细胞生物学(翟中和)第5章 物质跨膜运输.ppt

胞吞泡的形成：配体和受体结合 有被小窝 网格蛋白聚集 有被小泡
去被的囊泡和胞内体融合
胞饮作用和吞噬作用的区别特 征来自物质胞吞泡的大小
转运方式
胞吞泡形成机制
胞饮作用
溶液
小于150nm
连续的过程
网格蛋白和接合素蛋白
吞噬作用
大颗粒
大于250nm
受体介导
微丝和结合蛋白
信号触发过程
二
受体介导的胞吞作用
网格蛋白聚集

概念：通道蛋白（channel protein）是横跨质膜 的选择性通道，允许适当大小的分子和带电荷的 离子顺梯度通过，又称为离子通道。对离子的选 择性依赖于离子通道的直径和形状，以及依赖于 通道内衬带电荷氨基酸的分布。 有些通道蛋白长期开放，如钾泄漏通道；

有些通道蛋白平时处于关闭状态，仅在特定刺激 下才打开，又称为门通道（gated channel）。主 要有4类：配体门通道 电位门通道 环核苷酸门通 道、机械门通道。

是电压感受器。

Na+、K+、Ca2+三种电位门通道结构相似，在进化上是由同 一个远祖基因演化而来。
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
神经肌肉接点由Ach门控通道开放而出现终板电位时，可使肌细胞膜中的电位 门Na+通道和K+通道相继激活，出现动作电位；引起肌质网 Ca2+通道打开， Ca2+进入细胞质，引发肌肉收缩。
第三节 胞吞和胞吐作用




一 胞吞作用 二 受体介导的胞吞作用 三 胞吐作用 四 穿胞运输 五 胞内膜泡运输

真核细胞通过胞吞作用（endocytosis）和胞吐作 用（exocytosis）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,又称批量运 输（bulk transport）。

钠钾泵对离子的转运循环依赖自磷酸化过程（ATP上的一
个磷酸基团转移到钠钾泵的一个天冬氨酸残基上，导致构 象变化），所以这类离子泵叫做P-type。

Na+-K+泵的作用： ①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积； ②维持低Na+高K+的细胞内环境； ③维持细胞的静息膜电位。

地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有
Glucose is absorbed by symport
补充：物质的跨膜运输和膜电位(了解）
膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。
静息电位（resting potential）：细胞在静息状态下的膜电位。 动作电位（active potential）：细胞在刺激作用下的膜电位。 极化：在静息电位状态下，质膜内为负值，外为正值的现象。 去极化：由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消失。 反极化：离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位的现象。 超极化：离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。
某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在水和油中的分配系数 （K）及扩散系数（D）来计算：P=KD/t（t为膜的厚度）
二、协助扩散

概念：也称促进扩散，是极性分子和无机离子在 膜转运蛋白协助下顺浓度梯度（或电化学梯度） 的跨膜运输。 特点： ①比自由扩散转运速率高；
②运输速率同物质浓度成非线性关系；
如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌
胃酸）。

2、V-type：存在于各类小泡(vacuole) 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、胞内体、植物液泡膜上。

3、F-type：是由许多亚基构成的管状结构，利用质子动 力势合成ATP，也叫ATP合酶，位于细菌质膜，线粒体内膜
Nicotinic acetylcholine receptor
2、电位门通道(voltage gated channel)

特点：细胞内或细胞外特异离子浓度或电位发生变化时，
致使其构象变化，“门”打开。

K+电位门有四个亚单位，每个亚基有6个跨膜α螺旋(S1S6) ，N和C端均位于胞质面。连接S5-S6段的发夹样β折 叠 (P区或H5区)，构成通道的内衬，大小可允许K+通过。 K+通道具有三种状态：开启、关闭和失活。目前认为S4段
3、环核苷酸门通道
如气味分子与化学感受器中的G
蛋白偶联型受体结合，可激活腺
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。
4、机械门通道

感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。 细胞将机械刺激的信号转化为电化学信号，引起 细胞反应的过程称为机械信号转导 （mechanotransduction ）。
和叶绿体的类囊体膜上。
ATP-powered pumps
二、ATP间接提供能量的主动运输
概念：协同运输（cotransport）是指一种物质的运输伴随另 一种物质的运输。它是一类靠间接提供能量完成的主动 运输方式。 能量：钠钾泵或质子泵通过消耗ATP产生膜两侧的电化学浓度 梯度，驱动协同运输的进行。

第二节 离子泵和协同运输 P-型离子泵 V-型离子泵和F-型离子泵 协同运输 离子跨膜转运与膜电位（自学）
主动运输（active transport）是指由载体蛋白介 导的物质逆浓度梯度（或化学梯度）的由浓度低的 一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。

主动运输的特点是：

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。
第五章 物质的跨膜运输
本章知识要点



载体蛋白与通道蛋白 离子泵的结构和作用机理（ 钠钾离子泵） 受体介导的胞吞作用

第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 第二节 离子泵和协调运输 第三节 胞吞与胞吐作用


第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输

脂双层的不透性和膜转运蛋白 被动运输与主动运输

细胞内的外的离子差别分布主要由两种机 制所调控： 一是取决于一套特殊的膜转运蛋白的活 性；
根据物质的运输方向分为：胞吞作用（endocytosis） 胞吐作用（exocytosis）

一 胞吞作用
概念：胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡（胞吞泡）,
将外界物质裹进并输入细胞的过程。
类型：吞噬作用（phagocytosis）
胞饮作用（pinocytosis）
1、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，
类型：简单扩散（simple diffusion）
协助扩散（facilitated diffusion）
一、简单扩散

概念：又称为自由扩散（free diffusion），是疏水小分 子或小的不带电荷的极性分子，不需要能量也不需要膜蛋 白参与的跨膜运输方式。 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。
动物细胞中常常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动，植物
细胞和细菌常利用H+浓度梯度来驱动。 类型：共运输（同向协同（symport）） 对运输（反向协同（antiport））

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
的吸收伴随着Na+ 的进入。在某些细菌中，乳糖的吸收伴 随着H+的进入。

一是取决于质膜本身的脂双层所具有的 疏水性特征。


据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白
的15-30%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能
量的2/3。
概念：被动运输（passive transport）是通过简单扩散或
协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运
转。
特点：运输方向；跨膜动力；能量消耗；膜转运蛋白。

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。还有一种机制是Na+ 驱动的Cl--HCO3- 交换，即 Na+与HCO3-的进入伴随着Cl-和H+的外流，如存在于红细胞 膜上的带3蛋白。
助提高于其活性。
２、钙离子泵

作用：维持细胞内较低的钙离子浓度（细胞内钙离子浓度
10-7M，细胞外10-3M）。

位臵：质膜和内质网膜。
类型：

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+ 。位于肌质网上的钙离子泵占肌质网膜蛋
白质的90%。

钠钙交换器（Na+-Ca2+ exchanger），属于反向协同运 输体系，通过钠钙交换来转运钙离子。

③特异性；饱和性。

载体（膜转运蛋白）：载体蛋白和通道蛋白两种 类型。
（一）载体蛋白（carrier protein）
载体蛋白（carrier protein）是在生物膜上普遍存在的多
次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶质分子结合，通过构象改
变介导溶质的主动和被动跨膜运输。
（二）通道蛋白（channel protein）
１、钠钾泵
构成：由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体，实 钠 际上就是Na+-K+ATP酶，分布于动物细胞的质膜。 钾 泵 结 构

钠钾泵作用机制