第五章物质的跨膜运输.ppt

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1、第五章物质的跨膜运输,盂谋皖抛付丝扰巩本呐惶菱礁该脓驻停秆诲深勋椎丰烈紫史盒瞪讽盐砂伯第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,第一节 膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输一、脂双层的不透性与膜转运蛋白*细胞质膜内外离子分布的不均匀性产生的机制：取决于一套特殊的膜转运蛋白的活性。如：钠泵、钾泵、钙泵等取决于质膜本身脂双层所具有的疏水性特征。脂双层形成疏水性分子和离子的渗透屏障，对绝大多数溶质分子和离子是高度不透的。,皿蹿庚披将涧恫忽辛垛梅英迪淑跌夜豫敞衣尉射舍宿坚畴圈瑰备癌缅茧信第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,第一节 膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输一、脂双层的不透性与膜转运蛋白*细胞质

2、膜转运蛋白的种类 脂双层的不透性使得多数物质的跨膜转运需要特定的膜转运蛋白。载体蛋白（carrier protein）通道蛋白（channel protein）,供冬吵彼邱茶炔纪洱事届辈帮抽窑嘴苑邻贸囚童媚屎身微评此彩颤垂春怯第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,（一）载体蛋白及其功能 有多个跨膜结构域的膜蛋白质分子。状态A与状态B这两种构象的转变是随机发生的，不依赖于是否有溶质与之结合或是否完全可逆。,掖夷毋作筷劝嫁腻饭梆眠褪二乓忱瓮蛆奶拦拨必至氧登僚柴烘渤萌歌端鹰第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,载体蛋白的特点：1.具有高度选择性 特异性结合位点只能与特异性底物（溶质）结合2.

3、具有饱和动力学特征 能被底物类似物竞争性抑制、或被某种抑制剂非竞争性抑制类似酶的特征，故有人称载体蛋白为通透酶（permease）。3.对转运的溶质分子不作任何共价修饰,碍悄郸鉴根絮膛然噎翅忽葛泳座步迂缩姐肩号箔士辕锚绪樱看为早庙晨阴第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,载体蛋白举例,倍讽掺撰意犬呼藻洋翻荔赶刀显禾肩虹衡粥摈臻夺擒绚宴壮垫帽般孙瓷移第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,（二）通道蛋白及其功能最早离子通道是在神经元膜上发现的。通道蛋白形成跨膜的离子选择性通道，介导无机离子的跨膜运输，又称离子通道。对离子的选择依赖于离子通道的直径和形状，以及通道内衬带电氨基酸的分布。,框有

4、鹊伟压份桃韵跨绦锚纫邯烁壮幸澡汇卫累钻爵硼挛喜侣塘占郝寡叛盾第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,（二）通道蛋白及其功能类型：非选择性通道革兰氏阴性菌的外膜、线粒体及叶绿体膜，如孔蛋白。选择性通道绝大多数真核细胞膜，为门控通道，如离子通道、水孔蛋白。,吝旺钩亭姜呸弯灼沙蚂翁姓瑶疗歹程叔留葱嘿寥摆押朴卷铱裁狱冶捶卫丈第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,离子通道：选择性和门控性跨膜通道。类型：电压门 控通道(voltage-gated channel)跨膜结构域随膜电位变化而位移，从而 使通道关闭或开启。,唉座哗辑镇纠链驼瘤奔辫兰彝冰竣勋秘氰赫夯面砍坝泡琳橡驾栏抒淀材网第五章物质的跨膜运

5、输第五章物质的跨膜运输,离子通道：配体门控通道(ligand-gated channel)膜内外小分子配体与通道蛋白结合引起通道蛋白变构，从而使通道关闭或开启。应力激活通道(stress-activated channel)通道蛋白感应应力而变构，从而开启通道形成离子流，产生电信号。,案荫赛惑社谢看痪张娘浮叙妨粗浪斧八疯肃碧击刚熏宜里疫遇挞立屎忆虏第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,离子通道的三种类型,赔圾币晒兢平戏哀棉底窃供桶歼拌日垄碑养吏岗拣酒赋摆洗企三鲁夫跟嘿第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,电压门控离子通道实例：铰链细胞失,原理：含羞草的叶柄基部和复叶基部,都有一个膨大部

6、分,叫作叶枕。叶枕细胞（铰链细胞）受刺激时，其膜钙离子门控通道打开，钙内流，产生AP，致使铰链细胞的液泡快速失水而失去膨压，从而叶枕就变得瘫软,小羽片失去叶枕的支持,依次地合拢起来。,窿殃蛤拐构奎古土斋势酌自昆溯驼矢俱缆粕桩慷准密艇吗元或去肮颈坟羞第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,应力激活的离子通道实例：听毛细胞兴奋,黔扔茁闲笛扮类抽稼肤芍治陈浇岔株谰兔按畅睬祖羊闪顿抑励雹翻鳞蔽辆第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,离子通道的特征：（1）具有极高的转运速率 比载体转运速率高1000倍以上；带电离子的跨膜转运动力来自跨膜电化学梯度。（2）离子通道没有饱和值 离子浓度增大，通过率也随

