细胞膜与物质的跨膜转运 小分子物质的穿膜运输
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▪ 主动运输所需的能量来源主要有：
• ①通过水解ATP获得能量 ； • ②离子浓度梯度；
大分子物质的跨膜运输
Endocytosis and Exocytosis
胞
胞
吞
饮
吐
噬
作
作
作
用
用
用
吞噬体phagosome
吞饮体pinosome
一、胞吞作用（endocytosis）
▪ 又称入胞作用或胞吐作用，是通过质膜的变 形运动将细胞外物质转运入细胞内的过程。
适合单纯扩散的物质： 脂溶性物质(非极性物质): 苯.乙醇.氧. 不带电荷小分子物质: 水.尿素.二氧化碳 不适合单纯扩散的物质： 带电荷物质，葡萄糖、氨基酸、核苷酸及许 多代谢产物不能通过单纯扩散穿膜转运。
膜转运蛋白
1.通道蛋白 在膜上形成亲水孔道介导离子转运
2.载体蛋白 通过构象改变进行物质转运
高浓度
配体
通道蛋白
低浓度
特点：通道蛋白在与神经递质或其他信号分子结合时开放
机械门控通道（mechanic-gated channel）
➢通道蛋白受压力作用，引起通道构象改变 而开启“闸门”，离子通过亲水通道进入 细胞，引起膜电位变化。
➢如内耳毛细胞感受声音
神经肌肉接头处离子通道的作用
神经-肌接头处的闸门通道
二、离子通道扩散
▪ 以其亲水区构成亲水通道和离子通道 ▪ 有些通道蛋白处于持续开放状态：
例如：钾泄漏通道 ▪ 多数通道为闸门通道
闸门门控通道的类型
1.电压闸门通道（voltage-gated channel） 2.配体闸门通道（ligand-gated channel） 3.机械门控通道(mechanical gated channel)
1、同向协同（symport）
物质运输方向与离子转移方向相同 如小肠细胞对葡萄糖吸收
2、反向协同（antiport）
物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反 如Na+/H+反向协同运输调节细胞内的PH值
Na+驱动的Cl--HCO3-交换
肠上皮细胞转运葡萄糖入血
▪ 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。
➢ 编码LDL受体的基因突变引起常染色体显性遗传病 ➢ LDL受体异常主要包括：受体缺乏和受体结构异常 ➢ 由于细胞不能摄取LDL颗粒，引起血液中胆固醇浓
度升高并在血液中沉积，患者会过早地发生动脉 粥样硬化和冠心病。
细胞膜上LDL受体缺陷示意图
2、重症肌无力症
➢也是一种受体异常的疾病，不缺乏N型乙酰胆碱 受体（N-Ach），产生了抗N-Ach的抗体。
K+ K+
K+ K+
钠钾泵的生物学意义
维持了细胞内低钠高钾的特殊离子浓度
1. 调节细胞容积，维持渗透压 2. 膜电位的产生 3. 促进物质吸收
钙泵
（二）间接利用ATP主动运输－－协同运输 (co-transport)
载体蛋白介导的物质运输中，许多主动运输不 是直接由ATP提供能量，而是由储存在膜上离子梯度 中的能量来驱动，这一能量来源与进行耦联运转的 蛋白质相联系来完成物质跨膜运输，即一种物质的 运输依赖于第二种物质的同时运输。
三、易化扩散
载体蛋白
高浓度 低浓度
易化扩散的特点：
▪ 具有结构特异性； ▪ 饱和现象，存在最大转运速度； ▪ 竞争性抑制、非竞争性抑制。
简单扩散与易化扩散的动力学 曲线
单纯扩散 离子通道扩散 易化扩散
被动运输
不需要消耗细胞代谢的能量,而将物质从浓 度高的一侧经细胞膜转运至浓度低的一侧。
哺乳动物细胞内外离子浓度比较
