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1、第一节 细胞内外的物质交换,大分子和颗粒的膜泡运输,小分子和离子的穿膜运输,一、小分子和离子的穿膜运输,小分子： 疏水分子如O2、CO2、N2、磺胺、苯等脂溶性物质。 小的不带电荷的极性分子如尿素、甘油、H2O、乙醇等。 大的不带电荷的极性分子如葡萄糖、氨基酸等。 离子： 钠离子、钾离子、钙离子、氢离子、碳酸根离子、磷酸根离子、镁离子、氯离子等,动画,扩散,扩散,脂溶性物质,动画,注：这类小分子和离子通过细胞膜的方式不同，根据是否需要ATP的参入，分为： 被动运输：不消耗细胞的代谢能（ATP），顺浓度梯度的运输。 主动运输：消耗细胞的代谢能（ATP），逆浓度梯度的运输。,动画,被动运输和主动运
2、输,动画,通道扩散,帮助扩散,简单扩散,被动运输,主动运输,（一）被动运输：,简单扩散 通道扩散 帮助扩散 注：扩散-高浓度到低浓度,动画,简单扩散,扩散现象： H2O中滴一滴墨水后的扩散现象； CO、CH4等气体的扩散知识； 半透膜内外加入不同物质后的渗透现象。 细胞膜有半透膜的特性，膜脂分子间有很小的间隙 ，部分小分子可直接通过此间隙由浓度高侧向浓度低侧扩散。,动画,进行简单扩散的分子有：,非极性小分子：如O2、N2、苯。 脂溶性物质：如乙醇、甾类激素、磺胺类等。 带电荷的极性小分子：如CO2、H2O、甘油、尿素等 。,动画,简单扩散的特点：,高浓度向低浓度 不消耗细胞的代谢能 扩散通过脂
3、质双分子层 速度决定于：分子的大小，浓度差的大小，脂溶性大小。ok,动画,返回,通道扩散：,细胞膜上的运输蛋白： 载体蛋白：通过构象变化运输物质 通道蛋白：形成通道、运输物质 通道蛋白形成通道：持续开放（如水通道） 间断开放（闸门通道） 配体闸门通道：配体与受体结合，通道开放。 电压闸门通道：膜电位变化，启动通道开放。 离子闸门通道：特定离子浓度变化，启动通道。,动画,有通道蛋白， 物质由高浓度到低浓度， 无需ATP参入,动画,例如：神经-肌肉兴奋，不到秒钟的时间内完成，这一过程包括四种通道顺次开放：,A、刺激神经冲动神经末梢，膜去极化，电压闸门通道钙离子通道开放，钙离子进入神经末梢，刺激乙酰
4、胆碱（ACH）分泌到突触间隙中； B、ACH与突触后肌细胞膜上的受体结合，配体闸门钠离子通道开放，钠离子进入肌细胞，肌细胞膜去极化； C、肌细胞膜上电压闸门钠离子通道开放，更多的钠离子进入肌细胞，肌细胞膜进一步去极化，产生动作电位，扩散到肌细胞膜； D、肌浆网上的离子闸门通道钙离子通道开放，钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩。,进行通道扩散的分子有：,离子 神经递质,通道扩散的特点：,高浓度低浓度 不消耗细胞代谢能 通过通道蛋白 速度极快ok,返回,帮助扩散：,葡萄糖、氨基酸、核苷酸等分子量较大，属不带电荷的极性分子，不能扩散通过脂双分子层，没有相应通道，必须通过膜上载体蛋白的帮助才能通过膜，故名
