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第五章跨膜转运ppt课件

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5 物质跨膜运输PPT课件

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❖ 电压门通道(voltage-gated channels)
带电荷的蛋白结构域会随跨膜电位梯度的改变而发生相 应的位移，从而使离子通道开启或关闭。
❖配体-门控通道(ligand gated channel)
这类通道在其细胞内外的某些配体(ligand)与通道蛋白结合 继而引起通道蛋白的构象改变，从而使离子通道开启或关闭。
被命名为水通道蛋白（Aquaporin，AQP）。
❖ 为进一步验证，他又制造了两种人造细胞膜，一 种含有水通道蛋白，一种则不含这种蛋白，分别 做成泡状物，放在水中，结果第一种泡状物吸收 了很多水而膨胀，第二种则没有变化。这些充分 说明水通道蛋白具有吸收水分子的功能，就是水 通道。
2000年，阿格雷与其他研究人员一起公布了世界 第一张水通道蛋白的高清晰度立体照片。照片揭 示了这种蛋白的特殊结构只允许水分子通过。
一、脂双层的不透性和膜转运蛋白 二、被动运输与主动运输
一、脂双层的不透性和膜转运蛋白
人 体 细 胞 内 外 离 子 浓 度 的 比 较
细胞内外的离子差别分布调控机制 ❖ 脂双层所具有的疏水性特性 （跑不了） ❖ 膜转运蛋白（运出去、进来）
膜转运蛋白的种类 ❖载体蛋白（Carrier Protein):Active or passive ❖通道蛋白（Channel Protein):Passive
❖应力激活通道(Stress-activated channels)
通道蛋白感应应力而改变构象，从而开启通道形成离子流。
根据激活信号的不同，离子通道分为三类
电压门通道
配体门通道 应力激活通道
（膜外） 通道 关闭
（膜内）
（膜外）
（胞外配体）
离子浓度 或电位变 化→蛋白 构象变化
5 物质跨膜运输 细胞生物学PPT课件

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主动运输（active transport）：物质逆浓度梯度
进出细胞，而且需要载体、消耗ATP。
1 被动运输
细胞膜是选择性半透膜
1.1 简单扩散（simple diffusion）
1. 概念：指物质顺浓度梯度从高浓度一侧通过细 胞膜向低浓度一侧移动的方式，不需消耗ATP， 又称被动扩散（passive diffusion）。 。
1.2.2 载体蛋白介导的协助扩散
1.协助扩散（facilitated diffusion）：
各种极性分子和无机离子通过膜转运蛋白 顺浓度 梯度 的跨膜转运过程。
2. 运输对象：葡萄糖、氨基酸及细胞代谢物
3. 特点：
①不消耗代谢能
②需要载体蛋白的协助
③具有特异性
④具有饱和性
⑤可被竞争性阻断剂阻断
易化扩散
离子通道的类型
⑴ 配体闸门通道(ligand-gated channels）乙酰胆碱受体。 ⑵ 电压闸门通道(voltage-gated channels) 主要存在于可兴奋细胞，如神经元、肌细胞等。 （3）应力激活通道（stress-activated channel)如内耳毛细胞感受
声波震动。
第五章 物质的跨膜运输
2010-09-10
内容提要
1. 被动运输
简单扩散 协助扩散
2. 主动运输
ATP直接供能 ATP间接供能 Байду номын сангаас能驱动
3. 胞吞与胞吐
物质跨膜转运的主要方式：
被动运输（passive transport）：物质顺浓度梯度
进出细胞，不需要消耗ATP。
─ 简单扩散 ─协助扩散（易化扩散）
2 主动运输
概念：由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或化学 梯度进行跨膜转运的方式，消耗ATP。
跨膜运输方式PPT30页课件

跨膜运输方式PPT30页课件

一、物质跨膜运输的方式
①运输大分子与颗粒性物质，如蛋白质、
多糖、微生物和细胞碎片等；
3.举例
（四）胞吞
一、物质跨膜运输的方式
（四）胞吐
一、物质跨膜运输的方式
1.概念：与胞吞作用相反，将细胞内的分泌泡或其他某些膜泡中的物质通过细胞膜运出细胞的过程。
2.特点：
②消耗细胞代谢产生的能量；
③依赖于膜的流动性。
6.核仁与________的_________合成有关，蛋白质合成旺盛的细胞中核仁体
积______。
练一练：如图是某组织细胞部分结构及生理过程的示意图。请据图回答：
5.图中过程⑥→⑨说明溶酶体具有________________的功能；分解产物通过_____方式排出细胞，这都依赖于生物膜的_______。
2.特点：
①高浓度→低浓度；
②不需要载体协助；
3.举例：O2、CO2等气体；水和脂溶性小分子（如甘油、脂肪酸）物质等。
（二）协助扩散
一、物质跨膜运输的方式
1.概念：物质借助载体蛋白的扩散。
③动力源于浓度差，不消耗细胞代谢产生的能量。
2ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ特点：
①高浓度→低浓度；
②需要载体协助；
3.举例：葡萄糖进入红细胞等。
a
b
c
D
a
d
糖蛋白
总结：物质跨膜运输的方式
1.左图a：_________b：__________________右图：_________
2.左图b：协助扩散或主动运输出现转运速率达到不变是因为：________________________ 右图：细胞内浓度后来能够大于细胞外浓度是因为：_________________________________
物质的跨膜运输-PPT课件

