3的编码膜结合蛋 白，其中多数为膜转运蛋白。
大肠杆菌（E. coli）:20%的基因与编码
膜转运蛋白有关。
精选
2
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
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。
精选
11
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
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
精选
19
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。
精选
20
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。
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。
精选
9
一个水孔蛋白亚基：3对跨膜精选α螺旋，构成水通道 10
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。
通道蛋白：只有大小和电荷适宜的分子或离 子才能通过。具有高度选胞膜的物质运输方式： （１）小分子物质和离子的跨膜运输
（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）
精选
6
（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
精选
7
精选
8
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。
类囊体膜、细菌质膜）
精选
27
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。
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。
精选
18
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。
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。
精选
4
（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。
精选
12
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。通常为关闭
状态
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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
• 作用：维持细胞内低外高的浓度差、跨 膜信息传递、肌肉收缩。
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Ca2+ -ATPase的结构和功能位点
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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、
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。
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Na+-K+ ATP酶的结构示意图
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Na+-K+泵工作机制 （磷酸化依赖Na+,去磷酸化依赖K+）
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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
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。
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•
红细胞质膜载体蛋白协助葡萄糖扩散
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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。
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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。
由于利用ATP水解能，形成磷酸化中间体， 故称P-型离子泵。
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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
第五章 物质的跨膜运输
细胞膜的选择通透性：指细胞膜在选择性 地允许一些物质通过的同时，阻止另一 些物质通过，又称为膜的半透性。
酵母：6000个基因，1/3的编码膜结合蛋 白，其中多数为膜转运蛋白。
大肠杆菌（E. coli）:20%的基因与编码
膜转运蛋白有关。
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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
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。
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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
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
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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。
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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。
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。
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一个水孔蛋白亚基：3对跨膜精选α螺旋，构成水通道 10
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。
通道蛋白：只有大小和电荷适宜的分子或离 子才能通过。具有高度选胞膜的物质运输方式： （１）小分子物质和离子的跨膜运输
（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）
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（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
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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。
类囊体膜、细菌质膜）
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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。