生物化学下-第21章 生物膜与物质运输-精品文档
合集下载
生物膜物质运输优秀课件
生物膜两侧的环境往往维持着不对称性，从而建立一 定浓度梯度，这对于细胞有其生理意义。被动运输过程都 是顺着浓度梯度进行，其结果使这种不对称性的消除。故 而需要一种逆浓度梯度的运输来将其平衡，从而不对称性 得以维持。这种逆浓度梯度的运输就是主动运输。
如同易化扩散，主动运输也需要蛋白质的参与;与易 化扩散不同，主动运输需要消耗能量。
渗透: 水通过半透膜的现象叫作渗透。
水从溶质浓度低的一侧向溶质浓度高的 一侧渗透，水的净流动直到膜两侧溶质浓度相 等时才停止。
水的净流动是膜两侧溶液的渗透压存在 差别引起的。 渗透压：半透膜隔开的纯水和含有溶质溶液
之间的压强差。 膜两侧溶液渗透压不同时，水从低渗一 侧向高渗一侧净流动。
Van’t Hoff定律 计算ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ透 压
特点：
需载体蛋白帮助 驱动力为电化学梯度 无饱和现象 非常快
离子通道的分类
按转运的离子分类：
Na+通道, K+通道, Ca2+通道，Cl- 通道， 阳离子通道，阴通道
按门控机制来分类：
电压门控通道 配体门控通道 机械门控通道
五.生物膜对水的通透性
半透膜: 水分子能迅速透过生物膜，而极性的 溶质分子几乎不透过生物膜，所以可把生物膜 看作半透膜（溶剂可透膜而溶质不透膜）。
△G = 5.9J/mol×log10[Ci]/[Co]
[Ci]/[Co]＜1.0，△G＜0，热力学上有利于该 溶质的内流。
例:膜外侧是膜内侧浓度的10倍，
△G = -5.9J/mol
维持10倍差的浓度梯度就意味着储存5.9J/mol 的自由能。
当溶质内流，其浓度梯度减少，△G降低，直 至平衡，△G=0。
扩散是物质由高浓度区域向低浓度区域运 动的自发过程，它倾向于消除该物质在两区域 的浓度差。
如同易化扩散，主动运输也需要蛋白质的参与;与易 化扩散不同，主动运输需要消耗能量。
渗透: 水通过半透膜的现象叫作渗透。
水从溶质浓度低的一侧向溶质浓度高的 一侧渗透，水的净流动直到膜两侧溶质浓度相 等时才停止。
水的净流动是膜两侧溶液的渗透压存在 差别引起的。 渗透压：半透膜隔开的纯水和含有溶质溶液
之间的压强差。 膜两侧溶液渗透压不同时，水从低渗一 侧向高渗一侧净流动。
Van’t Hoff定律 计算ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ透 压
特点：
需载体蛋白帮助 驱动力为电化学梯度 无饱和现象 非常快
离子通道的分类
按转运的离子分类：
Na+通道, K+通道, Ca2+通道，Cl- 通道， 阳离子通道，阴通道
按门控机制来分类：
电压门控通道 配体门控通道 机械门控通道
五.生物膜对水的通透性
半透膜: 水分子能迅速透过生物膜，而极性的 溶质分子几乎不透过生物膜，所以可把生物膜 看作半透膜（溶剂可透膜而溶质不透膜）。
△G = 5.9J/mol×log10[Ci]/[Co]
[Ci]/[Co]＜1.0，△G＜0，热力学上有利于该 溶质的内流。
例:膜外侧是膜内侧浓度的10倍，
△G = -5.9J/mol
维持10倍差的浓度梯度就意味着储存5.9J/mol 的自由能。
当溶质内流，其浓度梯度减少，△G降低，直 至平衡，△G=0。
扩散是物质由高浓度区域向低浓度区域运 动的自发过程，它倾向于消除该物质在两区域 的浓度差。
高考生物《生物膜与物质运输》PPT复习课件
知识总结 （三）细胞膜的功能【生命观念】 3.进行细胞间的信息交流
知识总结 （三）细胞膜的功能【生命观念】
知识总结 （四）细胞壁【生命观念】 1.化学成分：果胶 + 纤维素 2.主要功能：支持、保护
变式训练