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五 、离子跨膜转运与膜电位


1. 静息电位：细胞在静息状态下的膜电位。 2. 动作电位：在外界刺激作用下产生的行 使通讯功能的快速变化的膜电位。 3. 极化：静息电位是细胞质膜内外相对稳 定的电位差，质膜内为负值，质膜外为正 值，这种现象称为极化。
第三节 胞吞与胞吐作用

5.3.1 Endocytosis 胞吞
5.2.1 Sodium-Potassium Pump
Sodium/Potassium pump

Made of 2 large and 2 small subunits 2 large units span membrane
• inside region: contains ATP binding site • inside: binding sites for Na • outside: binding site for K
2. 协同运输的分类


共运输：物质运输方向和离子转移方向相 同。如小肠细胞对葡萄糖、氨基酸的吸收 伴随着Na+的进入；某些细菌中，乳糖的 吸收伴随着H+ 的进入。 对向运输：物质运输方向和离子转移方向 相反，物质跨膜运动的方向与离子转移的 方向相反。动物细胞常通过Na+/H+ 对向 协同运输的方式来转运H+ ，以调节细胞内 的PH值。
Symport
四 、协同运输
Aniport
Sodium-Potassium Pump or H Pump
Carrier protein
cooperation
ATP


1. 定义：是由Na+-K+泵（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，又叫偶联运输。能量来自 膜两侧的离子浓度梯度（电化学梯度）。 。动物细胞中常常利用膜两侧Na+梯度； 植物细胞和细菌常利用H+梯度。
第五章-跨膜转运PPT课件

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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。载体蛋白有两个结合位点，同 时与Na+和特异的氨基酸或葡萄糖分子结合，进行同向转 运。
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 分裂时，常通过Na+/H+反向协同运输的方式来向细胞外转 运H+，以调高细胞内的PH值。
6. 2K+释放到细胞内， α亚基
4. 3Na+释放到细胞外 5. 2K+结合；去磷酸化 构象恢复原始状态。
每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+， 转进两个K+。 是一种基本的、典型的主动 运输方式。
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。
➢分泌蛋白合成后立即包装入高尔基复合体的分泌囊 泡中，然后被迅速带到细胞膜处排出。
➢所有真核细胞，连续分泌过程 ➢转运途径：粗面内质网→高尔基体→分泌泡 →细胞表面
（二）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。
工 作 原 理 ：
3. 构象改变，破坏Ca2+结 4. 去磷酸化
1. 2Ca2+与位点结合 2. ATP水解；磷酸化
第三节 胞吞作用（endocytosis） 与胞吐作用（exocytosis）
大分子与颗粒性物质的跨膜运输 膜泡运输:转运过程中，物质包裹在囊泡中。 批量运输：同时转运一种或多种数量不等的
细胞生物学 第五章物质的跨膜运输ppt课件

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主动运输
钠钾泵 钙泵 协同转运
精选
30
精选
31
五、离子跨膜转运与膜电位(了解)
离子或带电荷物质的跨膜运动，产生并维 持了膜两侧不同物质特定的浓度分布，形 成了膜两侧的电位差。
膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和， 即膜电位。
精选
32
第三节 胞吞作用与胞吐作用
膜泡运输：细胞在转运大分子和颗粒物质的过程中， 物质被包裹在膜脂双分子层围成的囊泡中，通过 囊泡与细胞膜的融合进行转运，这种运输方式称 为膜泡运输。
酵母：6000个基因，1/3的编码膜结合蛋 白，其中多数为膜转运蛋白。
大肠杆菌（E. coli）:20%的基因与编码
膜转运蛋白有关。
精选
2
第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 第二节 离子泵和协同转运 第三节 胞吞作用与胞吐作用
一、脂双层的不透性和膜转运蛋白
活细胞内外离子浓度明显不同，其调控机 制有二：
1、简单扩散：物质顺浓度梯度从膜的一 侧运送到另一侧，既不需要消耗能量，也 无需膜转运蛋白的帮助，故称为简单扩散。
➢疏水非极性小分子：N2、O2、苯等 ➢不带电的极性小分子：水、尿素、甘油等
精选
7
精选
8
通透性：取决于分子大小及其极性
小分子 ＞ 大分子
非极性分子 ＞极性分子
离子及大分子不能通过无膜蛋白的人工脂双层。
1.ATP驱动泵：直接利用水解ATP提供能量。
2.耦联转运蛋白（同向和反向）：逆浓度梯度 运动耦联顺浓度梯度运动。（协同运输）
3.光驱动泵：溶质的主动运输耦联光能输入。
精选Biblioteka 18第二节 离子泵和协同运输
ATP驱动泵：依靠ATP水解供能，逆浓度 梯度转运离子和各种小分子。（跨膜蛋白）
药物的跨膜转运ppt课件

