细胞膜与物质的跨膜运输ppt-细胞生物学优质课件PPT
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细胞膜与物质的跨膜运输(二)PPT课件
2、介导机理： 小泡在胞内很快脱去衣被，无被小泡互相
融合，形成内吞泡（内体）。内吞泡内的PH低于 浆和细胞外液，在酸性环境下受体与LDL分离。 受体回质膜再次进行循环，LDL则与初级溶酶体 融合，LDL被水解，胆固醇分子入结束。作为合 成细胞膜的原料。因此LDL受体缺损，会导致胆 固醇在血中沉积，导致动脉粥样硬化。
● 小分子和离子的跨膜运输
◆被动运输：
简单扩散、易化扩散、闸门通道扩散（通道蛋白介导）
★简单扩散：
物质从高浓度
不耗能、不需蛋白质、靠位能
低浓度扩散
分子量小、脂溶性强、不带电荷、非极性
如：脂溶性分子：O2、CO2、乙醇、 H2O等小分子 如：磺胺类药物——黄胺嘧啶SD、磺胺甲基嘧啶
SM等脂溶性大、易被肠道吸收、很快运到全
向相同。 △ 对向运输：两种伴随转运的溶质转运方向
相反。
载体蛋白的转运方式
转运的分子
伴随转运的离子
脂 质 双 层
单运输
共同运输
对运输
协同转运
通道蛋白：
能形成一种充满水溶液的通道，贯穿脂质双层。
★闸门通道扩散（通道蛋白介导的跨膜运输）
概念： 指镶嵌在细胞膜上的转运蛋白构成闸门通道
小孔。部分离子、代谢产物、溶质分子在短时间 内顺浓度梯度经闸门孔道扩散到细胞膜的另一侧， 称闸门通道扩散。
识别并结合，然后通过膜内陷形成囊泡，而进入 细胞内，这种方式称“受体介导的胞吞作用”。
例：LDL胆固醇在血液中以LDL的形式被吸收。 1、有被小窝和有被小泡形成： LDL——入胞：质膜内陷形成小窝，窝内 质膜有受体，（受体区域附近有笼形Pr形成绒毛 状衣被）受体与LDL结合，形成有被小窝、小窝 从质膜脱落、形成有被小泡。
医学第六章细胞膜与物质的跨膜运输ppt课件
系，通过钠钙交换来转运钙离子。
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25
Ca++ 泵
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➢ 协同运输
靠间接提供能量完成的主动运输方式。 能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，维持这种电化
学势的是钠钾泵或质子泵。 –动物细胞中常利用膜两侧Na+浓度梯度来驱动。 分为：同向协同（symport）与反向协同（antiport）。
载体蛋白：高度专一性；结合的暂时性和可逆性。 可介导被动运输（易化扩散）。
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主动运输
特点：
–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。
能量来源：
–①协同运输中的离子梯度动力；
–②ATP驱动的泵通过水解ATP获得能量；
分类
–钠钾泵
–钙离子泵
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– 每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。
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Na+-K+ATP 泵
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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维持细胞的静息电位。
地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少 量膜脂有助提高于其活性。
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5
被动运输
一、简单扩散 二、协助扩散
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6
一、简单扩散
也叫自由扩散（free diffusion）
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无需膜蛋白的协助。
细胞生物学--细胞膜与跨膜运输 ppt课件
型
该模型认为膜的骨架是脂肪形成的脂双层结 构,脂双层的内外两侧都是由一层蛋白质包 被,即蛋白质-脂-蛋白质的三层结构,内外两 层的蛋白质层都非常薄。并且,蛋白层是以 非折叠、完全伸展的肽链形式包在脂双层的 内外两侧。1954年对该模型进行了修改：膜 上有一些二维伸展的孔,孔的表面也是由蛋 白质包被的,这样使孔具有极性,可提高水对 膜的通透性。这一模型是第一次用分子术语 描述的结构
膜糖的存在方式
通过共价键同膜脂或膜蛋白相连，即以糖脂或糖蛋 白的形式存在于细胞质膜上。
糖同氨基酸的连接主要有两种形式，即O-连接和N-连接
