药物的跨膜转运

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P-型离子泵:
2个α催化亚基,ATP结合位 点,磷酸化和去磷酸化,泵 蛋白构象改变,实现离子的 跨膜转运。
(1)钠钾泵:也叫Na+-K+ATP酶 • 构成与分布:由2个α亚基、2个β亚基组成的4聚体,分布 于动物细胞的质膜上。
功能:逆浓度梯度和电化学梯度泵出Na+,泵 入K+,维持细胞内低Na+高K+的离子环境,对神 经冲动的传播和维持细胞的渗透平衡时非常 重要。 Na+-K+泵的作用: •①维持细胞的渗透压,保持细胞的体积; •②维持低Na+高K+的细胞内环境; •③维持细胞的静息电位。
(二)主动运输
概念:主动运输(active transport)是指由载体 蛋白介导的物质逆浓度梯度(或电化学梯度)的 由浓度低的一侧向浓度高的一侧的跨膜运输方式。 特点: ①运输方向; ②膜转运蛋白; ③消耗能 量 进行主动运输的物质: 各种离子(如钠离子、钾离子、氯离子、碳酸根 离子、钙离子等)。 葡萄糖、氨基酸等带电荷极性分子 。


质子泵
1、P-type:利用质子泵自磷酸化发生构象的改变向细胞外 转移质子,如植物细胞、真菌和细菌的质膜上的H+泵、 动物胃表皮细胞的H+-K+泵。 2、V-type:由多亚基构成,位于动物细胞溶酶体膜、破骨 细胞和肾小管细胞的质膜以及植物细胞、真菌和细菌 液泡膜上,故又称膜泡质子泵(vacuolar proton pump) 。其水解ATP产生能量,但不发生磷酸化。将H+ 从细胞质基质泵入细胞器,以维持基质的pH中性和细 胞器内的pH酸性。 3、F-type:由多亚基构成,位于细菌质膜,线粒体内膜和 植物细胞的类囊体膜上。顺H+浓度梯度转运质子。利 用释放的能量合成ATP,也叫H+-ATP合成酶。
• 特异性:是载体蛋白,每一种ABC转运器
只转运一种或一类底物。
2. 协同转运(cotransport)
• 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完成的主动运输方式。
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。
• 根据物质(葡萄糖、氨基酸)运输方向与离子沿 浓度梯度的转移方向,可分为: 同向转运 与 逆向转运。
钠泵活动的生理意义:
• 1.维持细胞正常的渗透压和形态; • 2.形成和保持细胞内外Na+、 K+不均匀分布, 与生物电的形成密切相关; • 3.建立Na+浓度是能储备。是营养物质跨越 小肠和肾小管上皮细胞等跨膜主动转运的 能量来源。
原发性与继发性的比较
区别
转运方向
膜蛋白质 能量来源
举例
原发性 继发性 低浓度向高浓 低浓度向高浓 度转运 度转运 生物泵 转运体蛋白质 生物泵 钠泵等生物泵 小肠对GS和 钠泵、钙泵活 AA的吸收,碘 动发生的离子 被甲状腺细胞 转运等 摄取等
• 特点:沿浓度梯度扩散;不需要提供能
量;没有膜蛋白的协助。
• 通透性决定于:分子的大小,脂溶性( 极性)大小。
2.易化扩散
• 概念: 一些非脂溶性或脂溶Hale Waihona Puke Baidu度甚小的物 质,需在特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的 高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。
• 分类: ①由通道介导的易化扩散 ②由载体介导的易化扩散
糖类(2%-10%)
• 形式:糖蛋白或糖脂表示免疫信息或传递 信息
二、药物的跨膜转运方式
药物的跨膜转运
穿膜运输 被动运输 主动运输 膜泡运输 出胞 继发性 (协同 转运) 同 向 运 转 逆 向 运 转 入胞 吞噬、 胞饮、 受体 介导 入胞
单 易化扩散 纯 原发性 通道介 扩 (泵转 载体介导 导 散 运) 机 电 化 械 压 学 门 门 门 离子泵、质子 控 控 控 泵、ABC超家族 通 通 通 道 道 道
ABC 超家族
• ABC超家族(ABC superfamily):分布广
泛,庞大的蛋白家族,有两个跨膜结构域和两 个原生质侧的ATP结合区(ATP binding cassette),故名ABC转运器。
• ATP驱动泵:水解ATP,逆浓度梯度摄取营养。 • 转运底物:在细菌质膜上-氨基酸、多糖、
磷脂、多肽、甚至蛋白质;在哺乳类细胞质 膜上-磷脂、亲脂性药物、胆固醇和其它小分 子。
• 出胞(胞吐):是细胞分泌、地址释放及 大分子物质和颗粒的外排方式。
• 入胞(吞噬、吞饮):是大分子物质或物 质团块的进入细胞的主要方式。 • 吞噬作用:胞吞物为固体。(单核、巨噬、 中性粒C) • 吞饮作用:胞吞物为液体。(液相和受体 介导入胞)

