第一章_细胞膜与物质的跨膜转运

载体蛋白
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。 载体蛋白又称做载体、通透酶和转运器
载体蛋白
通道蛋白
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，当孔开放时特定的溶质 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
跨膜蛋白 改变构象
细胞能量 非细胞能量
作用方式
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 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。
适合简单扩散的物质: 脂溶性(疏水)小分子: 苯、 氧气、氮气
不带电极性小分子: 水、尿 素
细胞膜与物质的跨膜转运
细胞膜的功能
运输形式
穿膜运输Leabharlann Baidu
——小分子和离子
膜泡运输
——大分子和颗粒物质
穿膜运输
被动运输(passive transport) 主动运输(active transport)
被 动 运 输(passive transport)
概念：物质顺浓度梯度且不消耗能量的运输 类型：简单扩散
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。
主动运输
伴随运输（cotransport）：
主动运输
伴随运输（cotransport）
可分为： 同向协同（symport）与反向协同（antiport）
主动运输
伴随运输（cotransport）：同向协同（symport）
主动运输
伴随运输（cotransport）：反向协同（antiport）
• 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。
调节型外排途径：分泌细胞产生的分泌物储 存在特定的分泌泡内，当细胞在受到胞外信 号刺激时，分泌泡与质膜融合并将内含物释 放出去。
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 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。
小结
膜转运蛋白
自由扩散
被动运输 协助扩散
不适合简单扩散的物质:
分子量大，水溶性 带电荷的分子
被动运输
易化扩散（facilitatied diffusion）
非脂溶性（亲水性）物质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。
被动运输
易化扩散（facilitatied diffusion）
特点：
✓亲水物质：糖，氨基酸，核苷酸等 ✓专一的载体蛋白 ✓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）
红细胞膜上的葡萄糖转运蛋白，溶质：葡萄糖
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：
✓转运速度迅速； ✓具有高度的选择性； ✓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
在特定刺激下才打开，又称为门通道 （gated channel）。
易化扩散 离子通道扩散
主 动 运 输(active transport)
概念：物质逆浓度梯度且需要消耗能量的 运输
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 离子泵
工具
伴随运输
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
D、肌浆网上的钙离子通道开放，钙离子进入细胞质，引起 肌肉收缩。
主动运输
离子泵
能够水解ATP，并利用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。
其转运对象多为离子，所以称作离子泵。
如：Na+-K+ATP酶/钠泵 Ca2+-ATP酶/钙 泵
主动运输
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。
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；
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；
笼
形
蛋
白
电
镜
照
片
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
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 膜与质膜融合，将物质 排出细胞之外。
胞吐作用
组成型外排途径：所有真核细胞都有分泌蛋 白从高尔基体分泌囊泡向质膜运输的过程。
主动运输
离子泵: Na+-K+ATP酶/钠泵
Na+-K+泵的意义（作用）：
①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； ③维持细胞的静息电位。
主动运输
离子泵: 钙 泵（Ca2+-ATP酶） 维持细胞质中低水平的Ca2+浓度
主动运输
伴随运输（cotransport）
➢是一类靠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
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值。
主动运输
伴随运输（cotransport）
单运输
协同运输
主动运输
所需的能量来源： –①水解ATP获得能量； –②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
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，质 膜内陷，形成包围细胞外物质的囊泡，因此又称 膜泡运输。
穿膜运输 膜泡运输
主动运输
胞吞 胞吐
离子通道扩散 离子泵
协同运输
复习思考题
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。 3 叙述细胞膜大分子及颗粒性物质的运输方式。
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
被动运输
离子通道扩散
配体门通道(ligand gated channel)
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-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
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：
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 碎片等。吞噬泡
胞饮作用
细胞吞入的物质为 液体或极小的颗粒 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 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
具有载体和酶的双 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。