O-连接:是糖链与肽链中的丝氨酸或苏氨酸残基相连， O-连接糖链较短， 约含4个糖基。
N-连接: 是糖链与肽链中天冬酰胺残基相连，N-连接 的糖链一般有10个以上的糖基。另外，N连接的方式较O 连接普遍。
膜脂的不对称性
细胞质膜各部分的名称 膜脂与糖脂的不对称性
糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础 非对称性形成原因: 磷脂:ER胞质半膜合成,Flippase选择性转运 糖脂: 催化糖基化反应的酶位于Golgi非胞质半膜,转运不
变
膜糖
存在于原核和真核细胞的质膜上（5％以下）,神经细胞糖 脂含量较高；细胞质膜上所有的膜糖都位于质膜的外表面，
极性的头部、非极性的类固醇环结构和一个非极性的碳氢尾部。胆固醇的分子较 其他膜脂要小, 双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向膜的外侧,疏水的尾部埋 在脂双层的中央。胆固醇分子是扁平和环状的,对磷脂的脂肪酸尾部的运动具有 干扰作用,所以胆固醇对调节膜的流动性、加强膜的稳定性有重要作用。
胆固醇的分子较其他膜脂要小， 双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向 膜的外侧，疏水的尾部埋在脂双层的中央
该模型认为膜的骨架是脂肪形成的脂双层结 构,脂双层的内外两侧都是由一层蛋白质包 被,即蛋白质-脂-蛋白质的三层结构,内外两 层的蛋白质层都非常薄。并且,蛋白层是以 非折叠、完全伸展的肽链形式包在脂双层的 内外两侧。1954年对该模型进行了修改：膜 上有一些二维伸展的孔,孔的表面也是由蛋 白质包被的,这样使孔具有极性,可提高水对 膜的通透性。这一模型是第一次用分子术语 描述的结构
膜糖的存在方式
通过共价键同膜脂或膜蛋白相连，即以糖脂或糖蛋 白的形式存在于细胞质膜上。
糖同氨基酸的连接主要有两种形式，即O-连接和N-连接
O-连接:是糖链与肽链中的丝氨酸或苏氨酸残基相连， O-连接糖链较短， 约含4个糖基。
N-连接: 是糖链与肽链中天冬酰胺残基相连，N-连接 的糖链一般有10个以上的糖基。另外，N连接的方式较O 连接普遍。
膜脂的不对称性
细胞质膜各部分的名称 膜脂与糖脂的不对称性
糖脂仅存在于质膜的ES面，是完成其生理功能的结构基础 非对称性形成原因: 磷脂:ER胞质半膜合成,Flippase选择性转运 糖脂: 催化糖基化反应的酶位于Golgi非胞质半膜,转运不
变
膜糖
存在于原核和真核细胞的质膜上（5％以下）,神经细胞糖 脂含量较高；细胞质膜上所有的膜糖都位于质膜的外表面，
极性的头部、非极性的类固醇环结构和一个非极性的碳氢尾部。胆固醇的分子较 其他膜脂要小, 双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向膜的外侧,疏水的尾部埋 在脂双层的中央。胆固醇分子是扁平和环状的,对磷脂的脂肪酸尾部的运动具有 干扰作用,所以胆固醇对调节膜的流动性、加强膜的稳定性有重要作用。
胆固醇的分子较其他膜脂要小， 双亲媒性也较低。胆固醇的亲水头部朝向 膜的外侧，疏水的尾部埋在脂双层的中央
《细胞膜及跨膜运输》PPT课件
1959年 Robertson 提出
评价：提出膜形态共性，解释了某些属性 不足之处： 无法解释膜的动态结构变化， 显示不出各种膜之间的结构功能差异
二、膜的分子结构
★★（三）液态镶嵌模型（fluid mosaic model）
1972年，Singer 和 Nicolson 总结提出，主要论点： 1. 流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体。 2.球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂双分子层中或附着在膜表面。 3.强调了膜的流动性和不对称性。
(一) 膜脂
生物膜上的脂类统称膜脂。
磷 脂 (phospholipid)
膜
脂
胆固醇 (cholesterol)
糖 脂 (glycolipid)
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
1、磷脂
磷脂酸（前体）
磷酸甘油酯 磷脂酰胆碱（卵磷脂）
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
类
型
磷脂酰丝氨酸
鞘磷脂
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
一、膜的化学组成
(二) 膜蛋白
2、膜外在蛋白 (extrinsic protein)
附在膜的内外表面，非共价地结合在跨膜蛋白上。
非胞质面 脂 双 分 子 层
胞质面
膜外在蛋白都是水溶性蛋白质， 多分布在膜的内表面，靠非共 价键或其它较弱的键与膜表面 的蛋白质分子或脂分子的极性 头部结合，因此只要改变溶液 的离子强度甚至提高温度
★ 概念：