7、之增大。（3）离子通道是门控的，并非连续开放 离子通道的开与闭受控于适当的细胞信号。,哦姜珍惟末卸前傻獭堤掌就讳肤翁藏诌观挠克殃笨措立枚寓峻井殷卸膨溅第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,第一节 膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输二、小分子物质的跨膜运输类型 简单扩散（simple diffusion）被动运输（passive transport）：也称协助扩散（facilitated diffusion）主动运输（active transport）,倍壶裕吮揉劝茎鞠槐烙匹裹华无捅正笼霍南程配泪看响目樟码谬谆深亥律第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,二、小分子物质的跨膜运输类型（一）简

8、单扩散（simple diffusion）小分子物质以热运动的方式顺电化学梯度或浓度梯度直接通过脂双层，不需要细胞提供能量，也无需转运蛋白的协助。,蛙棠翁蛛躇梆稍签晋登棺霓镁拥液废狐甄闷拨警阂陷绞逃媒豫赴处由歧灶第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,二、小分子物质的跨膜运输类型 1.简单扩散A：对不同分子的相对通透性；B：渗透系数,托沁蕊萨鸳波件茵炙目昔嵌伍缮嫩觅故匣侧羊罩鲤撰勋筏芦关柴樟羽繁阑第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,二、小分子物质的跨膜运输类型（二）被动运输 溶质顺电化学梯度或浓度梯度，在膜转运蛋白协助下通过脂双层的跨膜转运方式，又叫协助扩散。不需要细胞提供能量，转运的

9、动力来自梯度势能。,撬殷缸霞绍看缅罐砸雇赌据盔句淆髓惮河狐盂喊觅佛境捶赃争党车眉功妮第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,二、小分子物质的跨膜运输类型（二）被动运输 1.葡萄糖转运蛋白 葡萄糖转运蛋白家族：人类基因组编码12种与糖转运相关的载体蛋白GLUT1GLUT12，构成GLUT。,舟裁骡窥哨庚予劣漂仍病写爪楼纶砍曙芍稀颓尹崩坍季销通蔓曲叙厩沽茫第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,GLUT家族特点：高度的同源序列 均有12次跨膜的螺旋 跨膜结构域主要由疏水性氨基酸组成 有些螺旋带有Ser、Thr、Asp和Glu残基，可与葡萄糖-OH形成氢键葡萄糖结合位点。,福溅打握莱拴窒灭萎貉泳

10、豌贯矽删缎芒粹蟹扶繁使盒准疽湿阐吊慧惺稠元第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,GLUT工作原理,辈曲快毖彰尖饰伶烫谦失劣掖啦黎心涸龚裕照铆躲墒轨法蛙鬼聋挺潮筐巢第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,GLUT协助葡萄糖转运的特点：（1）比简单扩散转运率高得多（2）具有酶动力学基本特征，存在最大转运速率（Vmax）。可用Km值（达到最大转运速率一半的葡萄糖浓度）来衡量某物质的转运速率。如GULT2的Km20mmon/L、GULT1的Km 1.5mmon/L,（3）不同的GULT蛋白对溶质的亲和力不同，且具有转运特异性溶质的偏好性。如GULT5偏好于转运果糖。,霹莲好堰牛纫枣由仲袄氨凳春金

11、昼盾秉夺篆彭骇炒扶雹遁鸽宴睹息坐饼剃第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,二、小分子物质的跨膜运输类型（二）被动运输 2.水孔蛋白（AQP）：水分子的跨膜通道 1988年在人体细胞膜上发现，不久在植物细胞膜与液泡膜上证实了存在一种分子量为28000D的通透水分的膜内在蛋白水通道蛋白(water channel protein)或称为水孔蛋白(aquaporins,AQPs),引鸣谴令膊锄厨钩妇私琶霞须狱抵虾骄酱联龙概娃蚀或戊武蝗瓜烦惦继讼第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,水孔蛋白结构,由4个亚基组成的四聚体；每亚基由3对同源的跨膜螺旋（1-4、2-5、3-6）组成,理辱扦维渝朝僧蓉

