细胞生物学之物质的跨膜运输与信号转导
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Addition 扩散 Vs 渗透
扩散(diffusion)——指物质沿浓度梯度从半 透膜浓度高的一侧向低浓度一侧移动的过程。 渗透(osmosis)——指水分子以及溶剂通过半 透膜的扩散。
（一）简单扩散（simple diffusion） Vs （二）水孔蛋白 （三）协助扩散（facilitated diffusion） （四）主动运输
精品课件
二、 V-型质子泵和F-型质子泵 （1）V-型质子泵：又称膜泡质子泵，存在于动物细胞胞
内体、溶酶体膜、破骨细胞和某些肾小管的质膜以及 植物、酵母和其他真菌细胞液泡膜上，利用ATP水解供 能从细胞质基质中逆H＋电化学梯度泵出H＋进入细胞器， 以维持细胞质基质pH中性和细胞器内pH酸性。 （2）F-型质子泵：又称H＋－ATP合成酶（F1F0－ATPase）， 存在于线粒体内膜、植物细胞类囊体膜和细菌质膜上， H＋顺浓度梯度运动，所释放的能量耦联ATP合成。
精品课件
疏水分子
不带电极 性小分子 不带电极 性大分子
离子
（P105）
（三）协助扩散（facilitated diffusion）
协助扩散：也称促进扩散，是 各种极性分子和无机离子，如糖、 氨基酸、核苷酸及细胞代谢物等顺 其浓度梯度或电化学梯度的跨膜转 运，不需要细胞提供能量，但需膜 转运蛋白的协助。
精品课件
➢ 哺乳类动物的细胞利用血糖 肠道
葡萄
作为主要能源，人类基因组
糖载 体
编码12种与糖转运相关的载
体蛋白GLUT1～GLUT12,构成
葡萄糖载体蛋白家族，都具
有高度同源的氨基酸序列， 均含有12次跨膜的α螺旋。
运输蛋白促 使葡萄糖的 扩散
➢ 多肽跨膜段由疏水性氨基酸 残基组成，α螺旋带有Ser （丝）、Thr（苏）、Asp（天）和Glu（谷） 残基，侧链同葡萄糖羟基形 成氢键和结合位点，完成葡 萄糖的协助扩散。
入内质网腔中储存起来，以维持细胞内低浓度的游离
Ca2+。Ca2+泵在肌质网储存Ca2+，对调节肌细胞的收缩
与舒张至关重要。
精品课件
（2）H+泵 作用机理：
植物细胞、真菌（包括酵母）和细菌 细胞其质膜上无Na+－K+ pump，而是具 有 H+ 泵 （ H+—ATPase）， 将 H+ 泵 出 细 胞 ， 建立跨膜的H+电化学梯度，驱动转运物 质进入细胞。
精品课件
第二节 离子泵和协同运输
根据泵蛋白的结构与功能特性，ATP驱动泵可分为4类：
P－型离子泵、 V－型质子泵、 F－型质子泵和ABC超家族
精品课件
一、P-型离子泵 （一）Na+－K+泵又称Na+－K+ATP酶
存在于动物细胞质膜上 细胞内侧α亚基与Na+离子结合促进ATP酶水解， α亚基上的一个氨基酸残基磷酸化引起α亚基构象 发生变化，将Na+泵出细胞，同时细胞外的K+与α亚 基的另一位点结合，使其去磷酸化，α亚基构象再 度发生变化将K+泵进细胞，完成整个循环。每个循环 消耗一个ATP分子，泵出3个Na+，和泵进2个K+。
精品课件
（二）Ca2+泵和其它P-型离子泵
（1）Ca2+泵
作用机理：Ca2+泵（Ca2+ pump）又称Ca2+—ATP酶，有 约10个跨膜α螺旋，细胞内钙调节蛋白与之结合以调 节Ca2+泵的活性，每消耗一个ATP分子转运出两个Ca2+。
存在位置：所有真核细胞的细胞膜和某些细胞器（如
内质网、叶绿体和液泡）膜上，将Ca2+输出细胞或泵
精品课件
活细胞内外离子浓度是明显不同的：表5-1 调控机制：（1）膜转运蛋白活性
载体蛋白 通道蛋白
的疏水特性
（2）质膜脂双层
精品课件
三、胞吞作用(endocytosis)与胞吐作 用(exocytosis）
精品课件
被动运输（passive transport)是指通过简单扩散 或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度地跨膜转运。
精品课件
（四）、主动运输（active transport）
主动运输是 物质逆浓度梯 度或电化学梯 度运输的跨膜 运输方式。
特点：
主动运输
①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输； ②需要能量，与某种释放能量的过程相耦联; ③需要载体蛋白，具有选择性和特异性。
类型： 依据
精品课件