细胞膜与物质的跨膜转运
小分子物质穿膜运输 膜内外物质的运输
大分子物质膜泡运输
被动运输 主动运输 胞吞作用 胞吐作用
小分子物质的穿膜运输
细胞膜是选择性半透膜
图示 人工脂双层对各种分子的相对通透性
一、单纯扩散（simple diffusion）
高浓度
低浓度
单纯扩散：不需要消耗能量 不依靠专一膜蛋白分子 顺浓度梯度转运
成份
Na+ K+ Mg2+ Ca2+ H+ Cl-
细胞内浓度(mmol/L)
5~15 140 0.5 10-7 7×10-5(pH7.2) 5~15
细胞外浓度(mmol/L)
145 5
1~2 1~2 4×10-5(pH7.2) 110
固定的阴离子
高
0
四、主动运输（active transport）
➢抗N-Ach受体的抗体阻断受体可能的效应机制：
•阻断受体-配体的结合，封闭配体作用 •引起细胞内吞受体，导致受体数目减少 •激活补体，导致受体从膜上脱落
癌细胞的细胞膜特性改变
㈠肿瘤细胞膜表面特性发生改变
当细胞癌变后，质膜发生很多功能上的变化 ： 1、细胞膜通透性增强
➢ 物质转运速度大，促使肿瘤细胞快速生长 ➢ 肿瘤细胞水解酶及代谢产物向外“渗漏”，破坏正常组织，有助于
Na+ Na+
Na+ Na+ Na+
Na+ Na+
Na+ Na+ Na+ Na+
Na+ Na+
Na+
K+
钾
K+
浓
钾结合部位
度 梯
大 亚 基
大亚基大亚基
大亚基大亚基大亚基
度 30 倍
Na+ K+
[] []
钠结合部位 Na+
Na+
Mg+ Pi Pi
ห้องสมุดไป่ตู้
ATP
ADP+Pi
细胞质
K+
K+
K+ K+ K+
K+ K+ K+
与受体结合 特异、高效的摄取细胞外大分子的方式 LDL、转铁蛋白、VB12、铁离子的摄取
2.受体介导的LDL内吞作用
➢ 低密度脂蛋白颗粒的分子结构：中心含有大约1500个酯化的胆固醇分 子，其外包围着800个磷脂分子和500个游离的胆固醇分子，载脂蛋白
➢ LDL受体：具有839个氨基酸残基 的单次跨膜糖蛋白。
分泌两种形式：
1.结构性分泌(constitutive pathway of secretion)： 分泌蛋白、高尔基体分泌囊泡。 2.受调分泌途径(regulated pathway of secretion) ： 储存于分泌囊泡、外界信号。
▪ 有被小泡的被是什么？ ▪ 囊泡为什么会从质膜上脱落下来？ ▪ 分泌小泡为什么会与靶膜特异性融合呢？
▪ 分为三类 1.吞噬作用 2.吞饮作用 3.受体介导的内吞作用
(一)、吞噬作用 (phagocytosis)
摄入直径大于1μｍ的颗粒物质 如细菌、细胞碎片等。 形成的小囊泡称吞噬体。
(二)、胞饮作用 (pinocytosis)
▪ 是细胞摄入溶质或液体的过程。 ▪ 形成的小囊泡称胞饮体。
（三）受体介导的内吞作用 （receptor—mediated endocytosis）
电压门控通道（voltage-gated channel）
➢ 通道蛋白在跨膜电位变化时开放 ➢ 电压门控通道主要存在于可兴奋细胞
配体门控通道（ligand-gated channel）
➢ 是离子通道型受体 ➢ 与胞外特定配体结合，构象改变，“闸门”打开，允许
某种离子快速跨膜转运 ➢ 如图：乙酰胆碱受体是典型的配体门控通道
➢ LDL受体介导的内吞过程：
低密度脂蛋白颗粒
有被小窝 有被小泡 无被小泡 胞内体
LDL颗粒
细胞质
受体再循环 胞内体部分
LDL受体 胞内体部分
受体与大分子颗粒分开
吞 噬 溶 酶 初级溶酶体 体
LDL受体介导的内吞过
LDL内吞过程 电镜照片
二、外吐作用（exocytosis）