（2021·四川成都市·成都七中高三零模）下列关于细胞膜的叙述，错误的 是（ A ） A.细胞膜的组成成分主要是糖蛋白和糖脂 B.不同的细胞膜上可能存在相同的蛋白质 C.变形虫的运动主要依赖细胞膜的流动性 D.病毒识别宿主细胞依赖细胞膜表面受体
用丙酮从人的红细胞中提取脂质，在空气—水界面上 铺展成单分子层，测得其面积恰为红细胞表面积的两倍。
结论：细胞膜中的脂质分子必然排列为连续的两层。
知识总结 （二）生物膜结构的探究【科学探究、科学思维】 2.生物膜结构的探究——阶段二（静态统一模型） ②罗伯特森实验
暗 亮 暗
假说：所有生物膜都由“蛋白质—脂质—蛋白质”三层结构构成 的静态统一结构。
高考生物《生物膜与物质运输》PPT复 习课件
内容导航
讲 考纲考情
讲 核心素养
构 思维导图
核心突破 例题精讲
知识总结
目 录
contents
1
与生物膜相关的实验及探究
2
细胞膜与细胞壁3生物膜系统源自4物质跨膜运输实例
5
物质运输的方式
讲考纲考情
1.最新考纲 （1）生物膜系统的结构和功能(Ⅱ) （2）物质出入细胞的方式Ⅱ （3）实验：通过模拟实验探究膜的透性；观察植物细胞的
变式训练
【答案】D 【解析】A.磷脂双分子层是生物膜的基本骨架，其中磷脂分子头部亲水朝向
外侧，尾部疏水朝向内侧，故图2为磷脂双分子层的结构，因此2在构建生 物膜模型时作为基本骨架，A正确；B.5蛋白质分子有的镶嵌在磷脂双分子 层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分 子层，在构建生物膜模型时，5蛋白质的分布具有不对称性，B正确；C.线 粒体内膜向内腔折叠形成嵴，扩大了内膜的面积，并且线粒体内膜上可以 进行有氧呼吸第三阶段的反应，内膜上蛋白质的含量也比外膜高，因此构 建线粒体模型时内膜需要的2和5比外膜多，C正确；D.在构建细胞膜模型时， 4糖链和5蛋白质结合形成的糖蛋白只分布于细胞膜2的外侧，D错误。故选D。
浙江大学生物化学与分子生物学笔记生物膜和运输
红细胞质膜内外单层膜 磷脂的不对称分布
不同功能的膜含有不同的蛋白质
• 不同来源膜的蛋白质组成比其脂质组成的变化 更大，反映在膜功能的特化上。脊椎动物视网 膜杆状细胞对于接受光为高度特化， 90% 以上 的膜蛋白是光吸收蛋白—视紫红质；特化较低 的红细胞质膜约含20种显著的蛋白及十几种较 少的蛋白，其中多数的蛋白为运输载体，每一 种蛋白运输一种跨膜的溶质等。
• 有些膜蛋白还有一个或多个脂共价结合，后者 可能形成一种疏水的稳定体系以保证蛋白质存 在于膜中。
膜的超分子结构
所有生物膜拥有共同的基本特征：对多 数极性分子或带电分子不通透，允许非极 性分子通透；约5-8 nm厚，横切电镜照片近 似三层结构。
流动镶嵌模型 （Fluid Mosaic Model）
生物膜和运输
Biological Membrane and Transport
生物膜和运输（Biological Membrane and Transport）
生物膜的形成对于生物能量的贮存及细 胞间的通讯起着中心作用。膜的生物活性 来自于膜自身显著的特性：膜连接紧密但 有弹性；膜自我封闭，对极性分子有选择 性通透；膜的弹性允许膜在细胞生长和运 动中改变形状；暂时破裂且可自封闭的能 力可保证两个细胞或两个膜状包裹物的融 合。
膜的分子组成
生物膜几乎所有的质量都由蛋白质和 极性脂质组成，少量的碳水化合物也是 糖蛋白或糖脂的一部分。蛋白质和脂类 的相对比例因不同的膜而不同，反映着 膜生物作用的广泛性。神经元的髓鞘主 要由脂类构成，表现为一种被动的电子 绝缘体；但细菌、线粒体、叶绿体的膜 上由许多酶催化的代谢过程发生，含有 的蛋白比脂类要多。
膜内（嵌入）蛋白与脂 通过疏水作用维系在膜中
嵌入蛋白通常富 含 疏 水 氨 基 酸 区 域 （可在中间段，也可在氨基端或羧基 端），有些可有多个疏水序列，如 - 螺 旋，可横贯整个膜脂双分子层。
生物转运
