物质的跨膜运输(小分子)

一些离子通道是持续开放的（如K+漏通道、 水通道），但绝大多数离子通道的开放是 受“闸门”控制，开放时间短暂，只有几 毫秒，随即关闭和。 离子通道的开放和关闭是连续相继的过程， 其开放和关闭快速切换，以调节细胞的活 动。
例：神经肌肉接头处神经冲动的传导引起肌肉 收缩活动过程：
1、电压门 控Ca2+通道 2、乙酰 胆碱受体 3、电压门 控Na+通道 4、电压门控 Ca2+通道 突触小泡
㈠持续通道
㈡配体闸门通道
㈢电压闸门通道 + + - + + +
电化学梯度
+ + +
- - -
极化膜
- -
+ + +
-
+
+ +
电化学梯度
- - 去极化膜
- -
㈡载体蛋白介导的被动运输（易化扩散） ⑴定义：在特异性的载体蛋白介导下，各种极性分 子和无机离子顺电化学梯度的跨膜转运。不消耗 细胞的代谢能，属于被动运输。 ⑵特点： 具有选择性、特异性 具有饱和性 存在最大转运速度，转运速率远高于简单扩散， 低于离子通道扩散 可被竞争性抑制剂阻断、也可被非竞争性抑制剂 破坏。
1、概念：小分子物质通过膜由高浓度侧 浓度梯度 向低浓度侧扩散的现象。 2、特点： ⑴不消耗细胞代谢能（所需能量来源于高浓度本身所具势能） ⑵顺浓度梯度，不需要膜蛋白协助； ⑶运输速度取决于分子的大小和脂溶性。且与溶质浓度差成正 比。（一般说，分子量越小脂溶性越强，通过速率越快。） 3、条件 ⑴溶质在膜两侧保持一定的浓度差 ⑵溶质必须能透过膜 4、运输对象： 疏水（脂溶性）非极性小分子（O2、N2、苯）； 不带电的极性小分子（H2O、CO2、乙醇、甘油、尿素）
1、离子通道的特点 介导被动运输 对离子有高度选择性 转运速率高 多数不持续开放，受“闸门”控制 2、门控通道的类型 配体门控通道 电压门控通道 应力激活通道
⑴配体门控通道 离子通道型受体 与胞外特定配体结合后构象改变，“闸门”打开， 允许某种离子快速跨膜转运。如乙酰胆碱受体是 典型的配体门控通道。
小分子和离子跨膜运输的几条基本途径:
一、简单扩散
二、离子通道扩散
三、易化扩散 四、主动运输
被动运输
小分子物质和离子的穿膜运输方式： 被动运输、主动运输 被动运输： 特点：物质顺浓度或电化学梯度的跨膜转运； 不需要消耗细胞代谢能量。 若被转运溶质不带电荷，膜两侧的浓度梯度 决定溶质的转运方向----顺浓度梯度 若被转运溶质带电荷，跨膜物质浓度梯度及 电位梯度的总和构成的电化学梯度决定溶质转运 方向----顺电化学梯度 方式： 简单扩散（被动扩散、自由扩散、单纯扩散） 离子通道扩散 易化扩散（被动转运）
如：人的红细胞膜 上葡萄糖载体蛋白， 载体为12次跨膜α 螺旋
（5万、5%、180个分子）
多数细胞:细胞外 分布: 肝细胞:细胞内
细胞内 细胞外
葡萄糖载体
蛋白
㈢载体蛋白介导的主动运输 在生理条件下，细胞内外许多物质浓度存在 很大差异，如细胞内K＋浓度约为细胞外K＋浓度 的20倍。机体是如何维持细胞内外物质浓度差异 的呢？----主动运输维持细胞内外物质浓度差。 主动运输类型： ATP直接提供能量（ATP驱动泵） ATP间接提供能量
四种亚单位构成 的五聚体，形成 梅花状通道
高浓度
配体
低浓度
⑵电压门控通道 跨膜电位的改变诱发通道蛋白构象变化，使通道 开放，离子顺电化学浓度梯度自由扩散通过细胞 膜。 通道开放时间只有几毫秒，随即迅速自发关闭。 电压门控通道主要存在于可兴奋细胞，如神经元、 肌细胞及腺上皮细胞等。
⑶应力激活通道 通道蛋白受应力作用，引起构象改变而开启“闸 门”，离子通过亲水通道进入细胞，引起膜电位 变化，产生电信号。 如内耳毛细胞感受声波震动
第二节
小分子物质的跨膜运输



细胞膜的选择通透性(半透性)：指细胞膜在选择 性地允许一些物质通过细胞的同时，阻止另一些 物质通过。 膜的选择通透性决定了： 易于通过膜的物质：脂溶性物质 不带电荷小分子物质 不易通过膜的物质：带电荷物质 大分子物质 细胞膜的物质运输方式： 小分子物质和离子的穿膜运输： 基本运输形式：被动运输、主动运输。 大分子和颗粒物质的膜泡运输： 基本运输形式：胞吞作用、胞吐作用。


载体蛋白(carrier protein)：是一类运输蛋白，跨膜 蛋白，能与特异性分子或离子等结合通过改变自 身构象使溶质穿过膜。
载体蛋白结构上具有①特异性(特异结合位点)， 其上结合点，能与某一种物质进行暂时性的、可 逆的结合和分离。②可变性(构象变化影响亲和 力改变)。③饱和性。
易化 扩散 机制
Na+ 结合位点 （低亲和力）
E1 ADP+Pi ATP
K+ 结合位点
（高亲和力）
3、E1→E2变构
4、解离Na+ 结合K+
Pi
7、解离K+
Na+
K+出入细胞示意图 6、E2→E1变构
E1
5、A sp去磷酸化
Ｎa＋ -Ｋ＋ -ATP酶（Ｎa＋-Ｋ＋泵）
过程： ①Ｎａ＋ 与泵结合， 刺激ATP水解 ②泵磷酸化，
二、膜转运蛋白介导的运输