某些代谢废物及细胞分泌物被质膜包裹形成的小囊 泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融，将物质排 出细胞之外。
主动运输：载体蛋白介导 逆浓度梯度或电化学梯度转运
主动运输
ATP直接提供能量的主动运输 （离子泵）
间接利用ATP的主动运输 （协同运输）
（一）ATP直接提供能量的主动运输 ----离子泵
1.离子泵具有载体和酶的双重作用 2.离子泵具有专一性 如钙泵，质子泵，钠钾泵
+
+
钠 浓 度 梯 度
13 倍
Na+
㈡肿瘤细胞膜组分发生改变
膜组分发生改变与肿瘤的生长、转移和免疫有密切 关系
1、膜糖蛋白的改变
➢ 正常细胞表面所具有的某些蛋白质，在肿瘤细胞膜中显著减少甚至缺 失或明显增加，如：纤粘连蛋白缺失——失去正常粘连作用；唾液酸 增加——降低免疫原性
➢ 肿瘤细胞还可以合成新的糖蛋白。
2．糖脂的改变
➢ 肿瘤细胞膜上呈现鞘糖脂的糖链缩短，糖基缺失。 ➢ 肿瘤细胞能合成自己特有的新糖脂。
肿瘤细胞侵袭。
2、接触抑制丧失
➢ 肿瘤细胞不断分裂，造成恶性增殖。
3、 细胞膜粘着力降低
➢ 癌细胞容易从原发部位脱落、转移。
4、与植物凝集素起凝集反应
➢ 肿瘤细胞表面的糖受体在分布上与正常细胞不同，能快速移动集中，如： 与conA高度结合，发生凝集。
5、抗原性的改变
➢ 某些肿瘤细胞表面出现新特异性抗原 ，如：肠癌病人血清中出现癌胚 抗原；O型血胃癌患者细胞膜表面可出现A型或B型抗原。
小结
物质的跨膜运输
小分子物质的跨膜运输
大分子物质的跨膜运输
被动运输 主动运输 胞吞作用
胞吐作用
简单扩散 易化扩散
吞噬
胞饮
结构途径 调节途径
细胞膜异常与疾病
一、载体蛋白异常与疾病 二、离子通道缺陷与疾病 三、膜受体异常与疾病 四、癌细胞的细胞膜特性改变
膜受体异常与疾病
1.家族性高胆固醇血症（familial hypercholesterolemia）
• ①通过水解ATP获得能量 ； • ②离子浓度梯度；
大分子物质的跨膜运输
Endocytosis and Exocytosis
胞
胞
吞
饮
吐
噬
作
作
作
用
用
用
吞噬体phagosome
吞饮体pinosome
一、胞吞作用（endocytosis）
▪ 又称入胞作用或胞吐作用，是通过质膜的变 形运动将细胞外物质转运入细胞内的过程。
适合单纯扩散的物质： 脂溶性物质(非极性物质): 苯.乙醇.氧. 不带电荷小分子物质: 水.尿素.二氧化碳 不适合单纯扩散的物质： 带电荷物质，葡萄糖、氨基酸、核苷酸及许 多代谢产物不能通过单纯扩散穿膜转运。
膜转运蛋白
1.通道蛋白 在膜上形成亲水孔道介导离子转运
2.载体蛋白 通过构象改变进行物质转运
高浓度
配体
通道蛋白
低浓度
特点：通道蛋白在与神经递质或其他信号分子结合时开放
机械门控通道（mechanic-gated channel）
➢通道蛋白受压力作用，引起通道构象改变 而开启“闸门”，离子通过亲水通道进入 细胞，引起膜电位变化。
➢如内耳毛细胞感受声音
神经肌肉接头处离子通道的作用
神经-肌接头处的闸门通道
二、离子通道扩散
▪ 以其亲水区构成亲水通道和离子通道 ▪ 有些通道蛋白处于持续开放状态：
例如：钾泄漏通道 ▪ 多数通道为闸门通道
闸门门控通道的类型
1.电压闸门通道（voltage-gated channel） 2.配体闸门通道（ligand-gated channel） 3.机械门控通道(mechanical gated channel)
1、同向协同（symport）
物质运输方向与离子转移方向相同 如小肠细胞对葡萄糖吸收