性的络合物而影响化学物的吸收。例如牛奶的酯蛋白
遇腐蚀剂而凝固，从而可吸附化学物而减少吸收。 小肠前1/4占整个小肠吸收面积的一半，化学物 如果在此停留的时间长则明显增加吸收。
19
二、经呼吸道吸收
是生产性毒物和大气污染物进入机体的主要途径。 每人每天气体交换量平均10～12m3 之多，一般劳动强 度的工人8小时需呼吸10m3 空气。
膜动转运
(cytosis) 耗能，逆梯度
吞噬(液滴)
(phagocytosis)
胞吐作用
(exocytosis)
10
生物膜和生物转运
简单扩散是外源化学物主要的转运方式。
简单扩散特点：①顺浓度梯度；②不耗能；③不需
载体；④不受饱和限速；⑤不受竞争抑制影响。
简单扩散条件：①浓度梯度；②脂溶性；③非解离
24
吸 收
Φ 2～5μ m→肺的气管支气管区域沉积，主要通
过R道纤毛部分的粘液层逆向运动而被清楚，颗粒物最终
可随咳痰动作排出体外，也可能被吞咽并在胃肠道吸收。
Φ ≤1μ m→肺泡→①吸收入血；②巨噬C吞噬→ 粘液纤毛远端的提升装置→清除；③淋巴系统→清除。
25
吸 收
颗粒物→上R道炎症、肺炎(如锰尘)、肺肉芽
各种血浆蛋白都有化学物功能，尤其清蛋白。
不同化学物与血浆蛋白结合量不同。如狄氏剂(杀 虫剂)99%；丙稀巴比妥50%；安替比林不结合。 结合型外源化学物分子量增大，不能跨膜转运，暂 无生物效应、不被代谢排泄，延缓消除过程 ，延长毒作
用时间。故认为血浆蛋白是暂时贮存库。
35
吸 收
化学物与血浆蛋白的结合是可逆的， 与血中游离化学物呈动态平衡。游离型化 学物浓度与毒作用强度相关。 不同化学物与血浆蛋白的结合有竞争 性，结合力更强的化学物可取代已被结合 的化学物，使之成为游离型而显示毒性。
21 生物膜与物质运输ok
（六）ATP交换体
三、生物大分子的跨膜运输
(一)胞吐作用 (二)胞吞作用
（一）胞吐作用
细胞内的物质先被囊泡裹入形成分泌泡，然后与 细胞质膜接触、融合并向外释放被裹入的物质， 称胞吐作用。
（二）胞吞作用
细胞从外界摄入的大分子或颗粒，逐渐被质 膜的一小部分包围，内限，气候从质膜上脱落下 来而形成含有摄入物质的细胞内囊泡的过程，称 为胞吞作用。分为:
吞噬作用
胞饮作用
受体介导的胞吞作用
1、吞噬作用
凡以大的囊泡形式内吞的较大固体颗 粒、直径达几微米的复合物、微生物 及细胞碎片等的过程，称为吞噬作用。
2、胞饮作用
指以小的囊泡形式将细胞周围的微滴 状液体吞入细胞内的过程。
3、受体介导的胞吞作用
指被内吞物与细胞表面的专一性受体相 结合，并随即引发细胞膜的内陷，形成 的囊体将配体裹入并输入到细胞内的过 程。
(一)被动运输 (passive transport)· (二)主动运送 (active transport)·
扩散 易化扩散
被动运输
主动运输
(一)被动运输
物质从高浓度的一侧，通过膜运输到低浓度的一 侧，即顺浓度梯度的方向跨膜运输的过程称被动 运输。
被动运输的主要特点： 运输速率与膜两侧运输物质的浓度差、物质的分
《生物化学》教学课件
生物化学
孙中武
第二单元 脂类化学
第 2 章 脂质 第18章 生物膜组成与结构 第21章 生物膜与物质运输
第21章 生物膜与物质运输
一、被动运输与主动运送 二、小分子物质的运输 三、生物大分子的跨膜运输 四、离子载体 五、生物膜运输的分子机制
生物膜和物质运输
THANKS
感谢观看
道，允许某些物质通过。
03
能量驱动
生物膜通过消耗能量（如ATP）来驱动某些物质的主动运输。这种主动
运输能够逆浓度梯度进行，使得细胞能够根据需要吸收或排出物质。
物质运输对生物膜的影响
改变膜的结构
物质运输过程中，某些物质可能与膜上的脂质或蛋白质发生相互作用，从而改变膜的结构 。例如，某些药物或毒素能够插入到膜的脂质双层中，破坏膜的完整性。
生物膜为物质运输提供结构基础
