第五章 细胞膜与物质的跨膜转运(二)

被动运输
易化扩散（facilitatied diffusion） diffusion） 易化扩散（
非脂溶性（亲水性）物质在膜转运蛋白协助下顺 非脂溶性（亲水性） 浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。 浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。
被动运输
易化扩散（facilitatied diffusion） diffusion） 易化扩散（
×
膜转运蛋白
细胞膜上负责转运物质的特定的膜蛋白 被动运输 载体蛋白 主动运输 通道蛋白——被动运输 被动运输 通道蛋白
载体蛋白
与特定的溶质结合，改变蛋白本身构象， 与特定的溶质结合，改变蛋白本身构象， 使溶质穿越细胞膜的膜转运蛋白。 使溶质穿越细胞膜的膜转运蛋白。 载体蛋白又称做载体、通透酶和转运器 载体蛋白又称做载体、
主动运输
离子泵
能够水解ATP 并利用ATP 能够水解ATP，并利用ATP水解释放出的能 ATP， ATP水解释放出的能 量驱动物质进行逆浓度梯度跨膜运输的载体蛋 白称为泵。 白称为泵。 其转运对象多为离子，所以称作离子泵。 其转运对象多为离子，所以称作离子泵。
如：Na -K ATP酶/钠泵 ATP酶 ATP酶 Ca -ATP酶/钙 泵
胞饮作用
细胞吞入的物质为 液体或极小的颗粒 物质。 物质。胞饮泡
受体介导的胞吞作用
大分子与细胞表面的受体结合，通过有被小窝 大分子与细胞表面的受体结合，通过有被小窝 进入细胞，此过程称为受体介导的胞吞作用。 进入细胞，此过程称为受体介导的胞吞作用。
膜泡运输
膜泡运输
笼 形 蛋 白 电 镜 照 片
2+ + +
主动运输
离子泵: Na+-K+ATP酶 离子泵: Na+-K+ATP酶/钠泵 由两个大亚基、两个小亚基组成的四聚体。 由两个大亚基、两个小亚基组成的四聚体。 具有载体和酶的双 重作用。 重作用。
维持胞外的高钠离子 和胞内的高钾离子 膜内 膜外
膜外 膜内
主动运输的过程
• 以Na+-K+-ATP酶为例介绍：它分别由大小两个 亚基组成，小亚基是个糖蛋白，大亚基是跨膜蛋 白，在其胞质面有一个ATP结合位点和三个高亲 和结合位点，在膜的外表面有二个K+高结合位点 和一个硅巴因的结合位点。离子泵的作用过程是 通过ATP驱动的泵的构型变化来完成。 • 首先，由Na+结合到原胞质面的Na+结合位点， 这一结合刺激了ATP的水解，使泵磷酸化，导致 蛋白质构型改变，并暴露Na+结合位点面向胞外， 使Na+释放至胞外； • 与此同时，也将K+结合位点朝向细胞表面，结合 胞外K+后刺激泵去磷酸化，并导致蛋白质构型再 次变化，将K+结合位点朝向胞质面，随即释放K+ 至胞质溶胶内，最后蛋白构形又恢复原状。
胞吐作用
穿胞运输
在具有极性的上皮细胞，转运的物质通过胞 在具有极性的上皮细胞， 吞作用从上皮细胞的一侧被摄人细胞， 吞作用从上皮细胞的一侧被摄人细胞，再通 过胞吐作用从细胞的另一侧输出。 过胞吐作用从细胞的另一侧输出。
小 结
膜转运蛋白 被动运输 自由扩散 协助扩散 离子通道扩散 离子泵 协同运输
细胞膜与物质的跨膜转运
生物教研室 胡传银
细胞膜的功能
运输形式
穿膜运输
——小分子和离子 小分子和离子
膜泡运输
——大分子和颗粒物质 大分子和颗粒物质
穿膜运输
被动运输(passive 被动运输(passive transport) 主动运输(active transport) 主动运输
被 动 运 输(passive transport)
概念： 概念：物质顺浓度梯度且不消耗能量的运输 类型：简单扩散 类型： 易化扩散 离子通道扩散
主 动 运 输(active transport)
概念： 概念：物质逆浓度梯度且需要消耗能量的 运输 类型： 类型：离子泵 伴随运输
膜转运蛋白
简单扩散 ———— 工具 易化扩散 离子通道扩散 工具 离子泵 伴随运输