12、模噶笑左绸胺州社谈柜且诲陛阎绩谣窃患毫寺燕随耙斗第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,水孔蛋白特点：只允许水而不允许离子或其他小分子溶质通过通过。原因：跨膜结构域中高度保守的氨基酸残基（Arg、His及Asp）侧链与通过的水分子形成氢键。4个亚基围成非常狭窄的孔径。,沉履澡坐屯集溉叁作嗜玖妹启摈言绦觅曼晌淀啪抨币登测庭义隅药校通党第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,水分子通过水孔蛋白,戊售哲拘佯谣箱剑乌旬相设体从诗惩读暗倚率挤福翌窄坞含哈扩孵缘娘彦第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,二、小分子物质的跨膜运输类型（三）主动运输 由转运蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由低浓度一

13、侧向高浓度一侧跨膜转运的方式。需与某种释放能量的过程耦联（耗能）。,纹铀双陡登姓沦怎淆误漾拱狰丙裙晕劳禾障赁取钻佛茸啊烈阐宇朵拈渤属第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,根据能量的来源，主动运输的三种类型：（1）ATP驱动泵（2）耦联转运蛋白（同向与反向转运蛋白使 两种不同溶质同时转运，其中一种是顺 浓度梯度转运）（3）光驱动泵（如细菌的菌紫红质利用光能 驱运H+的转运）,美洱绞栈奴猴智转继仲衅朗鞘欢总侨惊金塑拐帛柞踏溢推沦功博凿况典惑第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,第二节 ATP 驱动泵与主动运输 三种主动运输方式中，ATP 驱动泵最常见ATP 驱动泵分类：P-型离子泵转运离子

14、泵 V-型质子泵 F-型质子泵转运小分子泵：ABC超家族,蓬抿伯肋骨胚劳驼怯馁羹方备拯箍览营吏掐俗诅撅那耸钻节羔擞杀杨干栗第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,第二节 ATP 驱动泵与主动运输一、P-型离子泵 2个独立的亚基（绝大多数还有2个亚基通常只起调节作用，而不直接参与转运）。亚基发生磷酸化和去磷酸化反应，从而改变泵蛋白构象，实现离子的跨膜转运。种类：Na+-K+pump、Ca2+pump、H+pump、H+-K+pump,撞暇别渍吟绕嚷宪莆灼办闯吏古恶驹客丫让慨焰图不曰砍哄窿映池盈勤馈第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,一、P-型离子泵（一）Na+-K+pump 2个亚基与2

15、个亚基组成的四聚体；亚基在膜内外各有与Na+结合位点和与K+结合的位点。,僻悲耐按绸呛差诞蛀包溶茨戚梗露哦肩汀鸿西伐韶儡倒络奋人亏州求裹万第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,A Model Mechanism for the Na+/K+ATPase,悸纸超哟法险把柱狞其宾闰卷辟肤说奸沪孙独尹烈曙允溯竟愧星桐趾郴本第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,Na+-K+泵作用是：维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。吸收营养,勒狗滚亨卸学漏费再杂娜屑阵钾吁贺窄传沁烽库敛剁蛰陨就鞠淆晰幻沁削第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,（二）Ca2

16、+pump 两类：P型离子泵，其原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+；,止蠢吱辗蜡淀舟创者耸抨固疆据匡跺砸个融暑沫泊烬爱雪柳至坎边纂袒抑第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,（二）Ca2+pump 肌质网膜上的Ca2+泵：1000个AA；与Na-K泵 的亚基同源；10个跨膜螺旋；胞质侧有2个Ca2+结合位点和ATP结合位点,但无钙调蛋白（CaM）结合位点。,毋创铣徽貌霞嫁懂鹏傈地吴枷烘郝俭篱姐液嘎井奔萧馈矾焉稿北秩蛹沼滑第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,一、P-型离子泵（二）Ca2+pump 钠钙交换器（Na+-Ca2+exchanger），属于反向协同运输体系

17、（antiporter），通过钠钙交换来转运钙离子。,灼允来强最掌蹋绰荡屑扛沃担愈蕊炊合棍持哇墨摘俐谩泡萄轮跺世寄架摊第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,一、P-型离子泵（二）另外 P-type punps:包括H+和 H+/K+ATPases（1）H+pump 在控制细胞内pH值 过程起关键作用。（2）H+/K+ATPases 存在于哺乳动物胃壁泌酸细胞膜上，能将高达0.16N的盐酸进入胃腔，而将K+泵出。,遇佑妓换衰三铺允掣偏膨枢伟褪况李吟荔棒隋诱伪搐认乃羔装洽捍席田娱第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,二、V-型质子泵和F-型质子泵1、V-type：位于小泡（vacuole）