生物膜作为细胞的基本结构之一，为物质运输提供了必要的场所和通道。膜上的脂质双层和蛋白质共同构成了物质跨 膜运输的基础结构。
物质运输影响生物膜的组成和功能
物质运输过程中涉及的物质和能量交换会影响生物膜的组成和功能。例如，某些物质的跨膜运输需要特定膜蛋白的参 与，这些蛋白在物质运输过程中可能会发生构象变化或与其他蛋白相互作用，从而影响生物膜的组成和功能。
药物设计与研发
1 2 3
靶向药物设计
利用生物膜的特性，设计能够特异性识别并作用 于病变细胞的药物，提高治疗效果和降低副作用 。
药物传递系统
研究生物膜对药物的吸收、分布、代谢和排泄过 程，开发高效的药物传递系统，提高药物的生物 利用度。
药物相互作用研究
探讨药物与生物膜组分之间的相互作用，预测药 物在体内的行为，为合理用药提供依据。
ERA
物质运输的分子机制
01
02
03
载体蛋白
通过构象变化实现物质的 跨膜运输，具有特异性结 合位点。
通道蛋白
形成亲水性通道，允许特 定物质顺浓度梯度通过。
ATP驱动泵
利用ATP水解产生的能量 ，主动转运物质。
物质运输的细胞生物学过程
生物膜与物质运输
需要通道蛋白或载体蛋白介导 主动转运（active transport) 逆浓度梯度 消耗能量(如ATP) 需要转运载体
物 质 的 电 化 学 梯 度 简单扩散 促进扩散 主动运输
简单扩散——顺浓度梯度 注意电荷、极性与大小的影响
通道 促进扩散——顺浓度梯度 注意需要载体或通道协助
载体
主动运输
3.3 大分子物质的过膜转运
胞吞与胞吐
受体介导的内吞作用(receptor-mediated endocytosis ) 免疫球蛋白 低密度脂蛋白（LDL，血浆中的胆固醇转运蛋白）
分泌蛋白的胞内转运过程 信号肽学说（signal peptide hypothesis）
配体 受体
内体 内吞泡
溶酶体 受体介导的细胞内吞作用
以甘油为基础形成的甘油磷脂（glycerophospholipid）
以神经鞘氨醇为基础还 可以形成鞘磷脂
膜脂分子的特点和结构
疏 水 的 非 极 性 的 尾 部
卵磷脂
亲水的极性的头部
双亲性
膜的基本结构——脂质双层（Lipid bilayer）
water
water
微团
双分子层
脂质体
1.2 膜蛋白
2.2 膜的相变温度及其影响因素
相变温度是膜脂物理状态互相转变的临界温度。高于相变
温度时，膜呈流动的液态，低于相变温度时，膜呈凝固的胶态。
相变温度受膜脂中脂肪酸的组成影响。烃链短的脂肪酸和不 饱和脂肪酸的含量较高时，膜脂的相变温度较低，膜呈现较好的 流动性。
胆固醇参与膜脂流动性的调节。
2.3 流动镶嵌模型（ Mosaic fluid model）
要点:
生物膜的基本结构是脂质双层,蛋白质或镶嵌在膜上或结
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
转运蛋白(transporters)或穿透酶(permeases)
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
红细胞葡萄糖转运蛋白介导被动运输(Passive Transport)
葡萄糖进入红细胞是通过葡萄糖特异性转运蛋白的协助扩散来实现的。
红细胞的葡萄糖转运蛋白(glucose transporter, GluT1)结构模型
外周蛋白
固醇
脂双层
膜内在蛋白 (单跨膜螺旋)
与脂质共价连 接的外周蛋白
膜内在蛋白 (多跨膜螺旋)
第21章 生物膜与物质运输
第21章 生物膜与物质运输
生物膜功能：
1. 能量转换 —— 氧化磷酸化(线粒体)、光合磷酸化(叶绿体) 2. 信息识别与传递 —— 生物信号 (G-蛋白偶联受体和第二信使、视
觉、 嗅觉、味觉的信号传导、致癌基因、肿瘤抑制基因等)
一个溶质的耗能运输与另一溶质的释放流
反应偶联。
动相偶联，释放的能量由初级主动运输提
ATP水解释放能量驱动溶质X逆 电化学梯度运动。
