第五章物质的跨膜运输 1. 漠转运蛋白与物质的跨膜运输 2. ATP驱动泵与主动运输 3.胞吞与胞吐作用 rkm.com.au ax PrP
第五章 物质的跨膜运输 1. 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 2. ATP驱动泵与主动运输 3. 胞吞与胞吐作用
细胞被动运输 细胞玉动运输 质子泵 细胞内吞作用
细胞主动运输 细胞内吞作用 细胞被动运输 质子泵
5.1膜转运蛋白与物质的跨膜运输 5.1.1脂双层的不透性与膜转运蛋白 脂双层 高透性 质膜是一种选择性通透屏障。 负责物质隔离及跨膜物质交换。 .10 疏水性 H20 生物膜对不同分子（离子）的 分子 通透性： 10 极性小 水 小的非极性分子容易透过。 尿素 餐 106 分子 甘油 色氨酸 少部分小的极性分子如水、甘 10 油、尿素等可通过。 极性大 葡萄糖 分子 蔗糖 10~10 大部分极性分子只有通过膜转 H+ 运蛋白才能透过。 Na* K+ 102 HC● 离子也只有通过转运蛋白才能 Ca2+ c 1014 透过。 g2+ 低透性 物质跨膜运输通过被动运输 A (不耗能)和主动运输（耗能）》 无蛋白人工膜对不同分子（离子）的通透性。 完成。 Glycerol甘油，urea尿素，tryptophan色氨酸
5.1 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 5.1.1 脂双层的不透性与膜转运蛋白 无蛋白人工膜对不同分子（离子）的通透性。 Glycerol 甘油，urea 尿素，tryptophan 色氨酸。 质膜是一种选择性通透屏障。 负责物质隔离及跨膜物质交换。 生物膜对不同分子（离子）的 通透性： 小的非极性分子容易透过。 少部分小的极性分子如水、甘 油、尿素等可通过。 大部分极性分子只有通过膜转 运蛋白才能透过。 离子也只有通过转运蛋白才能 透过。 物质跨膜运输通过被动运输 （不耗能）和主动运输（耗能） 完成
溶质运动动力学： 表5-1典型哺乳类动物细胞内外离子浓度的比较 组分 细胞内浓度/ 细胞外浓度 mmol·L- mmol.L-1 阳离子 聚 Na+ 5-15 145 K 140 6 度捧畫解质扩敝依赖浓 Mg2+ 0.5 1-2 Ca2+ 104 1-2 季绵餐质扩散依赖电化 H 7×105(H7.2) 4×105(pH7.4)】 阴离子 C 5-15 110 ·细胞必须含有等量的正负电荷，即呈电中性。因此细胞内除含 有C外，还含有许多其他未列在表中的阴离子（如HCO3、PO,3 蛋白质、核酸和荷载磷酸及羧基基团的代谢产物等，固定的阴离子 是带负电荷的大小不同的有机分子，它们被捕获在细胞内，不能透 过质膜。表中给出的Ca2+和Mg2浓度是胞质中的游离离子浓度。 细胞内总的Ca2+浓度为12mmol/L,而Mg2+浓度约为20 mmol/L, 但它们绝大多数与蛋白质或其他物质结合，C?+还储存在各种细胞 器中
溶质运动动力学: ❖物质从高浓度区域向 低浓度区域扩散是自发 过程。 ❖非电解质扩散依赖浓 度梯度。 ❖电解质扩散依赖电化 学梯度
两种膜转运蛋白 真核生物细胞膜结合蛋白中，有15%-30%是膜转运蛋白；分两类： 公载体蛋白(carrier protein,transporter)：主动运输和被动运输均可有载 体蛋白参与。 通道蛋白(channel protein):只负责被动运输。 transported molecule channel carrier protein protein 38888 lipid electrochemical bilayer gradient ENE simple channel- carrier- diffusion mediated mediated Ldiffusion diffusion PASSIVE TRANSPORT ACTIVE TRANSPORT (FACILITATED DIFFUSION) 载体蛋白和通道蛋白
两种膜转运蛋白 真核生物细胞膜结合蛋白中，有15%-30%是膜转运蛋白；分两类： ❖载体蛋白（carrier protein，transporter）：主动运输和被动运输均可有载 体蛋白参与。 ❖通道蛋白（channel protein） ：只负责被动运输。 载体蛋白和通道蛋白
载体蛋白：几乎存在于所有的生物膜上，与溶质特异结合，通过自身构象的 改变以实现物质的跨膜转运，即在膜一侧结合待转运分子后通过构象变化 将分子转移至膜的另一侧。 葡萄糖 状态A 状态B 浓度梯度 质膜外侧 脂双层 质膜内侧 33 载体通过构象变化协助扩散 载体蛋白 transported molecule co-transported ion lipid bilayer 三种载体介导的跨膜转运。 uniport单向转运，symport同向共 转运，antiport反向共转运。 UNIPORT LSYMPORT ANTIPORT coupled transport
载体蛋白: 几乎存在于所有的生物膜上，与溶质特异结合，通过自身构象的 改变以实现物质的跨膜转运，即在膜一侧结合待转运分子后通过构象变化 将分子转移至膜的另一侧。 三种载体介导的跨膜转运。 uniport 单向转运, symport 同向共 转运, antiport 反向共转运。 载体通过构象变化协助扩散
