第5章物质的跨膜运输

合集下载
  1. 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. 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. 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)。
发生构象变化, “门”打开。又称离子通道 型受体。
铰链细胞失水
应力激活的离子通道:2x1013N,0.04nm
二、被动运输与主动运输
(一)被动运输(passive transport)
特点:沿着浓度梯度或者化学梯度降低的方向转 运,不需要细胞提供能量。
类型: 1. 简单扩散(simple diffusion) 2. 协助扩散(facilitated diffusion)
四、协同运输cotransport
是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式
能量来源:膜两侧离子的电化学浓度梯度,而维持这种电化 学势的是钠钾泵或质子泵。
A. Sugars, amino acids, and other organic molecules into cells
5. 协同运输cotransport
3、应力激活通道(stress-activated channel)
特点:通道蛋白感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等,而 改变构象,从而开启离子通道,形成离子流,将机械刺激的信号转化为 电化学信号。
配体门通道(ligand gated channel)
特点:
受体与细胞外的配体结合,引起门通道蛋白
MEMBRANE TRANSPORT
内容提要
第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 三、ABC超家族
一、膜双层的不透性和膜转运蛋白
二、被动运输与主动运输 第二节 离子泵和协同转运
四、协同转运
五、离子跨膜转运与膜电位 第三节 胞吞作用与胞吐作用 一、胞饮作用与吞噬作用
一、P-型离子泵
二、V-型质子泵和F-型质子泵
而降低钠钙交换器效率,使内流钙离子增多,加强心肌收缩, 因而具有强心作用。
2. 钙离子泵
P-type pump 分布:质膜和内质网膜
作用:维持细胞内较低的钙离子浓度(细胞内钙离子浓度10-7M,细胞
外10-3M)。 钙泵在肌质网内储存Ca2+,对调节肌细胞的收缩与舒张是至关重要的。
其他P-型离子泵:
类型: 同向协同(symport) 反向协同(antiport)

1、同向协同
Na+驱动葡萄糖、氨基酸的转运。 在某些细菌中,乳糖的吸收伴随着H+的进入。

2、反向协同
动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方式来转运H+,以调节细胞内的pH值。
The difference between animal and plant cells to absorb nutrients
2. 通过膜泡运输改变膜上AQP的含量,如血管加压素(抗利尿激素)
对肾脏远曲小管和集合小管上皮细胞水通透性调节; 3. 通过调节基因表达,促进AQP的合成。
水孔蛋白是由4个亚基组成的四聚体,每个亚基都由6个跨膜 的a螺旋,单独组成一个供水分子运动的中央孔。只允许水而不允 许离子和其它小分子通过。
(一)被动运输
• 每一种ABC转运器只转运一种或一类底物,不同的转运器可转 运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质。 • ABC转运器还可催化脂双层的脂类在两层之间翻转,在膜的发 生和功能维护上具有重要的意义。
Mammalian MDR1 protein
第 一 个 被 发 现 的 真 核 细 胞 的 ABC 转 运 器 是 多 药 抗 性 蛋 白