供的。 初级主动转运建立X离子的浓度梯度，X顺
电化学梯度移动为第二溶质S逆电化学梯度
主动转运是一种能量消耗途径。
运动提供能量。
如太阳光的吸收、氧化反应、ATP分解等。
一、被动运输与主动运输
③当胰岛素水平下降， GluT4通过胞吞作用重新从 质膜上移回胞内，形成囊泡。
心肌 骨骼肌
肌糖原
脂肪细胞 三酰甘油
这些细胞膜含有葡萄糖转运蛋白GluT4
GluT4
① GluT4贮存在细 胞内的囊泡膜上。
Ⅰ型糖尿病人不能释放胰岛素，导致 肌肉和脂肪组织对葡萄糖的吸收率很 低，后果血糖增高。
⑤内涵体出芽形成小囊泡， 以备胰岛素水平升高时， 重新移到细胞表面。
CO2离开红细胞并 被呼出
碳酸氢根从血浆中 进入红细胞
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
主动运输(active transport)：物质逆浓度或逆电化学梯度的运输，需
要供给能量 (needs to provide energy from surrounding)
G = 2.3 RT lg (C2/C1) + ZF V 如：C2 > C1, G > 0, 过程不能自发进行，需要供给能量
氯离子与碳酸氢根离子交换蛋白：膜内在蛋白，有12个疏水 片段，形成12个跨膜螺旋。
在呼吸组织中 碳酸酐酶 在肺中
协同运输：转运蛋白调节2种阴离子同时移动。 反向运输(antiport)：两种底物向相反方向移动。 同向运输(symport)：两种底物同时沿相同方向移动。
单向运输(uniport)：只运转一种底物。
一、被动运输与主动运输
糖尿病人的葡萄糖转运缺陷
第21章 生物膜与物质运输
*GluT2：将肝糖原分解的葡萄糖转运 出肝细胞。能够根据胞内葡萄糖增加 相应增加葡萄糖向外转运速率。
GluT4：肌肉和脂肪中的葡萄糖转运的蛋白，能被胰岛素激活。
摄入葡萄糖过量 胰腺释放胰岛素
②当胰岛素与受体结合，囊泡 移到膜表面并与其融合，从而 增加质膜表面GluT4数量。
第21章 生物膜与物质运输
一、被动运输与主动运输 二、小分子物质的运输 三、生物大分子的跨膜运输 四、离子载体 五、生物膜运输的分子机制
第21章 生物膜与物质运输
第21章 生物膜与物质运输
生物膜的组成
生物膜流动镶嵌模型(fluid mosaic model)
非极性脂 肪酰链 糖脂
糖蛋白的 寡糖链
极性磷 脂头部
主动运输特点：
主动运输需要两个体系：
① 专一性：专一运输特定物质；
① 参与运输的传递体
② 运输速度可以达到“饱和”状态； ② 由酶或酶系组成的能量传递系统
③ 方向性；
④ 选择性抑制；
⑤ 需要提供能量。
一、被动运输与主动运输
第21聚集直接与放热的化学
血浆葡萄糖浓度：5 mM， 葡萄糖扩散速度是未催化扩 散的5万倍
GluT1：红细胞膜内在蛋白(Mr 45 000)， 有12个疏水片段，形成12个跨膜螺旋，
螺旋片段表面上极性和非 极性氨基酸残基的分布， 形成两亲性螺旋
5-6个两亲性螺旋边边相 加，极性面向内，构成跨 膜通道，Glc与极性氨基 酸残基形成氢键。
3. 物质运输—— 生物膜具有通透性和高度选择性
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
被动运输(passive transport)：顺浓度梯度方向的跨膜运送物质。
物质的运输速率既依赖于膜两侧运送物质的浓度差，又与被运送物 质例的：分1.子带大电小或、极电性荷物和质在—脂—双转层运中蛋的白溶解度有关。
2. 红细胞葡萄糖转运 —— 葡萄糖转运蛋白（GluT1） 3. 红细胞的Cl-和HCO3-转运 —— 阴离子交换蛋白
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
在膜蛋白协助下的被动运输 (passive transport)