三、胞吞作用与胞吐作用
在大分子与颗粒性物质跨膜运输的转运 过程中，质膜内陷，形成包围细胞外物质的 囊泡，称膜泡运输（vesicle transport）。 根据物质的运输方向，膜泡运输又分为：
精品课件
胞饮 吞噬
二、胞吐作用（exocytosis）
将细胞内的分泌泡或其他某
些膜泡中的物质通过细胞质膜
运出细胞的过程，也称外排作
膜 的
用。
融wenku.baidu.com合
●组成型外排途径
（ constitutive exocytosis
pathway）
●调节型外排途径
（ regulated exocytosis pathway）
第五章 物质的跨膜运输
重点
被动运输和主动运输的特点 钠钾泵、钙泵和质子泵的转运特点和功能
第一节 膜转运与物质的跨膜运输 第二节 离子泵和协同转运 第三节 胞吞和胞吐作用
精品课件
第一节 膜转运与物质的跨膜运输
一、膜脂双层的不透性和膜转运蛋白 二、被动运输（passive transport）与
主动运输（active transport）
●胞吞作用（endocytosis） ●胞吐作用（exocytosis） 。
精品课件
（一）胞吞作用
(endo通c过yt细os胞is膜)内陷形成囊泡
(胞吞泡)，将外界物质裹进 并输入细胞的过程。包括胞 饮作用和吞噬作用。
●胞饮作用(pinocytosis) 和吞噬作用(phagocytosis) ●受体介导的胞吞作用 ●胞饮作用和吞噬作用吞 噬的主要区别
精品课件
物质的跨膜运输是细胞维持 正常生命活动的基础之一
物质的跨膜运输方式
简单扩散
协助扩散
精品课件
主动运输
(一）简单扩散
1.特点
①沿浓度梯度（或电
化学梯度）扩散；
简单 扩散
②无需提供能量；
③无需膜蛋白协助。
溶
2. 机制 先溶解
质
在膜脂再扩散到另一
分 子
侧。
3. 通透性 取决
于分子大小和极性。
(P105)
精品课件
紧密连接
协助扩散
1.特点 ①速率高 比简单扩散转运速率高； ②最大转运速率：在一定限度内运输速率同物质浓
度成正比。如超过一定限度，浓度再增加，运输 也不再增加（因膜上载体蛋白的结合位点已达饱 和）； ③特异性 与特定载体——膜转运蛋白结合。
扩散(diffusion)——指物质沿浓度梯度从半 透膜浓度高的一侧向低浓度一侧移动的过程。 渗透(osmosis)——指水分子以及溶剂通过半 透膜的扩散。
（一）简单扩散（simple diffusion） Vs （二）水孔蛋白 （三）协助扩散（facilitated diffusion） （四）主动运输
精品课件
二、 V-型质子泵和F-型质子泵 （1）V-型质子泵：又称膜泡质子泵，存在于动物细胞胞
内体、溶酶体膜、破骨细胞和某些肾小管的质膜以及 植物、酵母和其他真菌细胞液泡膜上，利用ATP水解供 能从细胞质基质中逆H＋电化学梯度泵出H＋进入细胞器， 以维持细胞质基质pH中性和细胞器内pH酸性。 （2）F-型质子泵：又称H＋－ATP合成酶（F1F0－ATPase）， 存在于线粒体内膜、植物细胞类囊体膜和细菌质膜上， H＋顺浓度梯度运动，所释放的能量耦联ATP合成。
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疏水分子
不带电极 性小分子 不带电极 性大分子
离子
（P105）
（三）协助扩散（facilitated diffusion）
协助扩散：也称促进扩散，是 各种极性分子和无机离子，如糖、 氨基酸、核苷酸及细胞代谢物等顺 其浓度梯度或电化学梯度的跨膜转 运，不需要细胞提供能量，但需膜 转运蛋白的协助。
精品课件
➢ 哺乳类动物的细胞利用血糖 肠道
葡萄
作为主要能源，人类基因组
糖载 体
编码12种与糖转运相关的载
体蛋白GLUT1～GLUT12,构成
葡萄糖载体蛋白家族，都具
有高度同源的氨基酸序列， 均含有12次跨膜的α螺旋。
运输蛋白促 使葡萄糖的 扩散
➢ 多肽跨膜段由疏水性氨基酸 残基组成，α螺旋带有Ser （丝）、Thr（苏）、Asp（天）和Glu（谷） 残基，侧链同葡萄糖羟基形 成氢键和结合位点，完成葡 萄糖的协助扩散。
入内质网腔中储存起来，以维持细胞内低浓度的游离
Ca2+。Ca2+泵在肌质网储存Ca2+，对调节肌细胞的收缩
与舒张至关重要。
精品课件
（2）H+泵 作用机理：