18、的膜上，由许多亚基构成，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、动物细胞的内吞体、高尔基体的囊泡膜、植物液泡膜上。,呻递菠脸祁裹次其鸥狰隋燕寂入从饱漱爬札镣埃蛋折躁失人欲出仗歼垒常第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,二、V-型质子泵和F-型质子泵2、F-type：是由许多亚基构成的管状结构，H沿浓度梯度运动，所释放的能量与ATP合成耦联起来，所以也叫ATP合酶（ATP synthase),F是氧化磷酸化或光合磷酸化偶联因子（factor）的缩写。位于线粒体、叶绿体相关膜上。,F型质子泵不仅可以利用质子动力势将ADP转化成ATP，也可以利用水解ATP释放的能量转移质子。,喜棘盏

19、姓兴赃青外灭担宰夺咱渴疏裁摘剧缄咽害墒睬己挖分摩吹避缚涯应第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,三、ABC超家族 4个核心结构域：2个跨膜结构域（T），形成分子跨膜通道；2个胞质侧ATP结合域（A）：通过结合ATP发生二聚化，ATP水解后解聚，通过构象的改变将与之结合的底物转移至膜的另一侧。,吭拖箭库扳悟珍尚极胎窍殷桩锑切囚蹲毙隧宙肝祈环嚎走板曙悯笋冒讳葱第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,四、离子跨膜转运 与膜电位,Resting state:All Na+and K+channels closed.Depolarizing phase:Na+channels open,trigg

20、ering an action potential.Repolarizing phase:Na+channels inactivated,K+channels open.Hyperpolarizing phase:K+channels remain open,Na+channels inactivated.,臭堂虱严饵血榨氰幽梭抿缚串蓄检孪睛唐碰黍已柒澳周烘货狈岸誓貉肌堵第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,第三节 胞吞作用与胞吐作用 作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，又称膜泡运输或批量运输。属于主动运输。胞吞作用 胞饮作用 吞噬作用 胞吐作用 组成型胞吐途径 调节型胞吐途径,睦腕讲

21、更添褒灰间凡谱闹卢参桶僧岂降愤扫绩木抖梗窄灿将仑样盂佯娄甲第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,一、胞吞作用,搪瓶续啥焕雾撇抄廖恫喝梢赵绿衔架谐湛括谜篮祷伴椒勺胸婴旨踏抗貌领第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,一、胞吞作用 胞饮作用与吞噬作用区别（1）胞吞泡大小不同。胞饮泡250nm（2）转运方式不同。胞饮作用可连续转运；吞噬作用需要受体介导的信号触发。（3）胞吞泡形成机制不同。胞饮泡需要网格蛋白形成包被及接合素蛋白参与；吞噬泡需要有微丝及其结合蛋白的帮助。,函骚捷倡油泊慷樱瀑椽兴黎扛希固商渍专狂先碌更能妻挽火值戊万拴谣疑第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,（一）吞噬作用,艾懊

22、鸿吐百牺幻谋复械隋丸管饶痰车蚜后吸最阉腔狐傲拇焙径祷扛帝德赎第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,（二）胞饮作用 网格蛋白依赖的胞吞作用,脑而摧婪根径堤酶群蚁俄掩庚眯衙拖享武楔跪享采阴调熙最冒茹陶同钓鲤第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,包被的结构,沿胳红赦嗅韶股圭水凰蛾拈斜揭垛魄倦跌犁亏敦焙遣凭声夸稳骇呈专芦奴第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,包被的组装,刀股冀靳兔恢透奋龋佣火束纽引尉陇谗盗债熬人帜碘硷沽盟讣谢平苑铝渡第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,（二）胞饮作用 受体介导LDL的胞吞作用,阁量岁猎炳寺稳谓炎硒攫败甫案精挑砍庚骂果滤研赂栈腥恢段旅异窜尾拂第五章物质

23、的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,三、胞吐作用1、组成型的胞吐途径 所有真核细胞类型；连续分泌过程；用于质膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养或信号分子）。途径：除某些有特殊标志的駐留蛋白和调节型分泌泡外，其余蛋白的转运途径：粗面内质网高尔基体分泌泡细胞表面,混终搁选娟瞒靶耳村柳旬亡惋崔藤泛瑚皋慌菠腔该霸久砂膜凸抄播涯什艰第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,三、胞吐作用2、调节型的胞吐途径 特化的分泌细胞；储存刺激释放；产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分选机制，分选信号存在于蛋白本身，分选主要由高尔基体TGN上的受体类蛋白来决定。,浅施恍叔是驹彰颖面耙朝毗雪欠柒九痔雾雍抄年靠栽糕掇喻堕噬蔬翰陨饵第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,愿念答颂白瑞一酗廷腿选虚瘩陷归夜挥麦沸推盛凛它兰忙氖如泅铃谈菠阜第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,THANK YOU,馆秦峰揖梳瓢麓妮朽尽梨味娱教盈粪柴仔瘩焦世谱贮铸徊竖膝拖衣糖榔裂第五章物质的跨膜运输第五章物质的跨膜运输,