南师大细胞生物学考研课件第5章+物质的跨膜运输
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特点：运输方向 由高浓度向低浓度 能量消耗 无
类型：简单扩散（simple diffusion） 协助扩散（facilitated diffusion）
简单扩散
扩散现象： • 水中滴一滴墨水后的扩散现象； • CO、CH4等气体的扩散知识； • 半透膜内外加入不同物质后的渗透现象。
细胞膜有半透膜的特性，膜脂分子间有很小的 间隙，部分小分子可直接通过此间隙由浓度高 侧向浓度低侧扩散。
表面受体与细胞外的特定物质（配体,ligand） 结合，引起门通道蛋白发生构象变化，结果使 “门”打开。
电位门通道
细胞内或细胞外特异离子浓度发生变化时， 或其他刺激引起膜电位变化时，致使电位门 通道构象变化，“门”打开。
钾电位门通道
S4 段上的正电荷可能是门控电荷，当膜去极化时（膜 外为负，膜内为正），引起带正电荷的氨基酸残基转 向细胞外侧面，通道蛋白构象改变，“门”打开，大 量K+外流，此时相当于K+的自由扩散。
进行简单扩散的分子有：
• 非极性小分子：如O2、N2、苯。 • 脂溶性物质：如乙醇、甾类激素、
磺胺类等。 • 带电荷的极性小分子：如CO2、
H2O、甘油、尿素等 。
2、协助扩散
概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助 下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。
特点：①转运速率高； ②存在最大转运速率；③有膜转运蛋 白参与，有特异性。
C、肌细胞膜上电压闸门钠离子通道开放，更多的钠离子 进入肌细胞，肌细胞膜进一步去极化，产生动作电位， 扩散到肌细胞膜；
D、肌浆网上的离子闸门通道钙离子通道开放，钙离子进 入细胞质，引起肌肉收缩。
二、主动运输
概念：主动运输（active transport）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。
特征：一是转运速率极高；二是没有饱和值；三是离子通道是门控的。
类型：持续开放（如水通道） 间断开放（闸门通道）
配体闸门通道：配体与受体结合，通道开放。 电压闸门通道：膜电位变化，启动通道开放。 离子闸门通道：特定离子浓度变化，启动通道。
进行通道扩散的分子有：离子、神经递质
水通道蛋白（aquaporin）
膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。 载体蛋白（carrier protein）：通过构象变化运输物质 通道蛋白（channel protein）：形成通道、运输物质
膜转运蛋白的特点
• 载体蛋白有与转运物质特异性结合的位 点，相当于结合在细胞膜上的酶，所以 有通透酶的称号。
• 通道蛋白横跨膜形成亲水通道，允许适 宜大小的分子和带电荷的离子通过。
载体蛋白（carrier protein）
• 协助（易化）扩散：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等分 子量较大，属不带电荷的极性分子，不能扩散通过 脂双分子层，没有相应通道，必须通过膜上载体蛋 白的协助才能通过膜，故名协助扩散。
• 协助扩散特点：高浓度低浓度；不消耗细胞代谢 能；有载体帮助，当载体蛋白处于饱和状态时，速 度最大。
载体蛋白（carrier protein）是在生物膜上 普遍存在的多次跨膜蛋白 分子。可以和特定的溶质 分子结合，通过构象改变 介导溶质的主动和被动跨 膜运输。
载体蛋白的构象变化介导溶质的易化扩散(被动运输)
Glut4 and diabetes
通道蛋白
概念：通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通道，允许适 当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。
AQP1位于红细胞膜上， 它能够让水自由通过， 但是不允许离子或是其 他的小分子（包括蛋白 质）通过。
由四个相同的亚基构成，每个 亚基的相对分子质量为28KD， 每个亚基有六个跨膜结构域， 在跨膜结构域2与3、5与6之间 有一个环状结构，是水通过的 通道。
三种类型的门控离子通道
配体门通道
乙 酰 胆 碱 受 体
Cl-等
根据是否需要ATP的掺入，分为：
被动运输(passive transport)：不消耗细胞的 ATP，顺浓度梯度的运输。