如植物细胞、真菌和细菌质膜上的H+泵、动物胃表皮细 胞的H+-K+泵(分泌胃酸)。利用ATP自磷酸化发生构象的改 变来转移质子。 植物细胞质膜上的P型H+-ATP酶是最普遍最重要的,其 活性影响了植物生命过程的许多重要过程,所以质膜上的P 型H+-ATP酶被称为植物生命过程的“主宰酶”。
二、V-型质子泵和F-型质子泵
载体蛋白功能:既可介导主动运输又可介导
被动运输,又称做转运器、通透酶。
(二)通道蛋白(channel protein)及其功能:
多次跨膜
亲水性通道
不需要与溶质分子结合 允许适宜的分子或离子通过
类型: A.非选择性通道 G-外膜、线粒体和叶绿体的外膜
B.有选择性的通道
与离子的转运有关,又称离子通道
离子通道的显著特征:
(一)载体蛋白(Carrier Protein )及其功能:
多次跨膜蛋白分子
• ①与特定的溶质分子结合,通过一系列构象改变介导溶质的跨膜转运;
特定性溶质结合 通过构象改变 介导溶质跨膜
• ②对所转运的物质具有高度选择性; • ③载体蛋白又称为通透酶(Permease): 对物质的转运过程具有类似于酶与底物作用 的动力学曲线、具有类似物竞争性抑制等酶的特性。但与酶不同的是: 载体蛋白不对 转运分子作任何共价修饰。
1.自由扩散和协助扩散需要消耗能量吗?为什么? 不用。都是顺浓度的梯度跨膜运输。 2.自由扩散与协助扩散有什么异同? 相同:都是顺浓度的梯度跨膜运输,不需要消耗能量 自由扩散不需要载体蛋白的参与; 不同: 协助扩散需要载体蛋白的参与。
3.为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输? 都是顺物质的浓度梯度进行的,不需要细胞消耗能 量。所以,被称为被动运输。
分布:动物细胞的质膜
工 作 原 理 :
K+外,Na+内
Na : K = 3:2 P-type pump Only animals
Asp磷酸化
• Na+- K+泵的作用: ①维持细胞的渗透平衡,保持细胞的体积; ②维持低Na+高K+的细胞内环境,维持细胞的静息电位。
地高辛、乌本苷等强心剂抑制心肌细胞Na+-K+泵活性;从
注意: V-type和P-type的区别:是否利用ATP自磷酸化发生构象的 改变来转移质子。
三、 ABC 转运器(ABC transporter)
最早发现于细菌,属于一个庞大的蛋白家族,每个成员都有4个核心结
构模式:2个跨膜结构域和2个高度保守的ATP结合区(ATP binding cassette),故名ABC转运器。
3. 协助扩散
也称为促进扩散,是各种极性分子和无机离子,如糖、 氨基酸、核苷酸等物质借助载体蛋白沿浓度梯度和电化
学梯度进行的跨膜转运。
协助扩散特点:
①沿浓度梯度(或电化学梯度)扩散;
②不需要能量; ③需要载体蛋白的协助; ④比自由扩散转运速率高,运输速率同物质浓度成非线性 关系; ⑤特异性;饱和性。
(Channel-Forming integral membrane protein)
2) 1991年得到CHIP28的cDNA 序列,Agre将CHIP28的 mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中,在低渗溶液中,卵 母细胞迅速膨胀,5 分钟内破裂。细胞的这种吸水膨胀 现象会被Hg2+抑制。
3) 2003年Agre (彼得· 阿格雷)与离子通道的研究者
(一)被动运输
1.简单扩散/自由扩散 ( simple /free diffusion)
特点: –①沿浓度梯度(或电化学梯度)扩散; –②不需要提供能量; –③没有膜蛋白的协助。
自由扩散动画模拟
O2、CO2、 甘油、乙醇、 苯等
膜外
膜内
重播
Leabharlann Baidu
简单扩散通透性决定于:分子的大小和分子极性。
某种物质对膜的通透 性(P)可以根据它在油和 水中的分配系数(K)及其
(二)主动运输
离子 (H2PO4)- K+ Cl- Na+ SO4
2-
细胞液浓度/池水浓度 180/50 106/5 100/1 46/1 25/1 13/1
丽藻细胞液所含的
离子浓度远远高于丽
藻所生长的池水,为 什么丽藻还能从周围
环境吸收离子呢?