表5-2载体蛋白的举例 载体蛋白 典型定位 能源 功能 葡萄糖载体 大多数动物细胞的质膜 无 被动输入葡萄糖 Na*驱动的葡萄糖泵 肾和肠细胞的项部质膜 Na+梯度 主动输入葡萄糖 Na-H交换器 动物细胞的质膜 Na梯度 主动输出H,调节pH Nat-K泵 大多数动物细胞的质膜 ATP水解 主动输出Na和输入K Ca2+泵 真核细胞的质膜 ATP水解 主动输出Ca2+ H泵(H-ATPase) 植物细胞、真菌和一些细菌细胞的质膜 ATP水解 从细胞主动输出H 动物细胞溶酶体膜、植物和真菌细胞的液泡膜 ATP水解 主动将胞质内H转运到溶酶体或液泡 菌紫红质 一些细菌的质膜 光 主动将H*转运到细胞外
通道蛋自：分3类，离子通道(ion channel)、孔蛋白(porin):、和水孔蛋白 (AQP);但大多为离子通道蛋白。有些通道长期开放，如钾泄漏通道。有些 通道平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，称为门通道。门通道根据 开闭方式分为三种类型：电压门控离子通道，受体门控离子通道，应力门控 离子通道。 通道关闭 胞外 +++ 胞内 000八 3种类型的 离子通道： 通道开启 A,电压门控 胞外 00 通道；B、C, 配体门通道； D,应力激 胞内 活通道
通道蛋白：分3类，离子通道（ion channel）、孔蛋白（porin）、和水孔蛋白 （AQP）；但大多为离子通道蛋白。有些通道长期开放，如钾泄漏通道。有些 通道平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，称为门通道。门通道根据 开闭方式分为三种类型：电压门控离子通道，受体门控离子通道，应力门控 离子通道。 3种类型的 离子通道： A,电压门控 通道；B、C， 配体门通道； D，应力激 活通道
配体门通道(ligand gated channel) 特点：膜上受体与细胞内或外的配体结合，引起通道构象改变， “门”打开，又称离子通道型受体。 分为阳离子通道，如乙酰胆碱受体；P?门控Ca2+通道和阴离子通道 如y氨基丁酸受体。 乙酰胆碱受体由4种亚单位（α2βy6)组成。 acetylcholine binding site lipid channel bilayer 4 nm CYTOSOL gate 乙酰胆碱受体门控离子通道：5个同源亚基（α2yδ）跨膜螺旋形成跨膜亲水通道.关闭时通道被侧链 的5个疏水的亮氨酸封闭，通道两端的含负电荷的侧链确保只有正离子才能通过。两个亚基有结合 乙酰胆碱的部位。乙酰胆碱结合后亚基构象改变，亮氨酸残基移出通道，通道既被打开
配体门通道(ligand gated channel) • 特点：膜上受体与细胞内或外的配体结合，引起通道构象改变， “门”打开，又称离子通道型受体。 • 分为阳离子通道，如乙酰胆碱受体；IP3 -门控Ca2+通道和阴离子通道， 如γ-氨基丁酸受体。 • 乙酰胆碱受体由4种亚单位（α2βγδ）组成。 乙酰胆碱受体门控离子通道：5个同源亚基 (α2βγδ) 跨膜螺旋形成跨膜亲水通道. 关闭时通道被侧链 的5个疏水的亮氨酸封闭，通道两端的含负电荷的侧链确保只有正离子才能通过。两个亚基有结合 乙酰胆碱的部位。乙酰胆碱结合后亚基构象改变，亮氨酸残基移出通道，通道既被打开
环核苷酸配体门控离子通道 环核苷酸配体门控离子通道结构与钠电位门通道相似。细胞内的C末端 较长，有环核苷酸的结合位点。 分布于化学和光感受器中。 一如气味分子与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合，激活腺苷酸 环化酶，产生cAMP,开启cAMP门控阳离子通道，引起钠离子内流， 膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。 (A) (B) Odorant Active Na/ Ca2-gated Na/Ca2 molecule CI channel exchanger Receptor Active adenylate Ca2 protein cyclase Q0r0000002000000000g30 000000000 Active G-protein CAM @的 (Second messenger) ■Variable amino acids Conserved amino acids 嗅觉信息传递(A)及嗅觉受体(B):动作电位（去极化)产生：cAMP门控阳离子通道，Ca+配体 门控CI通道。静息电位（极化）：Na/Ca+交换器，Na/K+泵。http:/www.ncbi.nlm.nih.gov
环核苷酸配体门控离子通道 • 环核苷酸配体门控离子通道结构与钠电位门通道相似。细胞内的C末端 较长，有环核苷酸的结合位点。 • 分布于化学和光感受器中。 – 如气味分子与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合，激活腺苷酸 环化酶，产生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道，引起钠离子内流， 膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。 嗅觉信息传递(A)及嗅觉受体(B)：动作电位（去极化）产生：cAMP门控阳离子通道，Ca2+配体 门控Cl-通道。静息电位（极化）：Na+ / Ca2+交换器， Na+ / K+泵。http://www.ncbi.nlm.nih.gov