主动运输 (active transport) ：消耗细胞的ATP， 逆浓度梯度的运输。
一、被动运输
概念：是通过简单扩散或易化（协助）扩散实现物质由高 浓度向低浓度方向的跨膜运转。
第 五 章 物 质 的 跨 膜 运 输
第一节 细胞膜是选择性半透膜
不需要特定的蛋白质, 小分子物质向热力学 有利的方向运动
溶质和多数离子不能通 过疏水的磷脂双分子层
人工膜对各类物质的通透率：
• 脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小； • 非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如
H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度较慢； • 小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗
例如：神经---肌肉兴奋，不到１秒钟的时间内完成，这
一过程包括四种通道顺次开放：
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；
B、ACH与突触后肌细胞膜上的受体结合，配体闸门钠离 子通道开放，钠离子进入肌细胞，肌细胞膜去极化；
糖则很难透过； • 人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。
P=KD/d
第二节 小分子物质的跨膜运输
• 小分子： 疏水分子如O2、CO2、N2、磺胺、苯等脂溶性物
质。 小的不带电荷的极性分子如尿素、甘油、H2O、
乙醇等。 大的不带电荷的极性分子如葡萄糖、氨基酸等。
• 离子： Na+、K+、Ca2+、H+、HCO3-、PO43-、Mg2+、
特点： ①逆向运输； ②膜转运蛋白； ③消耗能量。
主动运输所需能量的来源主要有：
注：扩散-----高浓度到低浓度
Baidu Nhomakorabea
1、简单扩散
• 概念：又称为自由扩散（free diffusion） 是疏水小分子或小的不带电荷的极性分子，不需要能量也 不需要膜蛋白参与的跨膜运输方式。
• 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。
速度决定于：分子的大小，浓度差的大小，脂溶性大小。
类型：简单扩散（simple diffusion） 协助扩散（facilitated diffusion）
简单扩散
扩散现象： • 水中滴一滴墨水后的扩散现象； • CO、CH4等气体的扩散知识； • 半透膜内外加入不同物质后的渗透现象。
细胞膜有半透膜的特性，膜脂分子间有很小的 间隙，部分小分子可直接通过此间隙由浓度高 侧向浓度低侧扩散。
表面受体与细胞外的特定物质（配体,ligand） 结合，引起门通道蛋白发生构象变化，结果使 “门”打开。
电位门通道
细胞内或细胞外特异离子浓度发生变化时， 或其他刺激引起膜电位变化时，致使电位门 通道构象变化，“门”打开。
钾电位门通道
S4 段上的正电荷可能是门控电荷，当膜去极化时（膜 外为负，膜内为正），引起带正电荷的氨基酸残基转 向细胞外侧面，通道蛋白构象改变，“门”打开，大 量K+外流，此时相当于K+的自由扩散。
进行简单扩散的分子有：
• 非极性小分子：如O2、N2、苯。 • 脂溶性物质：如乙醇、甾类激素、
磺胺类等。 • 带电荷的极性小分子：如CO2、
H2O、甘油、尿素等 。
2、协助扩散
概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在膜转运蛋白协助 下顺浓度梯度（或电化学梯度）的跨膜运输。
特点：①转运速率高； ②存在最大转运速率；③有膜转运蛋 白参与，有特异性。
C、肌细胞膜上电压闸门钠离子通道开放，更多的钠离子 进入肌细胞，肌细胞膜进一步去极化，产生动作电位， 扩散到肌细胞膜；
D、肌浆网上的离子闸门通道钙离子通道开放，钙离子进 入细胞质，引起肌肉收缩。
二、主动运输
概念：主动运输（active transport）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。
特征：一是转运速率极高；二是没有饱和值；三是离子通道是门控的。
类型：持续开放（如水通道） 间断开放（闸门通道）
配体闸门通道：配体与受体结合，通道开放。 电压闸门通道：膜电位变化，启动通道开放。 离子闸门通道：特定离子浓度变化，启动通道。
进行通道扩散的分子有：离子、神经递质