特点： 特点： 亲水物质：糖，氨基酸，核苷酸等 氨基酸， 亲水物质： 专一的载体蛋白 利用浓度差， 利用浓度差，无需消耗代谢能 转运速率高
被动运输
易化扩散（facilitatied diffusion） diffusion） 易化扩散（
红细胞膜上的葡萄糖转运蛋白，溶质：葡萄糖 红细胞膜上的葡萄糖转运蛋白，溶质：
主动运输
伴随运输（cotransport） 伴随运输（cotransport）
单运输
协同运输
主动运输
所需的能量来源： 所需的能量来源： –①水解ATP获得能量； 水解ATP获得能量； ATP获得能量 –②协同运输中的离子梯度动力； 协同运输中的离子梯度动力；
主动运输被动运输比较
被动运输
主动运输
伴随运输（cotransport）：同向协同（symport） 伴随运输（cotransport）：同向协同（symport）
主动运输
伴随运输（cotransport）： 伴随运输（cotransport）： 反向协同（antiport） 反向协同（antiport）
如动物细胞常通过Na 如动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方 式来转运H 以调节细胞内的pH 式来转运H+，以调节细胞内的pH值。 pH值
主动运输
离子泵: 离子泵: Na -K ATP酶/钠泵 ATP酶
Na+-K+泵的意义（作用）： 泵的意义（作用）：
+ +
①维持细胞的渗透压，保持细胞的体积； 维持细胞的渗透压，保持细胞的体积； ②为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力； 为葡萄糖协同运输泵提供了驱动力； ③维持细胞的静息电位。 维持细胞的静息电位。
主动运输
离子泵: 离子泵: 钙 泵（Ca -ATP酶） ATP酶 维持细胞质中低水平的Ca 维持细胞质中低水平的Ca 浓度
2+
2+
主动运输
伴随运输（cotransport） 伴随运输（cotransport）
是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。 是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。 间接提供能量完成的主动运输方式 物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的 电化学浓度梯度， 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。 钠钾泵或质子泵。
被动运输
离子通道扩散
跨膜的通道蛋白介导的扩散
作用特点： 作用特点： 转运速度迅速； 转运速度迅速； 具有高度的选择性； 具有高度的选择性； 不需要代谢能，顺电化学梯度的转运； 不需要代谢能，顺电化学梯度的转运； 有些通道蛋白长期开放，有些通道蛋白仅 有些通道蛋白长期开放， 在特定刺激下才打开，又称为门通道 在特定刺激下才打开，又称为门通道 channel）。 （gated channel）。
主动运输
伴随运输（cotransport）： 伴随运输（cotransport）：
主动运输
伴随运输（cotransport） 伴随运输（cotransport）
可分为： 可分为： 同向协同（symport）与反向协同（antiport） 同向协同（symport）与反向协同（antiport）
主动运输
被动运输
离子通道扩散
电压门控通道 配体门控通道 机械门控通道
被动运输
离子通道扩散
Байду номын сангаас动运输
离子通道扩散
配体门通道(ligand gated channel) 配体门通道
被动运输
离子通道扩散
乙酰胆碱受体
含羞草展开与收缩受电位含羞草展开与收缩受电位-门控通道的控制
听觉毛状细胞的机械敏感门通道作用原理
穿膜运输
主动运输
胞吞 膜泡运输 胞吐