2、反向协同（antiport）
物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反 如Na+/H+反向协同运输调节细胞内的PH值
Na+驱动的Cl--HCO3-交换
肠上皮细胞转运葡萄糖入血
▪ 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。
➢ 编码LDL受体的基因突变引起常染色体显性遗传病 ➢ LDL受体异常主要包括：受体缺乏和受体结构异常 ➢ 由于细胞不能摄取LDL颗粒，引起血液中胆固醇浓
度升高并在血液中沉积，患者会过早地发生动脉 粥样硬化和冠心病。
细胞膜上LDL受体缺陷示意图
2、重症肌无力症
➢也是一种受体异常的疾病，不缺乏N型乙酰胆碱 受体（N-Ach），产生了抗N-Ach的抗体。
K+ K+
K+ K+
钠钾泵的生物学意义
维持了细胞内低钠高钾的特殊离子浓度
1. 调节细胞容积，维持渗透压 2. 膜电位的产生 3. 促进物质吸收
钙泵
（二）间接利用ATP主动运输－－协同运输 (co-transport)
载体蛋白介导的物质运输中，许多主动运输不 是直接由ATP提供能量，而是由储存在膜上离子梯度 中的能量来驱动，这一能量来源与进行耦联运转的 蛋白质相联系来完成物质跨膜运输，即一种物质的 运输依赖于第二种物质的同时运输。
三、易化扩散
载体蛋白
高浓度 低浓度
易化扩散的特点：
▪ 具有结构特异性； ▪ 饱和现象，存在最大转运速度； ▪ 竞争性抑制、非竞争性抑制。
简单扩散与易化扩散的动力学 曲线
单纯扩散 离子通道扩散 易化扩散
被动运输
不需要消耗细胞代谢的能量,而将物质从浓 度高的一侧经细胞膜转运至浓度低的一侧。
哺乳动物细胞内外离子浓度比较
细胞膜与物质的跨膜转运
小分子物质穿膜运输 膜内外物质的运输
大分子物质膜泡运输
被动运输 主动运输 胞吞作用 胞吐作用
小分子物质的穿膜运输
细胞膜是选择性半透膜
图示 人工脂双层对各种分子的相对通透性
一、单纯扩散（simple diffusion）
高浓度
低浓度
单纯扩散：不需要消耗能量 不依靠专一膜蛋白分子 顺浓度梯度转运
成份
Na+ K+ Mg2+ Ca2+ H+ Cl-
细胞内浓度(mmol/L)
5~15 140 0.5 10-7 7×10-5(pH7.2) 5~15
细胞外浓度(mmol/L)
145 5
1~2 1~2 4×10-5(pH7.2) 110
固定的阴离子
高
0
四、主动运输（active transport）
➢抗N-Ach受体的抗体阻断受体可能的效应机制：
•阻断受体-配体的结合，封闭配体作用 •引起细胞内吞受体，导致受体数目减少 •激活补体，导致受体从膜上脱落
癌细胞的细胞膜特性改变
㈠肿瘤细胞膜表面特性发生改变
当细胞癌变后，质膜发生很多功能上的变化 ： 1、细胞膜通透性增强
➢ 物质转运速度大，促使肿瘤细胞快速生长 ➢ 肿瘤细胞水解酶及代谢产物向外“渗漏”，破坏正常组织，有助于
Na+ Na+
Na+ Na+ Na+
Na+ Na+
Na+ Na+ Na+ Na+
Na+ Na+
Na+
K+
钾
K+
浓
钾结合部位
度 梯
大 亚 基
大亚基大亚基
大亚基大亚基大亚基
度 30 倍
Na+ K+
[] []
钠结合部位 Na+
Na+
Mg+ Pi Pi
ห้องสมุดไป่ตู้
ATP
ADP+Pi
细胞质
K+
K+
K+ K+ K+
K+ K+ K+
与受体结合 特异、高效的摄取细胞外大分子的方式 LDL、转铁蛋白、VB12、铁离子的摄取
2.受体介导的LDL内吞作用
