细胞生物学 05 物质的跨膜运输.ppt

第五章 物质的跨膜运输 本章主要内容 第一节 膜转运蛋白和物质的跨膜运输 第二节 离子泵和协同转运 第三节 胞吞作用与胞吐作用 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 一、脂双层的不透性和膜转运蛋白 二、被动运输 三、主动运输 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 一、脂双层的不透性和膜转运蛋白 1、通过脂双层膜的转运特点 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 2、细胞内外离子差别机制 （1）脂双分子层具有疏水性 脂溶性、小的不带电荷的极性分子能直接通过； 对大多数溶质和离子高度不通透。 （2）细胞膜上具有膜转运蛋白 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 3、膜转运蛋白 载体蛋白 通道蛋白 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 门控通道 电压门 配体门 应力激活通道 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 二、被动运输 指物质顺浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运。不需要消耗代谢能量。 包括简单扩散和协助扩散两种方式. 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 1、简单扩散 简单扩散：没有膜蛋白的协助，沿浓度梯度的物质跨膜转运方式 不需要提供代谢能量； 通透性主要取决于分子的大小和分子的极性。 主要转运疏水的小分子、小的不带电荷的极性分子。 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 水孔蛋白（水通道蛋白aquaporin, AQP—2003年诺贝尔化学奖） 一般认为AQP是处于持续开放状态的对水分子高度特异的膜通道蛋白。 水分子的转运不需要消耗能量，也不受门控机制影响。 水分子通过AQP的移动方向完全由膜两侧的渗透压决定。 水通道蛋白广泛表达于体液代谢活跃的组织细胞，在体内液体转运生理和病理中起主要作用。 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 2、协助扩散 不消耗物质代谢产生的能量。 膜转运蛋白：通道蛋白、载体蛋白 具有转运的特异性 提高了物质转运速率 主要转运各种极性分子和无机离子。 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 三、主动运输 1、概念：由膜转运蛋白介导，逆浓度差，需要消耗代谢能量的物质跨膜转运方式。 膜转运蛋白：载体蛋白 具有转运特异性、转运最大速率 消耗代谢能量 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 2、主动运输类型 直接消耗ATP的主动运输：ATP驱动泵，通过水解ATP获得能量； 间接消耗ATP的协同运输：耦联转运蛋白—能同时转运两种不同溶质，所利用的能量储存在一种溶质的电化学梯度中。 光驱动泵：利用光能运输物质，见于细菌。 第二节 离子泵和协同转运 ATP驱动泵 偶联转运蛋白介导的协同转运 第二节 离子泵和协同转运 一、ATP驱动的主动运输 1、特点： 都需要水解ATP提供能量 参与主动运输的载体蛋白常被称为泵 推动此类运输的蛋白质本身都是ATPase 2、ATP驱动泵的类型 P-型离子泵 V-型质子泵 F-型质子泵 ABC超家族： 第二节 离子泵和协同转运 （1）P型泵 通过自身磷酸化来转运离子的离子泵就叫做P-type 2个独立的α催化亚基，具有ATP结合位点，2个小的β亚基，通常起调节作用，在对离子的转运循环中依赖自磷酸化过程，导致构象的变化，实现离子的跨膜转运。 Na+-K+泵、钙泵、P型质子泵 Na+-K+泵工作原理 第二节 离子泵和协同转运 Na+-K+泵存在于动物细胞的细胞膜上 植物细胞、真菌和细菌质膜上没有Na+-K+泵，而是具有H+泵 钙泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，可以将钙离子输出细胞或泵入内质网腔，以维持细胞内低浓度的钙； 细胞膜上的钙泵活性受激活的Ca2+-钙调蛋白（CAM）复合物的调节，另外，蛋白激酶c也可以激活钙泵。 第二节 离子泵和协同转运 （2）V-型质子泵和F-型质子泵 只转运质子，不形成磷酸化中间体 V-型质子泵又称膜泡质子泵，存在于胞内体、溶酶体、液泡等膜上，逆浓度梯度转运H+ F-型质子泵存在于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体类囊体膜上，顺浓度梯度转运H+，同时驱动ATP的合成。 第二节 离子泵和协同转运 3、ABC型泵 ABC转运器（ ABC transporter ），最早发现于细菌，属于一个庞大而多样的蛋白家族，每个成员都含有两个高度保守的ATP结合区（ ATP binding cassette ）故名ABC转运器。 每一种转运器只转运一种或一类底物，但是其蛋白家族中具有能转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质的成员, ABC转运器还可催化脂双层的脂类在两层之间翻转，在膜的发生和功能维护上具有重要的意义。 二、协同运输 是一类由Na+-K+泵或H+泵与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式。 物质跨膜运动所需要的直接能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度 维持电化学势的是钠钾泵或质子泵。 Animal ce