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2
Membrane
3
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
4
蛋白质(55%)
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。
21
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。
• 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）
29
• 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。
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。
25
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
第五章-物质的跨膜运输PPT课件

第五章-物质的跨膜运输PPT课件

胞饮作用可分为受体介导型（具有专一性和浓缩 性）和非受体介导型。
可编辑课件PPT
35
网格蛋白（clathrin ）：又称笼形蛋白，是一类包被蛋白，由3个二 聚体（1条重链和1条轻链）组成三腿蛋白（triskelion），作为包被的 结构单位，组装形成多面体笼形结构。
当配体与膜上受体结合后，网格蛋白聚集在膜下，逐渐形成直径 50~100nm的质膜凹陷，即网格蛋白包被小窝（clathrin-coated pit）。 衔接蛋白（adaptin）：对转运分子有特异性选择作用，它既能结合 网格蛋白，又能识别跨膜受体胞质面的尾部肽信号，从而通过网格蛋 白包被泡介导跨膜受体及其结合配体的选择性运输。 发动蛋白（dynamin）：一种小G蛋白，在深陷的包被小窝的颈部组 装成环，水解与其结合的GTP，引起颈部缢缩，最终脱离质膜形成网 格蛋白包被膜泡。
• 静息电位（resting potential）：可兴奋细胞在其不受外来刺 激时测得的膜电位差（-30~-70mV）。
• 静息电位是细胞质膜内外相对稳定的电位差，质膜内为负值 ，质膜外为正值，这种现象又称极化（polarization）。
• 动作电位（active potential）：指细胞在刺激作用下产生的行 使通讯功能的快速变化的膜电位。
可编辑课件PPT
22
泵 （泵 略和 ）型
Ca2+
肌质网Ca+泵转运Ca+前（A） 和后（B）的工作模型
P H+
N: 核苷酸结合部位可编辑课P件P:P磷T 酸化部位 A: 活化部2位3
二、V型质子泵和F型质子泵
• V型质子泵（V-type proton pump）：广泛存在于动物细 胞的胞内体膜、溶酶体膜，破骨细胞和某些肾小管细胞的 质膜，以及植物和真菌细胞的液泡（首字母为V）膜上。
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（二）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。
工 作 原 理 ：
3. 构象改变，破坏Ca2+结 4. 去磷酸化
1. 2Ca2+与位点结合 2. ATP水解；磷酸化
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。载体蛋白有两个结合位点，同 时与Na+和特异的氨基酸或葡萄糖分子结合，进行同向转 运。
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 分裂时，常通过Na+/H+反向协同运输的方式来向细胞外转 运H+，以调高细胞内的PH值。
二、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。
6. 2K+释放到细胞内， α亚基
4. 3Na+释放到细胞外 5. 2K+结合；去磷酸化 构象恢复原始状态。
每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+， 转进两个K+。 是一种基本的、典型的主动 运输方式。
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。
通透性决定于：分子的大小，脂溶性（极性）大小。
人工膜对各类物质的通透率
脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小； 非极性分子比极性容易透过，极性不带电荷小分
子，如H2O、O2等可以透过人工脂双层，但速度 较慢； 小分子比大分子容易透过；分子量略大一点的葡 萄糖、蔗糖则很难透过； 人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通 透的。
四、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（symport）与反向转运（antiport）。
非特异性胞吞作用 受体介导的胞吞作用：胞饮和吞噬
受体介导的胞饮作用
1. 大分子转运物(ligand)与细胞质膜上互补受体(receptor) 结合。
2. 网格蛋白/笼状蛋白（clathrin)聚集在膜下的一侧，通过结合素蛋 白（adaptin) 与跨膜受体结合，形成复合物。