5、帮助扩散。 载体：膜上一类转运蛋白，可特异的、可逆的与某物质结合，通过构象变化将物质从膜的一侧运到另一侧。,动画,动画,帮助扩散的特点：,高浓度低浓度 不消耗细胞代谢能 有载体帮助 当载体蛋白处于饱和状态时，速度最大。ok,返回,（二）主动运输：,由低浓度到高浓度，不依赖物质的浓度高低，依靠自身细胞代谢的能量，通过载体来进行运输。 主动运输的特点： 低浓度高浓度 消耗细胞代谢能（ATP） 有载体帮助,动画,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 。,根据能量来源不同分为两种形式：,载体蛋白介导的主动运输 离子梯度驱动的
6、主动运输,膜转运蛋白： 通道蛋白（只能被动运输） 载体蛋白（即能被动运输又能主动运输）,1、载体蛋白介导的主动运输,膜上运输钠和钾离子的载体称“钠钾泵”或“钠钾ATP酶”。 下面以“钠钾泵”为例介绍载体蛋白介导的主动运输过程和特点： 钠-钾泵的组成： 大亚基（100000DN）： 外侧：1、钾结合位点 2、鸟苯苷结合位点 内侧：1、钠结合点 2、ATP结合点 小亚基（45000DN）：与大亚基结合，作用不明。,进行主动运输的载体又称“离子泵”,动画,“钠钾泵”的主动运输过程：,即：3Na+结合到结合位点上 酶磷酸化 酶构象变化 3 Na+释放到细胞外 2K+结合到位点上 酶去磷酸化 2K+释放
7、到细胞内，酶构象恢复原始状态。,动画,Na+-K+泵的作用：,产生和维持膜电位； 为葡萄糖、氨基酸的主动运输创造条件 ； 维持细胞的渗透压，例如：当肾小管细胞间隙钠过高时会导致细胞内水分外渗，细胞内缺水，人会感到口渴而饮水多。,动画,膜上有许多进行主动运输的载体： Na+-K+ATP酶 Ca2+ATP酶 H+ ATP酶 Na+-H+交换载体 Cl-HCO3-交换载体等 ok,返回,2、离子梯度驱动的主动运输,主动运输的能量不是由ATP直接提供，而是由储存在膜上离子梯度中的能量来驱动的。 这类运输进行时，一种物质的运输必须依赖另一种物质的同时运输，故称为协同运输。,协同运输,两种物质同时相向转运
8、，称对向运输（逆向协同运输）。 如 Na+-K+ Na+H+ Cl-HCl3- 两种物质同时同向转运，称共运输（同向协同运输）。 如 Na+-G Na+-aa 浓度差+电位差电化学梯度 动物细胞中，Na+ 的电化学梯度通常是驱动另一种分子主运输的能量，如Na+ 梯度驱动G、aa的主动运输,进入血液，运输到全身细胞,细胞膜结构的方向性， 决定其物质运输功能 的方向性。,单运输（被动或主动运输） 协同运输(主动运输）：共运输 对向运输,物质通过细胞膜的运输,图示,通道蛋白 载体蛋白,共运输 对向运输ok,单运输 协同运输,膜转运蛋白,（被动运输主动运输）,（被动运输）,返回,二、大分子和颗粒物质的
9、膜泡运输,大分子和颗粒物质：蛋白质、核酸、多糖、细菌等 膜泡运输：大分子及颗粒物质不能直接通过细胞膜，而是通过一系列膜囊泡形成和融合来完成转运 过程，称膜泡运输。 膜泡运输： 胞吐作用 胞吞作用： 吞噬作用 吞饮作用 受体介导的胞吞作用,动画,（一）胞吞作用,吞噬作用 胞饮作用 受体介导的胞吞作用,胞吞作用途径：,膜上糖蛋白或糖脂识别 与膜接触 膜内陷包围物质 膜融合去封口 囊泡 进入细胞,有被小窝,图示 胞吞作用示意图,有被小窝：细胞膜上的特化部位，此部位膜内陷形成 一小窝，胞质侧有绒毛状结构覆盖，故名 有被小窝。 膜内陷形成 有被小窝 窝内有大分子受体 内表面有包被-网络蛋白形成的 多角网