大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞膜,而是通过一系列膜 囊泡的形成和融合来完成物质转运，此过程需消耗能量。
★ 分类
胞吞作用
依据吞入物质差异
胞吐作用
依据作用方式不同
吞噬作用 胞饮作用 受体介导的胞吞作用 结构性分泌 调节性分泌
评价：提出膜形态共性，解释了某些属性 不足之处： 无法解释膜的动态结构变化， 显示不出各种膜之间的结构功能差异
二、膜的分子结构
★★（三）液态镶嵌模型（fluid mosaic model）
1972年，Singer 和 Nicolson 总结提出，主要论点： 1. 流动的脂双分子层构成生物膜的连续主体。 2.球形的膜蛋白以各种形式镶嵌在脂双分子层中或附着在膜表面。 3.强调了膜的流动性和不对称性。
(一) 膜脂
生物膜上的脂类统称膜脂。
磷 脂 (phospholipid)
膜
脂
胆固醇 (cholesterol)
糖 脂 (glycolipid)
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
1、磷脂
磷脂酸（前体）
磷酸甘油酯 磷脂酰胆碱（卵磷脂）
磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
类
型
磷脂酰丝氨酸
鞘磷脂
一、膜的化学组成
(一) 膜脂
一、膜的化学组成
(二) 膜蛋白
2、膜外在蛋白 (extrinsic protein)
附在膜的内外表面，非共价地结合在跨膜蛋白上。
非胞质面 脂 双 分 子 层
胞质面
膜外在蛋白都是水溶性蛋白质， 多分布在膜的内表面，靠非共 价键或其它较弱的键与膜表面 的蛋白质分子或脂分子的极性 头部结合，因此只要改变溶液 的离子强度甚至提高温度
★ 概念：
大分子及颗粒物质并不直接穿越细胞膜,而是通过一系列膜 囊泡的形成和融合来完成物质转运，此过程需消耗能量。
★ 分类
胞吞作用
依据吞入物质差异
胞吐作用
依据作用方式不同
吞噬作用 胞饮作用 受体介导的胞吞作用 结构性分泌 调节性分泌
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某种离子的跨膜转运。
特点：离子通道型受体
高浓度
配体
2021/02/01
通道蛋白
低浓1度2
如：乙酰胆碱通道
2021/02/01
13
图示：神经肌肉连接处闸门通道
2021/02/01
14
（3）应力激活通道
通道蛋白受应力作用，构象改变而开启 “闸门”，离子通过亲水通道进入细胞， 引起膜电位变化，产生电信号。
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主动运输的特点： ①逆电化学梯度运输 ②需要能量 能量来源： 水解ATP直接供能 离子浓度梯度间接供能 ③由载体蛋白介导 （载体蛋白和泵的结合可被竞争性抑制）
第三节 大分子和颗粒物质的跨膜运输
膜泡运输（vesicular transport）： 大分子和颗粒物质被运输时并不穿过细胞膜， 物质进出是由膜包围，形成囊泡，通过一系列 膜囊泡的形成和融合来完成转运过程。 发生位点：质膜及胞内各种膜性细胞器之间的 物质运输。
（一）膜转运蛋白 （membrane transport protein）
细胞膜上负责转运不能通过简单扩散介导跨 膜转运的蛋白质。
2021/02/01
6
2、类型
1）通道蛋白（channel protein） 在膜上形成水溶性通道，介导特定离子转运 仅介导被动运输 如：水分子、多种离子
2）载体蛋白（carrier protein） 与特定溶质结合，通过构象改变进行物质转运 介导被动运输及主动运输 如：小的有机分子、无机离子 膜转运蛋白参与的物质转运具选择性
Na+ K+
K+ K+
钾结合部位
钾 浓 度 梯 度
30 倍
[] []
钠结合部位
Na+ Na+
Mg2+ Pi Pi
ATP
ADP+Pi
细胞质
K+
K+
K+ K+ K+
K+ K+ K+
K+ K+
K+ K+
钠钾泵的功能
每水解１个ATP泵出３个钠离子，泵入２个钾离子。 维持细胞内低钠高钾的特殊离子环境。 1. 维持渗透压平衡，保持细胞容积恒定 2. 产生和维持膜电位的（和离子通道一起） 3. 为物质吸收提供驱动力（葡萄糖、氨基酸） 4. 为蛋白质合成及代谢活动提供必要的离子浓度
2021/02/01
22
（2）Ca2+泵：
存在部位： 肌细胞的肌浆网上及神经终末的质膜 原理： 类似钠钾泵，ATP酶，通过磷酸化和去磷酸化改变 构象，结合与释放Ca2+ 功能： 保持胞质内的低钙浓度，参与细胞的重要活动。 如：肌肉收缩、分泌、神经递质释放、跨膜信息转 导等。
2021/02/01
23
第三讲 细胞膜与物质的跨膜转运
2021/02/01
1
一、膜的选择性通透和简单扩散
1、选择通透性膜 易于通过膜的物质：脂溶性物质、不带电荷小分子物质 不易通过膜的物质：带电荷物质、大分子物质
2021/02/01
2
2. 简单扩散（simple diffusion）
高浓度
低浓度
扩散速度取决于分子的大小及对脂类的相对溶解度
适合简单扩散的物质： 脂溶性物质(非极性物质): 苯.醇.氧.氮.