3. 细胞质膜逐渐凹陷，形成有被小窝(clathrin coated pit)。
对pH有依赖性。
配体门控通道
乙酰胆碱受体是由4种不同的亚单位组成，形 成一个结构为α 2βγ δ 的梅花状通道样结构，其 中的两个α 亚单位是同两分子Ach相结合的部 位。
二、被动运输与主动运输
被动运输 概念：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：运输方向由高浓度向低浓度 能量消耗 无
合位点并释放Ca2+到膜的 另一侧
每消耗一个ATP分子，泵出2个Ca2+。
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。
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。
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。
Mammalian MDR1 protein
MDR1 （multidrug resistance protein1，多药抗性蛋白1） 是第一个被发现的真核细胞ABC转运器，在癌细胞内该基 因常过度表达。 水解ATP，并将脂溶性药物（抗肿瘤药物）逆浓度梯度从 细胞质内转运到细胞外，降低细胞内药物浓度，产生抗药 性。
4. 发动蛋白/动力素 (dynamin) 在颈部组装成环。
5. dynamin水解GTP并引起颈部缢缩，形成有被小泡(clathrin coated vesicle)脱离细胞质膜。
6. 有被小泡脱包被，并与早期胞内体融合，将转运物与部分胞外液 体以及膜上受体摄入细胞。
受体介导的胞吞作用
受体的去向： 1. 大部分受体返回原来的质膜区
（二）水孔蛋白
水分子简单扩散的速率很低，不能满足特殊组织和功能的 需要，人们推测膜上有水通道。
目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种，被命名 为水孔蛋白（Aquaporin，AQP）。
是内在膜蛋白；存在于特异性组织细胞；是水分子快速跨 膜转运通道；只允许水分子通过。
（三）协助扩散
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 。
主动运输能量的来源不同：
1. ATP间接提供能量(耦联/协同转运蛋白)： 同相 /反相转运蛋白，同时转运两种溶质，一种(Na+ 或 H+)形成电化学梯度为另一种分子运输提供驱动力。 2. ATP直接提供能量（ATP驱动泵）：是ATP酶。 3. 光能驱动：在细菌中，对溶质的主动运输与光 能的输入相耦联。
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。
E-enzyme 酶； E1,E2:酶的不同构象
工 作 原 理 ：
Na+-K+ATP PUMP
1. 3Na+结合到结合位点上
2. ATP水解；α亚基磷酸化 3. α亚基构象变化
概念：是极性分子和无机离子在膜转运蛋白（如葡 萄糖载体）协助下顺浓度梯度（或电化学梯度）的 跨膜运输。
载体蛋白介导的协助扩散的特点： ①转运速率比简单扩散高；
②存在最大转运速率，饱和性； ③有底物特异性。
（四）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。
第三节 胞吞作用（endocytosis） 与胞吐作用（exocytosis）
大分子与颗粒性物质的跨膜运输 膜泡运输:转运过程中，物质包裹在囊泡中。 批量运输：同时转运一种或多种数量不等的
大分子与颗粒性物质。
属于主动运输：消耗能量
㈠ 胞吞作用（endocytosis)：内吞作用，入胞作用
通过细胞质膜内陷形成囊泡(胞吞泡），包裹外界物质（如营养物 质）并将之输入细胞的过程。 ●胞饮作用（pinocytosis）:胞吞物为溶液。 ●吞噬作用（phagocytosis）：胞吞物为颗粒，如微生物。
2. 通道蛋白：根据溶质的大小和电荷来辨别 可否通过，形成通道、运输物质
载体蛋白及其功能
不同的膜上分布着不同的载体蛋白，与膜的功能 相关，每种都是高度选择性的：细胞质膜--转运糖、 氨基酸、核苷酸；线粒体内膜--丙酮酸、ATP。
有的是被动运输，多数是主动运输，见表5-2。
载体蛋白通过构象改变介导溶质的被动运输的模型
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。
三、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。
第五章 物质的跨膜运输
细胞质膜是细胞和细胞外环境之间的一种 选择性通透屏障，它既能保障细胞对营养 物质的摄取，保障代谢产物的排除，又能 调节细胞内离子浓度，使细胞保持相对稳 定的内环境。
细胞质膜是选择性通透屏障 水相
脂溶性分子和小的不带电的分子能以
油相
简单扩散的方式通过。
对多数水溶性分子和离子的透过需要
氨基酸是指含有氨基的羧酸。生物体内的各 种蛋白质是由20种基本氨基酸构成的。

氨基酸残基
蛋白质的四级结构

亚基
第二节 离子泵和协同运输
转运 离子
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
胞饮与吞噬作用的3点区别：
特征 胞饮作用
内吞泡的大小 小于 150nm
转运方式 连续发生的过程
吞噬作用
大于 250nm。
需受体介导的 信号触发过程