液相入胞---指细胞外液及其所含的溶质连续 不断地进入胞内,是细胞本身固有的活动,进 入细胞的溶质量和溶质的浓度成正比。 • 受体介导入胞---指通过被转运物与膜受体的 特异结 合,选择性地促进其进入细胞的一种 入胞方式。 • 受体介导入胞是一种非常有效转运方式,许 多大分子物质(运铁蛋白、维生素B12转运蛋 白、多种生长因子、胰岛素和低密度脂蛋白) 都是这种方式。
Membrane
脂质双分子层
• 构成:由双嗜性脂质分子两两相对排列成 双分子层 • 脂质以磷脂类为主(总量的70%以上)、胆固 醇(一般低于30%)和少量糖脂。 • 2. 特点:液态(同层横向移动的流动性) 稳定性(可自动形成和维持,能承受较 大张力。) • 3. 功能:屏障作用和传递信息
蛋白质(55%)
不消耗所通过膜的 消耗了能量,由膜 能量,属于被动转 或膜所属细胞供给 运
举例
葡萄糖进入红细胞、 02、C02、N2、 肠及肾小管吸收葡 普通细胞,离子K NH3、H2O、乙醇、 + 萄糖,Na+泵、Ca+ + — 、Na 、Cl 、 尿素等 泵、H+-K+泵 2 + Ca
(三)出胞与入胞式转运
• 定义:一些大分子物质或团块通过胞膜结 构和功能变化进出细胞, 亦可属于主动转运 过程。属于主动运输:消耗能量。 • 分类:入胞(胞吞)、出胞(胞吐)
Na+浓度高
电位高
细胞外
细胞膜
电位低 Na+浓度低
细胞内
(2)载体介导的 易化扩散
• 定义:物质主要是依赖于载体蛋白分子内部 的变构作用所进行的被动跨膜转运。 • 转运物:葡萄糖(GL)、氨基酸(AA)等非脂溶 性小分子亲水物质。
• 转运速率取决于浓度差、载体数量及位点 等 • 特点:a.高度特异性 b. 饱和现象 c. 竞争性抑制
特 征 胞饮作用 吞噬作用
内吞泡的大小 转运方式 小于 150nm 大于 250nm。
内吞泡形成机制 及接合素蛋白连接
连续发生的过程 需要笼形蛋白形成包被 需受体介导的 信号触发过程 需要微丝及其结合蛋白的参 与
1.泵转运
ATP驱动泵:也称ATP酶,催化ATP水解而释放能量; 是整合膜蛋白,载体蛋白。在膜的原生质表 面有ATP结合位点。根据结构和功能特性可 分为4类:
P-型离子泵, 转运Na+,K+,Ca2+等
转运 离子 P-型质子泵, V-型质子泵, F-型质子泵, 转运H+离子,
即质子 转运小分子
和ABC超家族。
(2)钙泵(Ca2+ pump )
• 又称Ca2+-ATP酶。 • 构成:1个多肽构成的整合膜蛋白,每个泵单位 含有10个跨膜α螺旋。

分布:细胞质膜和内质网膜上;肌细胞的肌质网膜上。 功能:于细胞膜和内质网膜上,它将Ca2+输出细 胞或泵入内质网腔中储存起来,以维持细胞内 低浓度的游离Ca2+。 在肌细胞的肌质网膜上,在肌质网内储存Ca2+, 对调节肌细胞的收缩运动是至关重要的。钙泵占 膜整合蛋白的80%以上。
• 结构:α螺旋或球形 • 存在形式:表面蛋白、整合蛋白 • 表面蛋白(Peripheral proteins)占20%— 30%,以静电引力或离子键与整合蛋白结合, 附着于膜表面,主要在内表面。 • 整合蛋白(Integral proteins)占70%—80%, 肽链一次或几次穿膜为特征。 • 蛋白质功能:①转运物质②传递信息③能 量转化④免疫标志
(1)通道介导的易化扩散
• 定义:离子物质借助于膜上的蛋白质离子通 道所进行的扩散。
• 通道是一类贯穿脂质双层、中央带有亲水 性孔道的膜蛋白。 • 离子通道特点: a.相对特异性(离子选择性 )b.具有“闸门” 启闭的特性(门控过程)
门控离子通道分为三类:
• 1. 电压门控通道:在膜去极化到一定电位 时开放,如神经元上的Na+ 通道。 • 2. 化学门控通道:受膜环境中某些化学物 质的影响而开放,这类化学物质(配基)主 要来自细胞外液,如激素、递质等。 • 3. 机械门控通道:当膜的局部受牵拉变形 时被激活,如触觉的神经末梢、听觉的毛 细胞等都存在这类通道。
(一)被动运输
概念:物质经扩散作用,顺电化学梯度不 消耗能量所进行的跨膜转运。 扩散特点:扩散量与浓度差、温度和膜的 通透性呈正相关。
类型:简单扩散 协助扩散
1.单纯扩散
概念:一些高脂溶性物质由膜的高浓度一侧向 低浓度一侧转运的过程。 转运的物质:O2、CO2、NH3 、 N2 、尿素、乙醚、乙醇、类固 醇类激素等少数几种。
物质跨细胞膜的转运异同
区别
转运方向 转运动力 结果膜两侧 物质分布 膜蛋白参与 终止条件 能量消耗 无
扩散和渗透
易化扩散
主动转动
逆浓度或电位差 消耗细胞内的能量 差距更大 生物泵/和转运体 受“泵”的控制
顺浓度差或电位差 物质本身浓度差或电位差的势能 平衡 载体或离子通道
达细胞膜两侧浓度相等或电化学势差 =0时停止 不消耗所通过膜 能量,能量来自 高浓度本身势能
药物的跨膜转运
分析化学 焦豫滨 201312151714
一、生物膜
• 生物膜主要由脂质、蛋白和多糖组成。该 脂膜呈液态骨架, 脂质形成一系列双分子 层, 蛋白质镶嵌在其中, 蛋白质多为物质转运 的载体(transporter)、受体或酶, 担负着 物质转运或信息传递任务。此外, 在膜中 还存在一些孔道, 使一些小分子化合物如 水、尿素等通过。