带与的电水溶或结质合极性物质 —— 转运蛋白
溶质的简单扩散被选择性渗透障碍所阻止。
④小囊泡与内涵体融合。
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
氯离子与碳酸氢根离子的协同转运(Cotransport)
红细胞的另一种协助扩散系统
分解代谢产生的 CO2进入红细胞
碳酸氢根溶解 在血浆中
氯离子与碳酸氢根离子交换蛋白 (chloride-bicarbonate exchanger) 又称阴离子交换蛋白 (anion exchange (AE) protein)
无转运蛋白的 简单扩散
有转运蛋白的简单扩散
极性或带电的溶质： ① 去除水合层中与水分子相互作用； ② 通过溶解性较差的溶剂扩散。
过程需要高能量∆G‡。
转运蛋白
协助扩散(facilitated diffusion)或被动转运 (passive transport)：极性化合物和离子的跨 膜通道是由膜蛋白组成的，降低转运的活化 能。
第21章 生物膜与物质运输
初级主动运输
1. P-型ATP酶的Na+K+的主动协同运输 2. P-型ATP酶的Ca2+泵 3. F-型的ATP合酶 4. ABC转运蛋白：多药物转运蛋白
P-型 V-型
P：磷酸化 V：液泡
F-型
F：能量伴生因子
次级主动运输
乳糖和H+的同向运输
1.糖和氨基酸的运送——大肠杆菌的乳糖和H+的同向运输
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
红细胞葡萄糖转运蛋白介导被动运输(Passive Transport)
葡萄糖进入红细胞是通过葡萄糖特异性转运蛋白的协助扩散来实现的。
红细胞的葡萄糖转运蛋白(glucose transporter, GluT1)结构模型
外周蛋白
固醇
脂双层
膜内在蛋白 (单跨膜螺旋)
与脂质共价连 接的外周蛋白
膜内在蛋白 (多跨膜螺旋)
第21章 生物膜与物质运输
第21章 生物膜与物质运输
生物膜功能：
1. 能量转换 —— 氧化磷酸化(线粒体)、光合磷酸化(叶绿体) 2. 信息识别与传递 —— 生物信号 (G-蛋白偶联受体和第二信使、视
觉、 嗅觉、味觉的信号传导、致癌基因、肿瘤抑制基因等)
一个溶质的耗能运输与另一溶质的释放流
反应偶联。
动相偶联，释放的能量由初级主动运输提
ATP水解释放能量驱动溶质X逆 电化学梯度运动。
供的。 初级主动转运建立X离子的浓度梯度，X顺
电化学梯度移动为第二溶质S逆电化学梯度
主动转运是一种能量消耗途径。
运动提供能量。
如太阳光的吸收、氧化反应、ATP分解等。
一、被动运输与主动运输
③当胰岛素水平下降， GluT4通过胞吞作用重新从 质膜上移回胞内，形成囊泡。
心肌 骨骼肌
肌糖原
脂肪细胞 三酰甘油
这些细胞膜含有葡萄糖转运蛋白GluT4
GluT4
① GluT4贮存在细 胞内的囊泡膜上。
Ⅰ型糖尿病人不能释放胰岛素，导致 肌肉和脂肪组织对葡萄糖的吸收率很 低，后果血糖增高。
⑤内涵体出芽形成小囊泡， 以备胰岛素水平升高时， 重新移到细胞表面。
CO2离开红细胞并 被呼出
碳酸氢根从血浆中 进入红细胞
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
主动运输(active transport)：物质逆浓度或逆电化学梯度的运输，需
要供给能量 (needs to provide energy from surrounding)
G = 2.3 RT lg (C2/C1) + ZF V 如：C2 > C1, G > 0, 过程不能自发进行，需要供给能量
氯离子与碳酸氢根离子交换蛋白：膜内在蛋白，有12个疏水 片段，形成12个跨膜螺旋。
在呼吸组织中 碳酸酐酶 在肺中
