细胞生物学 第五章物质的跨膜运输ppt课件

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。
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。
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（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。
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。
• 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、
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
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。
（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。
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。
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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
（被动运Biblioteka Baidu、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。
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
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。
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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
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
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。
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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。
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