水通道蛋白（aquaporin）
膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。 载体蛋白（carrier protein）：通过构象变化运输物质 通道蛋白（channel protein）：形成通道、运输物质
膜转运蛋白的特点
• 载体蛋白有与转运物质特异性结合的位 点，相当于结合在细胞膜上的酶，所以 有通透酶的称号。
• 通道蛋白横跨膜形成亲水通道，允许适 宜大小的分子和带电荷的离子通过。
载体蛋白（carrier protein）
• 协助（易化）扩散：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等分 子量较大，属不带电荷的极性分子，不能扩散通过 脂双分子层，没有相应通道，必须通过膜上载体蛋 白的协助才能通过膜，故名协助扩散。
• 协助扩散特点：高浓度低浓度；不消耗细胞代谢 能；有载体帮助，当载体蛋白处于饱和状态时，速 度最大。
载体蛋白（carrier protein）是在生物膜上 普遍存在的多次跨膜蛋白 分子。可以和特定的溶质 分子结合，通过构象改变 介导溶质的主动和被动跨 膜运输。
载体蛋白的构象变化介导溶质的易化扩散(被动运输)
Glut4 and diabetes
通道蛋白
概念：通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通道，允许适 当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过，又称为离子通道。
AQP1位于红细胞膜上， 它能够让水自由通过， 但是不允许离子或是其 他的小分子（包括蛋白 质）通过。
由四个相同的亚基构成，每个 亚基的相对分子质量为28KD， 每个亚基有六个跨膜结构域， 在跨膜结构域2与3、5与6之间 有一个环状结构，是水通过的 通道。
三种类型的门控离子通道
配体门通道
乙 酰 胆 碱 受 体
Cl-等
根据是否需要ATP的掺入，分为：
被动运输(passive transport)：不消耗细胞的 ATP，顺浓度梯度的运输。
主动运输 (active transport) ：消耗细胞的ATP， 逆浓度梯度的运输。
一、被动运输
概念：是通过简单扩散或易化（协助）扩散实现物质由高 浓度向低浓度方向的跨膜运转。
第 五 章 物 质 的 跨 膜 运 输
第一节 细胞膜是选择性半透膜
不需要特定的蛋白质, 小分子物质向热力学 有利的方向运动
溶质和多数离子不能通 过疏水的磷脂双分子层
人工膜对各类物质的通透率：
• 脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小； • 非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分子，如
H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度较慢； • 小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡萄糖、蔗
例如：神经---肌肉兴奋，不到１秒钟的时间内完成，这
一过程包括四种通道顺次开放：
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；
B、ACH与突触后肌细胞膜上的受体结合，配体闸门钠离 子通道开放，钠离子进入肌细胞，肌细胞膜去极化；
糖则很难透过； • 人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的。
P=KD/d
第二节 小分子物质的跨膜运输
• 小分子： 疏水分子如O2、CO2、N2、磺胺、苯等脂溶性物
质。 小的不带电荷的极性分子如尿素、甘油、H2O、
乙醇等。 大的不带电荷的极性分子如葡萄糖、氨基酸等。
• 离子： Na+、K+、Ca2+、H+、HCO3-、PO43-、Mg2+、
特点： ①逆向运输； ②膜转运蛋白； ③消耗能量。
主动运输所需能量的来源主要有：
注：扩散-----高浓度到低浓度
Baidu Nhomakorabea
1、简单扩散
• 概念：又称为自由扩散（free diffusion） 是疏水小分子或小的不带电荷的极性分子，不需要能量也 不需要膜蛋白参与的跨膜运输方式。
• 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。
速度决定于：分子的大小，浓度差的大小，脂溶性大小。