甾类激素 不带电荷小分子物质: 水.尿素.二氧化碳 不适合简单扩散的物质： 带电荷物质
简单扩散特点： 顺浓度梯度转运 不需要消耗能量
(能量来自本身高浓度势能）
不需要专一的膜转运蛋白
2021/02/01
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二、膜转运蛋白介导的跨膜运输
简单扩散
离子通道扩散
被动运输
易化扩散
被动运输：不需要细胞提供代谢能量,溶质
从浓度高的一侧经细胞膜转运至浓度低的一
侧的跨膜转运。
转运动力来自物质的浓度梯度及电位梯度
2021/02/01
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（四）载体蛋白介导的主动运输
由载体蛋白所介导的，物质逆浓度梯度或电化学 梯度，消耗能量的一种跨膜转运。
ATP直接供能（ATP驱动泵／离子泵） ATP间接供能（伴随运输） 质子泵－光能驱动
2021/02/01
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2. 离子浓度驱动的协同运输(co-transport)
（1）特点 由Na+-K+泵（或H+泵）与载体蛋白协同作用，间接消耗 ATP的一种主动运输方式。 物质跨膜运动所需要的直接动力来自膜两侧离子的电 化学梯度。 这种离子电化学浓度由Na+-K+泵（或H+泵）来维持。
（2）类型
1、离子泵直接水解ATP进行主动运输
特点： 具有载体和酶的双重作用 （ATP酶） 具有专一性 如：钙泵、氢泵、钠钾泵
（1）Na+-K+泵
Na+
Na+ Na+
钠 浓 度 梯 度
13 倍
Na+ Na+ Na+
Na+ Na+
Na+ Na+ Na+ Na+
Na+ Na+
Na+
小亚基大亚基小亚基大亚基大亚基 大亚基大亚基大亚基
同向运输 （symport）
物质运输方向与离 子转移方向相同。 如：小肠上皮细胞 吸收葡萄糖或氨基 酸伴随着Na+的进 入；
对向运输（antiport）
物质运输方向与离子转移方向相反 如： 1）Na+ 驱动的Na+－H+泵调节细胞内PH值。 2）Cl--HCO3-交换器调节细胞内PH值。
2021/02/01
如内耳毛细胞感受声波震动
2021/02/01
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（三）载体蛋白介导的易化扩散 （facilitated diffusion）
1、定义：在特异性载体蛋白介导下，一些非脂溶性的物质，如 葡萄糖、氨基酸、核苷酸等，不消耗细胞代谢能，顺电化学梯度 的跨膜转运。
高浓度
载体蛋白
低浓度
2、特点：
具有选择性、特异性； 载体蛋白可循环使用； 转运速率高于简单扩散； 具有饱和性，存在最大转运速度。
2021/02/01
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（二）离子通道高效转运各种离子
1、离子通道扩散的特点：
沿着溶质浓度梯度、跨膜电位差——介导被动运输； 对离子有高度选择性； 转运速率高； 开关受“闸门”控制，多数是关闭状态，但某些通道蛋
白常期处于开放状态； 如：钾泄漏通道
2021/02/01
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2、门控通道的类型
电压门控通道（voltage-gated channnnel） 应力激活通道 (stress-activated channel)
2021/02/01
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1）电压门控通道： 跨膜电位的改变诱发通道蛋白构象改变，使通道 开放，离子顺浓度梯度跨膜转运。
2021/02/01
10
通道开放时间只有几毫秒，随即迅速自发关闭。 见于可兴奋细胞：神经元、肌细胞及腺上皮细胞等
2021/02/01
11
定义：与特定配体结合后构象改变，闸门开放，介导