复习思考题
叙述细胞膜小分子及离子物质的运输方式。 1 叙述细胞膜小分子及离子物质的运输方式。 2 以钠钾泵为例说明细胞膜的主动运输过程及 其生物学意义。 其生物学意义。 叙述细胞膜大分子及颗粒性物质的运输方式。 3 叙述细胞膜大分子及颗粒性物质的运输方式。
组成型外排途径：所有真核细胞都有分泌蛋 组成型外排途径： 白从高尔基体分泌囊泡向质膜运输的过程。 白从高尔基体分泌囊泡向质膜运输的过程。 调节型外排途径：分泌细胞产生的分泌物储 调节型外排途径： 存在特定的分泌泡内，当细胞在受到胞外信 存在特定的分泌泡内，当细胞在受到胞外信 号刺激时 号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释 放出去。 放出去。
膜泡运输
真核细胞通过胞吞作用和胞吐作用完成大分 子与颗粒性物质的跨膜运输。在转运过程中， 子与颗粒性物质的跨膜运输。在转运过程中，质 膜内陷，形成包围细胞外物质的囊泡，因此又称 膜内陷，形成包围细胞外物质的囊泡， 膜泡运输。 膜泡运输。
胞吞作用
吞噬作用 胞饮作用 受体介导的胞吞作用
吞噬作用
细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、细胞 细胞内吞较大的固体颗粒物质，如细菌、 碎片等。 碎片等。吞噬泡
载体蛋白
通道蛋白
跨膜蛋白， 跨膜蛋白，通过疏水的氨基酸链形成亲水性 通道，贯穿脂双层， 通道，贯穿脂双层，当孔开放时特定的溶质 可以经过通道穿透细胞膜。 可以经过通道穿透细胞膜。
载体蛋白 性质 作用机理 作用条件 作用方式
跨膜蛋白 改变构象 细胞能量 非细胞能量 主动运输 被动运输
通道蛋白
跨膜蛋白 形成通道 非细胞能量
被动运输
被动运输
简单扩散(simple 简单扩散(simple diffusion)
特点： 特点： ①沿浓度梯度（或电 沿浓度梯度（ 化学梯度）扩散； 化学梯度）扩散； ②不需要提供能量； 不需要提供能量； ③没有膜蛋白的协助。 没有膜蛋白的协助。
适合简单扩散的物质: 适合简单扩散的物质: 脂溶性(疏水)小分子: 脂溶性(疏水)小分子: 苯、 氧气、 氧气、氮气 不带电极性小分子: 水、尿 不带电极性小分子: 素 不适合简单扩散的物质: 不适合简单扩散的物质: 分子量大， 分子量大，水溶性 带电荷的分子
又如：神经---肌肉兴奋，不到１ ---肌肉兴奋 又如：神经---肌肉兴奋，不到１秒钟的时 间内完成，这一过程包括四次通道顺次开放： 四次通道顺次开放 间内完成，这一过程包括四次通道顺次开放：
A、刺激－神经冲动－神经末梢，膜去极化，电压闸门通道 刺激－神经冲动－神经末梢，膜去极化， 钙离子通道开放 钙离子进入神经末梢，刺激乙酰胆碱 开放， 钙离子通道开放，钙离子进入神经末梢，刺激乙酰胆碱 ACH）分泌到突触间隙中； （ACH）分泌到突触间隙中； B、ACH与突触后肌细胞膜上的受体结合，配体闸门钠离子 ACH与突触后肌细胞膜上的受体结合， 与突触后肌细胞膜上的受体结合 通道开放 钠离子进入肌细胞，肌细胞膜去极化； 开放， 通道开放，钠离子进入肌细胞，肌细胞膜去极化； 电压闸门钠离子通道开放 C、肌细胞膜上电压闸门钠离子通道开放，更多的钠离子进 肌细胞膜上电压闸门钠离子通道开放， 入肌细胞，肌细胞膜进一步去极化，产生动作电位， 入肌细胞，肌细胞膜进一步去极化，产生动作电位，扩 散到肌细胞膜； 散到肌细胞膜； D、肌浆网上的钙离子通道开放，钙离子进入细胞质，引起 肌浆网上的钙离子通道开放，钙离子进入细胞质， 钙离子通道开放 肌肉收缩。 肌肉收缩。
网格蛋白
笼形蛋白衣被模型
膜泡运输
笼形衣被小泡的形成
膜泡运输
低密度脂蛋白 LDL
膜泡运输
LDL的受体介导内吞 LDL的受体介导内吞
胞吐作用
某些大分子物质通过形 成小囊泡从细胞内部移 至细胞表面，小囊泡的 至细胞表面， 膜与质膜融合， 膜与质膜融合，将物质 排出细胞之外。 排出细胞之外。
胞吐作用