10、状结构,有被小窝,网络蛋白,通过有被小窝的胞饮方式有两种： 一般的胞饮作用 受体介导的胞吞作用 细胞外液进入有被小窝 大分子与有被小窝内受体结合 有被小窝内陷 无被小泡 内体 运输小泡（溶酶体） 内体性溶酶体 营养物 残体 被利用 排出,受体介导的胞吞作用的特点：,有高度特异性（选择性） 内吞效率高 浓缩性,动画,LDL,以LDL的运输为例， 说明受体介导的胞吞作用， 如图示,动画,（二）胞吐作用,分泌蛋白（激素、抗体、神经递质、酶类等）RER上核糖体的合成 RER腔转运囊泡高尔基复合体 修饰、浓缩、包装分泌囊泡向细胞膜移动与膜融合分泌到细胞外。,图示 示胞吐作用,杯状细胞的胞吐作用,胰腺细胞
11、分泌胰岛素电镜图片,分泌泡,调节性分泌：另一些分泌蛋白合成后，贮存于特定的分泌泡中，只有当接受信号时才分泌，称为调节性分泌（见于特殊的分泌细胞，如：分泌激素、神经递质、消化酶的细胞等）。 结构性分泌；一些分泌蛋白合成后即迅速分泌到细胞外，称为结构性分泌（存在于所有细胞）。,分泌蛋白的两种途径：,细胞内的囊泡膜通过胞吐渗入到细胞膜中。,吞噬作用 胞饮作用 胞吞内容 固体及较大颗粒 液体及大分子溶质 如细菌 如蛋白液 囊泡大小 吞噬体 吞饮体 直径250nm 直径150nm 功能细胞 少数特化的细胞 大多数真核细胞 如吞噬细胞,细胞内的小泡： 网络蛋白有被小泡： 受体介导的胞吞作用形成 高尔基复合
12、体形成的含溶酶体酶的运输小泡 非网络蛋白有被小泡： 内质网形成 高尔基复合体形成的分泌泡 其他小泡,细胞膜的物质运输机制和类型,运输机制 运输类型 特点 举例,小分子和离子的运输,大分子及颗粒的运输,被 动 运 输,主 动 运 输,膜 泡 运 输,简单扩散 通道扩散 帮助扩散,（1）（2）同上 有载体帮助,（1）（2）同上 通过通道蛋白,（1）高浓度低浓度 （2）不消耗细胞代谢能 （3）通过脂质双分子层,（1）以囊泡形式运输 （2）耗能,O2、 N2、苯乙醇、 甾类激素、磺胺类 H2O、甘油等 离子和神经递质 氨基酸、核苷酸、 葡萄糖等 无机离子、氨基酸、 核苷酸等 激素、抗体、细菌等,（1）
13、低浓度高浓度 （2）消耗细胞代谢能 （3）有载体帮助,第二节 细胞内的物质运输,细胞核与细胞质之间的物质运输,细胞器与细胞质间的物质交换,细胞内蛋白质的运输、加工和分拣系统:,通过转运小泡运输,直接穿膜运输,一、细胞核与细胞质间的物质运输,（一）核蛋白质的运输 核蛋白质具有核定位信号，它们在细胞质中合成后，由核定位信号引导并决定其运输到细胞核内。 蛋白质输入细胞核的特点： （1）通过核孔输入； （2）输入核后，其核定位信号肽不被切除。 （3）蛋白质通过核孔复合体时保持完全折叠的天然构象。,（二） 生物大分子的双向运输,蛋白质（如组蛋白）可以通过核定位信号运输入核，细胞核内合成的RNA（rRNA