膜转运蛋白定义：是指细胞膜上负责转运不能通 过简单扩散穿膜物质的蛋白质。都是跨膜蛋白。 类型： 载体蛋白：与特定溶质分子结合，通过构象改变 进行物质转运，既介导被动运输又介导主动运输。 通道蛋白：在膜上形成亲水孔道，贯穿脂双层， 介导特定离子转运，仅介导被动运输。

3、主动运输的特点
⑴逆浓度或电化学梯度运输 ⑵需要能量，所需能量主要来源有二： 通过水解ATP获得能量； 离子的电化学浓度梯度。 ⑶都由膜上特异性载体蛋白介导
The Hale Waihona Puke Baidund
1、离子泵直接水解ATP进行主动运输

特点 具有载体和酶的双重作用 具有专一性。如钙泵、氢泵、钠钾泵
①Ｎa＋ -Ｋ＋ -ATP酶（Ｎa＋-Ｋ＋泵）
载体（四聚体）： β小亚基，糖蛋白，分子量５万。 α大亚基，多次跨膜蛋白，分子量12万
2、A sp磷酸化 1、结合Na+ ATP
K+ 结合位点 Na+ 结合位点 （高亲和力） （低亲和力）
①当神经冲动传至神经末梢时,引起细胞膜去极化,导致细胞膜上的Ca2+通道瞬 时开放,大量的Ca2+从开放的通道涌入细胞内,引起神经末梢内突触小泡的乙酰 胆碱释放至突触间隙内;②释放的乙酰胆碱与突触后肌细胞膜上的乙酰胆碱受体 结合,促使其开放一阳离子通道, Na+ 流入肌细胞,引起细胞膜局部去极化;③肌 细胞膜去极化使电压闸门Na+ 离子通道短暂开放,大量Na+ 流入肌细胞,进一步去 极化至形成一去极化波;④肌细胞膜广泛去极化,使肌浆网上的Ca2+通道开放, Ca2+流入细胞质, Ca2+增加引起细胞内肌原纤维收缩.
另有一些钙泵:Ｎa＋- Ca2＋交换器(对向运输 Ｎa＋入胞,Ca2＋逆浓度出胞)
Ca++ ATPase
2、离子梯度驱动的协同运输 协同运输：是一类由Ｎa＋-Ｋ＋泵（或H+泵）与载 体蛋白协同作用，间接消耗ATP所完成的主动运输 方式。
物质跨膜运输动力：直接来自膜两侧离子的电化
学梯度。梯度的维持是通过泵消耗ATP而实现的。
据溶质运输方向与Ｎa＋顺电化学梯度转移方向的
关系，可分为两类型：同向运输、对向运输


同向运输：物质运输方向与离子转移方向相同。 如：小肠上皮细胞对葡萄糖的吸收伴随着Na＋的 进入。 对向运输：物质跨膜运动的方向与离子转移的方 向相反。如动物细胞常通过Na＋/ H+反向运输的 方式来转运H+以调节细胞内的PH值。

主动运输： 特点：物质逆浓度或电化学梯度的跨膜转运； 需要膜特异性载体蛋白介导； 需消耗能量(直接水解ATP或来自离子电化学 梯度提供能量)

一、膜的选择性通透和简单扩散

细胞膜是选择性半透膜
疏水分子 小的极性分子 大的极性分子 带电分子
气体
苯
酒精
葡萄糖
氨基酸
简单扩散（simple diffussion ）
泵构象改变
③释放Ｎａ＋ ④Ｋ＋与泵结合 ⑤泵去磷酸化 泵构象改变 ⑥释放Ｋ＋
作用： 直接效果：维持细胞内低钠高钾的特殊离子梯度。
间接效果：①调节细胞容积,维护渗透压平衡
②产生和维持膜电位
③为某些物质(葡萄糖氨基酸等)吸收提
供驱动力
④为蛋白质合成及代谢活动提供必要的 离子浓度。
②钙泵： Ca2+- pump、Ca2+- ATP酶 主要位于细胞膜和肌细胞内的肌浆网膜上。是一 种跨膜蛋白。 作用: Ca2+逆浓度出胞
协同运输 --同向运输
(Na+易化扩散葡萄糖主动运输)
Na+
葡萄糖
Na+
葡萄糖
Na+/葡萄糖载体蛋白
Na+
葡萄糖
low
high
协同运输 ----同向运输

协同运输---对向运输 (Na+易化扩散,其它相关离子主动运输)
Na＋-H+交换载体：Na＋入胞，H＋出胞,有效清除细胞 代谢过程中产生的过多H+ Na＋- Ca2＋:Na＋入胞,Ca2＋逆浓度出胞 Cl--HCO3- :人红细胞膜阴离子载体带Ⅲ蛋白 进入Cl- ，排除HCO3-

通道蛋白：运输蛋白，跨膜蛋白，蛋白形成一种充
满水溶液的亲水通道，贯穿脂双层。
通道蛋白结构上具有①特异性，一种通道蛋白只
允许某一种离子或一类离子通过。②可变性(构象 钠\氢反向转运体 变化影响通道开闭)。
载体蛋白既介导被动运输，也介导主动运输； 通道蛋白只介导被动运输。
㈠离子通道高效转运各种离子