协同运输：转运蛋白调节2种阴离子同时移动。 反向运输(antiport)：两种底物向相反方向移动。 同向运输(symport)：两种底物同时沿相同方向移动。
单向运输(uniport)：只运转一种底物。
一、被动运输与主动运输
糖尿病人的葡萄糖转运缺陷
第21章 生物膜与物质运输
*GluT2：将肝糖原分解的葡萄糖转运 出肝细胞。能够根据胞内葡萄糖增加 相应增加葡萄糖向外转运速率。
GluT4：肌肉和脂肪中的葡萄糖转运的蛋白，能被胰岛素激活。
摄入葡萄糖过量 胰腺释放胰岛素
②当胰岛素与受体结合，囊泡 移到膜表面并与其融合，从而 增加质膜表面GluT4数量。
第21章 生物膜与物质运输
一、被动运输与主动运输 二、小分子物质的运输 三、生物大分子的跨膜运输 四、离子载体 五、生物膜运输的分子机制
第21章 生物膜与物质运输
第21章 生物膜与物质运输
生物膜的组成
生物膜流动镶嵌模型(fluid mosaic model)
非极性脂 肪酰链 糖脂
糖蛋白的 寡糖链
极性磷 脂头部
主动运输特点：
主动运输需要两个体系：
① 专一性：专一运输特定物质；
① 参与运输的传递体
② 运输速度可以达到“饱和”状态； ② 由酶或酶系组成的能量传递系统
③ 方向性；
④ 选择性抑制；
⑤ 需要提供能量。
一、被动运输与主动运输
第21聚集直接与放热的化学
血浆葡萄糖浓度：5 mM， 葡萄糖扩散速度是未催化扩 散的5万倍
GluT1：红细胞膜内在蛋白(Mr 45 000)， 有12个疏水片段，形成12个跨膜螺旋，
螺旋片段表面上极性和非 极性氨基酸残基的分布， 形成两亲性螺旋
5-6个两亲性螺旋边边相 加，极性面向内，构成跨 膜通道，Glc与极性氨基 酸残基形成氢键。
3. 物质运输—— 生物膜具有通透性和高度选择性
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
被动运输(passive transport)：顺浓度梯度方向的跨膜运送物质。
物质的运输速率既依赖于膜两侧运送物质的浓度差，又与被运送物 质例的：分1.子带大电小或、极电性荷物和质在—脂—双转层运中蛋的白溶解度有关。
2. 红细胞葡萄糖转运 —— 葡萄糖转运蛋白（GluT1） 3. 红细胞的Cl-和HCO3-转运 —— 阴离子交换蛋白
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
在膜蛋白协助下的被动运输 (passive transport)
带与的电水溶或结质合极性物质 —— 转运蛋白
溶质的简单扩散被选择性渗透障碍所阻止。
④小囊泡与内涵体融合。
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
氯离子与碳酸氢根离子的协同转运(Cotransport)
红细胞的另一种协助扩散系统
分解代谢产生的 CO2进入红细胞
碳酸氢根溶解 在血浆中
氯离子与碳酸氢根离子交换蛋白 (chloride-bicarbonate exchanger) 又称阴离子交换蛋白 (anion exchange (AE) protein)
无转运蛋白的 简单扩散
有转运蛋白的简单扩散
极性或带电的溶质： ① 去除水合层中与水分子相互作用； ② 通过溶解性较差的溶剂扩散。
过程需要高能量∆G‡。
转运蛋白
协助扩散(facilitated diffusion)或被动转运 (passive transport)：极性化合物和离子的跨 膜通道是由膜蛋白组成的，降低转运的活化 能。
第21章 生物膜与物质运输
初级主动运输
1. P-型ATP酶的Na+K+的主动协同运输 2. P-型ATP酶的Ca2+泵 3. F-型的ATP合酶 4. ABC转运蛋白：多药物转运蛋白
P-型 V-型
P：磷酸化 V：液泡
F-型
F：能量伴生因子
次级主动运输
乳糖和H+的同向运输
1.糖和氨基酸的运送——大肠杆菌的乳糖和H+的同向运输