植物细胞、真菌（包括酵母）和细菌 细胞其质膜上无Na+－K+ pump，而是具 有 H+ 泵 （ H+—ATPase）， 将 H+ 泵 出 细 胞 ， 建立跨膜的H+电化学梯度，驱动转运物 质进入细胞。
精品课件
第二节 离子泵和协同运输
根据泵蛋白的结构与功能特性，ATP驱动泵可分为4类：
P－型离子泵、 V－型质子泵、 F－型质子泵和ABC超家族
精品课件
一、P-型离子泵 （一）Na+－K+泵又称Na+－K+ATP酶
存在于动物细胞质膜上 细胞内侧α亚基与Na+离子结合促进ATP酶水解， α亚基上的一个氨基酸残基磷酸化引起α亚基构象 发生变化，将Na+泵出细胞，同时细胞外的K+与α亚 基的另一位点结合，使其去磷酸化，α亚基构象再 度发生变化将K+泵进细胞，完成整个循环。每个循环 消耗一个ATP分子，泵出3个Na+，和泵进2个K+。
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（二）Ca2+泵和其它P-型离子泵
（1）Ca2+泵
作用机理：Ca2+泵（Ca2+ pump）又称Ca2+—ATP酶，有 约10个跨膜α螺旋，细胞内钙调节蛋白与之结合以调 节Ca2+泵的活性，每消耗一个ATP分子转运出两个Ca2+。
存在位置：所有真核细胞的细胞膜和某些细胞器（如
内质网、叶绿体和液泡）膜上，将Ca2+输出细胞或泵
精品课件
活细胞内外离子浓度是明显不同的：表5-1 调控机制：（1）膜转运蛋白活性
载体蛋白 通道蛋白
的疏水特性
（2）质膜脂双层
精品课件
三、胞吞作用(endocytosis)与胞吐作 用(exocytosis）
精品课件
被动运输（passive transport)是指通过简单扩散 或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度地跨膜转运。
精品课件
（四）、主动运输（active transport）
主动运输是 物质逆浓度梯 度或电化学梯 度运输的跨膜 运输方式。
特点：
主动运输
①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输； ②需要能量，与某种释放能量的过程相耦联; ③需要载体蛋白，具有选择性和特异性。
类型： 依据
精品课件
三、胞吞作用与胞吐作用
在大分子与颗粒性物质跨膜运输的转运 过程中，质膜内陷，形成包围细胞外物质的 囊泡，称膜泡运输（vesicle transport）。 根据物质的运输方向，膜泡运输又分为：
精品课件
胞饮 吞噬
二、胞吐作用（exocytosis）
将细胞内的分泌泡或其他某
些膜泡中的物质通过细胞质膜
运出细胞的过程，也称外排作
膜 的
用。
融wenku.baidu.com合
●组成型外排途径
（ constitutive exocytosis
pathway）
●调节型外排途径
（ regulated exocytosis pathway）
第五章 物质的跨膜运输
重点
被动运输和主动运输的特点 钠钾泵、钙泵和质子泵的转运特点和功能
第一节 膜转运与物质的跨膜运输 第二节 离子泵和协同转运 第三节 胞吞和胞吐作用
精品课件
第一节 膜转运与物质的跨膜运输
一、膜脂双层的不透性和膜转运蛋白 二、被动运输（passive transport）与
主动运输（active transport）
●胞吞作用（endocytosis） ●胞吐作用（exocytosis） 。
精品课件
（一）胞吞作用
(endo通c过yt细os胞is膜)内陷形成囊泡
(胞吞泡)，将外界物质裹进 并输入细胞的过程。包括胞 饮作用和吞噬作用。
●胞饮作用(pinocytosis) 和吞噬作用(phagocytosis) ●受体介导的胞吞作用 ●胞饮作用和吞噬作用吞 噬的主要区别
精品课件
物质的跨膜运输是细胞维持 正常生命活动的基础之一
物质的跨膜运输方式
简单扩散
协助扩散
精品课件
主动运输
(一）简单扩散
1.特点
①沿浓度梯度（或电
化学梯度）扩散；
简单 扩散
②无需提供能量；
③无需膜蛋白协助。
溶
2. 机制 先溶解
质
在膜脂再扩散到另一
分 子
侧。
3. 通透性 取决
于分子大小和极性。
(P105)
精品课件
紧密连接
协助扩散
1.特点 ①速率高 比简单扩散转运速率高； ②最大转运速率：在一定限度内运输速率同物质浓
度成正比。如超过一定限度，浓度再增加，运输 也不再增加（因膜上载体蛋白的结合位点已达饱 和）； ③特异性 与特定载体——膜转运蛋白结合。