14、、tRNA、mRNA）和核糖体亚单位等也可通过核孔输出到细胞质中，这就是生物大分子通过核孔复合体的双向运输。,二、细胞器与细胞质间的物质交换,（一）线粒体与细胞质间的物质运输 小分子物质的运输： 许多小分子借助于内膜上转运蛋白进行膜内外的转运。 有些小分子借助于线粒体膜上特异性的穿梭系统进行转运。 蛋白质运输： （1）少数蛋白质内不存在引导肽段，如定位于线粒体内膜的ADP/ATP载体，它在细胞质中合成后，直接以插入线粒体内外膜接触点的方式进入线粒体并沿内膜移动定位。 （2）多数蛋白质合成后以前体的形式存在，由引导肽引导线粒体蛋白进入线粒体。,线粒体内膜上的穿梭机制,从细胞质向线粒体输入蛋白质的
15、过程示意图,（二）内膜系统与细胞质间的物质交换,小分子和离子从细胞质运送到内膜系统的方式与细胞膜类似，即各细胞器的膜上有各自的一套膜转运蛋白，通过主动运输和被动运输进行小分子和离子的转运。 蛋白质从细胞质运送到内膜系统的方式是直接穿膜运输。 蛋白质在内膜系统各细胞器间的运输方式是通过转运小泡运输。,通过转运小泡运输,（三）细胞内蛋白质的分选、加工、分拣和分泌,游离核糖体 合成的蛋白,细胞质 ,附着核糖体 合成的蛋白,内质网腔,插入内质网膜成为跨膜蛋白,游离于内质网腔 成为可溶性蛋白质,高尔基复合体,分泌蛋白 细胞膜蛋白 溶酶体酶,胞吐,细胞核 线粒体 内质网 过氧化物酶体,运输信号,运输信号,
16、修饰,修饰、分拣 ,动画,动画,1、蛋白质的运输信号,（1）信号肽和信号斑,（2）信号假说,分泌蛋白mRNA的端有信号密码，经翻译为信号肽，与细胞质中的信号识别颗粒（SRP)识别结合，蛋白质合成暂停，SRP又与粗面内质网膜上SRP受体结合，核糖体附着于内质网上， SRP脱离并再循环。,（核糖体被信号肽引导与内质网膜结合）,图示：为什么分泌蛋白会在粗面内质网上合成？,示,附着在内质网膜上的核糖体合成的多肽进入内质网腔,信号肽由信号肽酶切除,（3）穿膜信号,信号肽具有双重作用，也是蛋白质直接穿过内质网膜的穿膜信号。蛋白质由细胞质进入细胞器的方式是穿膜运输，由穿膜信号引导。 穿膜信号包括起始转运信号
17、和终止转运信号，其本质也是一些信号肽序列。信号肽引导蛋白质穿过膜以后，由其附近的信号肽酶切除信号肽。,（1）肽链在内质网膜中糖基化（N连接糖基化）：,2、蛋白质的加工,（2）蛋白质在高尔基体内的糖基化,（3）蛋白质的水解,（4）蛋白质的分拣,溶酶体酶的分拣,分泌蛋白的分拣,min， 标记物在ER,20min， 标记物在GC,90min， 标记物在分泌泡,分泌蛋白的分泌过程,胰液的分泌,示细胞器之间的转运小泡运输,溶酶体,分泌蛋白,膜蛋白,蛋白质在高尔基体成熟面分拣 蛋白质在高尔基体内糖基化、水解、浓缩等 蛋白质在内质网腔内糖基化,（5）膜流,膜流（membrane flow） 膜流是指细胞膜和细胞内各种 膜相结构间的相互 联系和转移。,思考题：,1、比较各种细胞内外物质跨膜运输方式的特点及生物学意义。 2、简述细胞内蛋白质的分选、运输、分拣和加工过程。 3、何为蛋白质的运输信号？有几种类型？有何作用？试举例说明。 4、何为膜流？有何意义？ 5、解释并区别下列名词： 主动运输/被动运输 胞吞作用/胞吐作用 吞噬/胞饮 载体蛋白/通道蛋白 单运输/协同运输 信号肽/信号斑,