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1、医学细胞生物学（Medical Cell Biology),医学遗传学与细胞生物学教研室,李元杰 讲师,第四章第四节 细胞膜与物质转运,跨膜运输 （气体、离子、小分子）,物质跨膜运输的两种方式,膜泡运输 （大分子、颗粒物质）,一、跨膜运输 （transmembrane transport）,气体、离子和小分子运输方式,细胞内,细胞外,膜蛋白,膜蛋白,脂双层,跨膜运输的原则,1、脂溶性越大的分子越容易穿膜 （水分子例外）； 2、小分子比大分子容易穿膜； 3、不带电荷的分子容易穿膜； 4、弱电解质比强电解质容易穿膜； 5、离子和亲水性分子不容易穿膜。,葡萄糖、带电荷的离子(H,Na+,K+,Ca2
2、+等)怎样穿膜？,O2苯,H2O 苯,葡萄糖,H Na+,细胞膜,转运蛋白参与！,(一)小分子和离子的跨膜机制,1.某些溶质跨膜工具：转运蛋白,通道蛋白 （Channel Protein） 水通道、离子通道,载体蛋白 (Carrier Protein) 葡萄糖载体,“for the discovery of water channels”,“for structural and mechanistic studies of ion channels”.,2.物质转运方向,被动运输 （Passive Transport）,主动运输 （Active Transport）,物质运输,（二）小分子跨膜
3、运输的方式,被动运输: 1、简单扩散： Simple Diffusion 2、协助扩散：Facilitated Diffusion 2.1 通道蛋白协助扩散：Ion Channel Facilitated Diffusion 2.2、载体蛋白协助扩散：Carrier Protein Facilitated Diffusion 主动运输: 3、离子泵：Ion Pump 4、协同运输：Coupled Transport,特点 不耗能 不需膜蛋白 依靠物质浓度差。 举例 水 脂溶性物质 气体物质,简单扩散,1、简单扩散Simple Diffusion,被动运输,简单扩散,被动运输,人工脂双层 对不同
4、分子的相对通透性,不同分子通过 人工脂双层的渗透系数,决定物质对膜通透性的因素,脂溶性：正相关于膜通透性；(乙醇与丙醇) 极性：非极性物质易透过；（CO2） 分子大小：小分子比大分子易透过； 导电性：不带电的物质易透过。（O2）,被动运输,一种物质对膜的通透性取决于上述因素的综合。 如：水分子； Na+、K+等带电荷离子。,易化扩散、促进扩散、帮助扩散； 借助细胞膜上的膜转运蛋白的构象，运输一些非脂溶性和亲水性的物质； 糖类、氨基酸、核苷酸、无机离子； 转运蛋白分为：通道蛋白和载体蛋白。,被动运输,2、协助扩散Facilitated Diffusion,2.1、离子通道协助扩散Ion Chan
5、nel Facilitated Diffusion,特点 需要通道蛋白 选择性；可控性 瞬间、大量通过（开放间断性） 不耗能,跨膜蛋白质， 螺旋蛋白构成， 中心具有亲水通道,被动运输,通道蛋白的结构,通道蛋白模式图,通道蛋白肽链以螺旋 7次穿膜，中间形成亲水通道,被动运输,电压门控通道(voltage-gated channel) 靠膜电位 如Na+、K+、Ca2等离子通道,电化学梯度,通道蛋白的类型,被动运输,配体门控通道(Ligand-gated Channel) 依靠化学物质(配体)与受体的结合 如乙酰胆碱通道。,配体闸门通道,细胞外,细胞内,机械门控通道(Mechanical-gate
6、d Channel) 内耳听觉毛细胞（声音内耳毛细胞下方基膜震动纤毛 触及上方覆膜纤毛倾斜机械作用使纤毛离子通道开放）,被动运输,神经肌肉连接处的闸门通道,被动运输,闸门开放时间极短，有利于一些顺序性活动，即一个通道离子的流入可以引起另一个通道的开放。,休 息,特点 需“载体蛋白”（镶嵌蛋白） 高度特异性（载体易位机制） 饱和性 不耗能,2.2、载体蛋白协助扩散 Carrier Protein Facilitated Diffusion,载体蛋白易位机制,水溶性小分子借膜上载体蛋白的帮助,顺浓度梯度以不耗能的方式向细胞内转运.,被动运输,举例 非脂溶性物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸进入红细胞。
7、是细胞摄取葡萄糖和氨基酸的主要方式., 高度选择特异性，只与某一种物质暂时性的、 可逆的结合和分离。 饱和性。 (3)蛋白变性剂对膜转运蛋白有抑制作用。,特点,被动运输,特点 需“转运蛋白”的参与。 需要分解ATP提供能量。,3、离子泵 Ion Pump,具有离子的结合 位点和 ATP酶活性,造成亲和力 的变化,主动运输,举例 Na+-K+泵，Ca2泵，H泵等,ATP酶去磷酸化,Na+与ATP酶结合,ATP酶磷酸化,Na+释放至膜外ATP酶构象变化（亲K+构象）,K+ 与ATP酶结合,K释放至膜内ATP酶构象变化（亲Na+构象）,Na+-K+泵作用过程,1) 维持细胞的渗透压，保持细胞的体积；
8、 2） 维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的 静息电位； 3） 维持细胞内外Na+、K+离子浓度差。,Na+-K+泵作用,主动运输,钙离子泵,原理与钠钾泵相似，每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。,主动运输,4、协同转运（伴随运输）Cotransport,溶质分子（葡萄糖或氨基酸）与Na+一起相伴进入细胞内的主动运输现象。,主动运输,Na+,葡萄糖,特点 需“转运蛋白”（同向运输载体），不直接利用ATP，利用Na+ 跨膜电化学梯度驱动。 需Na+泵消耗ATP转运Na+，造成膜内外Na+浓度差。,举例 小肠上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸等。,小肠上皮细胞,小肠肠腔,血液,主动运输,同向协同
9、运输（共转移）：如Na+和葡萄糖； 反向协同运输（对转移）：如Na+和+ 。, 小分子物质逆浓度梯度转运； 需要消耗代谢能量； 需要膜上的特异性载体蛋白。,特点,主动运输,主动运输与被动运输比较,顺浓度梯度,逆浓度梯度,消耗代谢能,不消耗代谢能,有或无载体 蛋白通道蛋白,必须有载体蛋白,直接主动运输 间接主动运输,简单扩散 易化扩散,比较,不同运输机制的主要特性,两种运输方式的生物学意义,主动运输：维持细胞内环境的稳定， 快速调整不同细胞内环境的， 对细胞的生命活动非常重要。,被动运输：顺浓度梯度转运物质, 使细胞内外环境差距缩小。,被动运输-减少细胞与周围环境的差别； 主动运输-创造细胞与周围环境差别。,小 结,被动运输、主动运输的概念,被动运输的类型及其特点,小分子物质的主动运输类型及特点,名词解释： 被动运输、主动运输、通道蛋白、 泵、协助扩散、协同转运。 问答题： 1、被动运输与主动运输的重要区别是什么？ 2、为什么说细胞膜是一种选择性的半透膜？,