➢ 低密度脂蛋白颗粒的分子结构：中心含有大约1500个酯化的胆固醇分 子，其外包围着800个磷脂分子和500个游离的胆固醇分子，载脂蛋白
➢ LDL受体：具有839个氨基酸残基 的单次跨膜糖蛋白。
分泌两种形式：
1.结构性分泌(constitutive pathway of secretion)： 分泌蛋白、高尔基体分泌囊泡。 2.受调分泌途径(regulated pathway of secretion) ： 储存于分泌囊泡、外界信号。
▪ 有被小泡的被是什么？ ▪ 囊泡为什么会从质膜上脱落下来？ ▪ 分泌小泡为什么会与靶膜特异性融合呢？
▪ 分为三类 1.吞噬作用 2.吞饮作用 3.受体介导的内吞作用
(一)、吞噬作用 (phagocytosis)
摄入直径大于1μｍ的颗粒物质 如细菌、细胞碎片等。 形成的小囊泡称吞噬体。
(二)、胞饮作用 (pinocytosis)
▪ 是细胞摄入溶质或液体的过程。 ▪ 形成的小囊泡称胞饮体。
（三）受体介导的内吞作用 （receptor—mediated endocytosis）
电压门控通道（voltage-gated channel）
➢ 通道蛋白在跨膜电位变化时开放 ➢ 电压门控通道主要存在于可兴奋细胞
配体门控通道（ligand-gated channel）
➢ 是离子通道型受体 ➢ 与胞外特定配体结合，构象改变，“闸门”打开，允许
某种离子快速跨膜转运 ➢ 如图：乙酰胆碱受体是典型的配体门控通道
➢ LDL受体介导的内吞过程：
低密度脂蛋白颗粒
有被小窝 有被小泡 无被小泡 胞内体
LDL颗粒
细胞质
受体再循环 胞内体部分
LDL受体 胞内体部分
受体与大分子颗粒分开
吞 噬 溶 酶 初级溶酶体 体
LDL受体介导的内吞过
LDL内吞过程 电镜照片
二、外吐作用（exocytosis）
某些代谢废物及细胞分泌物被质膜包裹形成的小囊 泡从细胞内部移至细胞表面，与质膜融，将物质排 出细胞之外。
主动运输：载体蛋白介导 逆浓度梯度或电化学梯度转运
主动运输
ATP直接提供能量的主动运输 （离子泵）
间接利用ATP的主动运输 （协同运输）
（一）ATP直接提供能量的主动运输 ----离子泵
1.离子泵具有载体和酶的双重作用 2.离子泵具有专一性 如钙泵，质子泵，钠钾泵
+
+
钠 浓 度 梯 度
13 倍
Na+
㈡肿瘤细胞膜组分发生改变
膜组分发生改变与肿瘤的生长、转移和免疫有密切 关系
1、膜糖蛋白的改变
➢ 正常细胞表面所具有的某些蛋白质，在肿瘤细胞膜中显著减少甚至缺 失或明显增加，如：纤粘连蛋白缺失——失去正常粘连作用；唾液酸 增加——降低免疫原性
➢ 肿瘤细胞还可以合成新的糖蛋白。
2．糖脂的改变
➢ 肿瘤细胞膜上呈现鞘糖脂的糖链缩短，糖基缺失。 ➢ 肿瘤细胞能合成自己特有的新糖脂。
肿瘤细胞侵袭。
2、接触抑制丧失
➢ 肿瘤细胞不断分裂，造成恶性增殖。
3、 细胞膜粘着力降低
➢ 癌细胞容易从原发部位脱落、转移。
4、与植物凝集素起凝集反应
➢ 肿瘤细胞表面的糖受体在分布上与正常细胞不同，能快速移动集中，如： 与conA高度结合，发生凝集。
5、抗原性的改变
➢ 某些肿瘤细胞表面出现新特异性抗原 ，如：肠癌病人血清中出现癌胚 抗原；O型血胃癌患者细胞膜表面可出现A型或B型抗原。
小结
物质的跨膜运输
小分子物质的跨膜运输
大分子物质的跨膜运输
被动运输 主动运输 胞吞作用
胞吐作用
简单扩散 易化扩散
吞噬
胞饮
结构途径 调节途径
细胞膜异常与疾病
一、载体蛋白异常与疾病 二、离子通道缺陷与疾病 三、膜受体异常与疾病 四、癌细胞的细胞膜特性改变
膜受体异常与疾病
1.家族性高胆固醇血症（familial hypercholesterolemia）