为了能维持生命 活动的正常进行,生 物体主要靠主动运输 来获取营养物质。
第二节 离子泵和协同转运
一、P-型离子泵
P-type离子泵的特征:
1.都有两个独立的 α 催化亚基,具有ATP酶结合位点;
2.绝大部分还具有两个小的β 调节亚基; 3.转运离子过程中,至少由一个 α 催化亚基发生磷酸化和去磷 酸化反应,改变泵的构象,从而实现离子转运。
1. 钠钾泵
构成:2个α亚基和2个β亚基
特点:细胞内外特异离子浓度或电位发生变化时,致使其构象变化, “门”打开。
2、配体门通道(ligand gated channel)
特点:受体与细胞内外的配体结合,引起通道蛋白发生构象变化, “门”打开。又称离子通道型受体。 可分为阳离子通道,如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺受体;和阴离 子通道,如甘氨酸和γ-氨基丁酸受体。
Ca2+
Mg2+
10/1
丽藻细胞液与池水的多种离子浓度比
(二)主动运输
主动运输是指由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度(或化 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。
主动运输具有重要的意义: 细胞膜的主动运输是活 细胞的特性,它保证了活 细胞能够按照生命活动的 需要,主动选择吸收所需 的营养物质,主动排出代 谢废物和对细胞有害的物 质。
人 工 双 脂 层 对 各 种 分 子 的 通 透 性
第三版P101,
细胞内外的离子差异对于细胞的存活和功能至关重要。
细胞内外的离子差别分布受两种调控机制所调控: 1、脂双层的疏水特性; 2、膜转运蛋白: 即:载体蛋白(carrier protein)
通道蛋白(channel protein)。
由ATP直接提供能量的主动运输—ATP驱动泵
1,钠钾泵 2,钙泵(Ca2+-ATP酶) 质子泵:P-型质子泵、V-型质子泵、H+-ATP酶
靠间接提供能量的主动运输—耦联转运蛋白
3,协同运输(cotransport) 由Na+-K+泵(或H+-泵)与载体蛋白协同作用
靠光能提供能量的主动运输—光驱动泵
扩散系数(D)来计算:
• P=KD/t • t为膜的厚度。
2. 水孔蛋白
长期以来, 普遍认为细胞内外的水分子是以简单扩散 的方式透过脂双层膜。后来发现某些细胞在低渗溶液中对 水的通透性很高, 很难以简单扩散来解释。
2. 水孔蛋白
1) 1988年Agre在分离纯化红细胞膜上的Rh血型抗原时,发 现了一个28 KD 的疏水性跨膜蛋白,称为CHIP28
1)、V-type:存在于各类小泡(vacuole) 膜上,如溶酶体膜、内 体、植物液泡膜,由许多亚基构成,水解ATP产生能量,但不 发生自磷酸化,即不形成磷酸化中间体。使液泡两侧的H+维持2个 数量级左右的浓度差(即2个左右pH单位)。 2)、F-type:是由许多亚基构成的管状结构,利用质子动力势合 成ATP,也叫ATP合酶,位于细菌质膜,线粒体内膜和叶绿 体的类囊体膜上。
•主动运输的特点:
①逆浓度梯度(逆化学梯度)运输;
②需要能量;
③都有载体蛋白。
④具有选择性和特异性。
(二)主动运输
主动运输所需的能量来源主要有:
– ①ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量; – ②偶联转运蛋白(间接提供能量); – ③光驱动的泵利用光能运输物质,见于细菌。
(二)主动运输
三种基本类型
MacKinnon(罗德里克· 麦金农)同获诺贝尔化学奖。
Peter Agre
Roderick MacKinnon
4. 目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种,被 命名为水通道蛋白(Aquaporin,AQP)。
水通道(AQP)的活性调节可能具有以下途径: 1. 通过磷酸化使AQP的活性增强;
二、受体介导的胞吞作用
三、胞吐作用
要求重点掌握物质跨膜运输的各种方式及其原理
第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 一 、膜双层的不透性和膜转运蛋白
• 什么样的分子能够通过脂双层?什么样的分子不能通过?
人 工 双 脂 层 对 各 种 分 子 的 通 透 性
葡萄糖不能通过脂双层,但是小肠细胞能大量吸 收葡萄糖,对此该如何解释?
(MDR),约40%患者的癌细胞内该基因过度表达,MDR能利用水 解ATP的能量将各种药物从细胞质内转运到细胞外。ABC转运器还
与病原体对药物的抗性有关。
据泵蛋白的结构和功能, ATP驱动泵可分为四类:
P-型离子泵 V-型质子泵 F-型质子泵 (转运离子)
ABC 超家族
(转运离子和小分子)
Four types of ATP-powered pumps
1. 具有离子的选择性。 2. 转运速率高,可达106个离子/s;驱动带电荷的溶质跨膜
转运的净驱动力有两种,一种是溶质的浓度梯度,另一种
是跨膜电位差; 3. 没有饱和值;
4. 离子通道是门控的,即离子通道的活性由通道开或关两种
构象所调节,并通过通道开关应答于适当的信号。
根据应答信号主要分为3类:
1、电位门通道(voltagr-gated channel)
相关文档
最新文档