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1、第五章 物质的跨膜运输与信号转递,物质的跨膜运输,第一节 物质的跨膜运输,一、被动运输（passive transport）,（一）简单扩散 simple diffusion,（二）协助扩散 facilitated diffusion,二、主动运输（active transport）,ATP直接供能ATP间接提供能量光能驱动,三、胞吞与胞吐作用,定义：是指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转运。转运的动力来自物质的浓度梯度，不需要细胞提供代谢能量。特点：运输方向、跨膜动力、能量消耗类型：简单扩散、协助扩散,一、被动运输（passive transport）,FIG.人工脂
2、双层膜对不同分子的相对透性,（一）简单扩散,疏水的小分子或小的不带电荷的极性分子在以简单的扩散方式跨膜转运中，不需要细胞提供能量，也没有膜蛋白的协助，因此称为简单扩散（simple diffusion),（二）协助扩散 facilitated diffusion,各种极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等顺浓度梯度或电化学梯度减小方向的跨膜转运，该过程不需要细胞提供能量，但需要特异的膜蛋白“协助”物质转运 使其转运速率增加，转运特异性增强。,Fig.简单扩散与协助扩散的比较,（1）转运速率高（2）存在最大转运速率(Vmax),因此可用KM值衡量某种物质的转运速率。（3）KM值
3、反应转运的特异性（红细胞质膜D构型葡萄糖KM为1.5mmol/L，L构型葡萄糖KM大于3000mmol/L。（4）细胞膜上存在转运蛋白，负责无机离子和水溶性有机小分子的跨膜转运。,协助扩散的特征,载体蛋白,膜转运蛋白,通道蛋白,1.载体蛋白及其功能,载体蛋白（carrier proteins）：存在于细胞膜上的一种具有特异性传导功能的蛋白质，它能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象改变介导溶质分子的跨膜转运。,作用：介导顺浓度或电化学梯度的运输,2.通道蛋白及其功能,通道蛋白（channel proteins）：存在于细胞膜上的一种跨膜蛋白质，其跨膜部分形成亲水性的通道，当这些孔道开放时允许适
4、宜大小的分子和带电荷的离子通过，通道蛋白所介导的被动运输不需要与溶质分子结合。,特征：离子选择性、门控,离子选择性和门控,通道蛋白的门控,Fig.三种类型的门控离子通道示意图,水通道？,二、主动运输（active transport）,定义：是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向高浓度的一侧进行跨膜转运的方式。特点：运输方向、跨膜动力、能量消耗类型（根据能量来源）：ATP直接供能、ATP间接提供能量、光能驱动,Fig.驱动主动运输的三种类型,Fig.Na+-K+泵的结构与工作模式示意图,（一）由ATP直接提供能量的主动运输钠钾泵,Fig.Na+-K+泵的工作模式示意图,
5、工作原理：,Fig.Ca2+泵的结构与工作模式示意图,（二）由ATP直接提供能量的主动运输钙泵和质子泵,质子泵,功能：建立H+电化学梯度，驱动转运溶质进入细胞,种类,（1）P型质子泵：结构与Na+-K+泵和Ca2+泵结构类似，在转运H的过程中涉及磷酸化和去磷酸化，存在于真核细胞的细胞膜上。（2）V型质子泵：在转运H的过程中不磷酸化中间体，存在于动物细胞溶酶体膜和植物细胞液泡膜上，其功能是维持细胞质基质中性pH和细胞器内的酸性。（3）H+-ATP酶:存在于线粒体膜、植物类囊体膜机多数细菌质膜上，以相反的方式发挥生理作用H+顺浓度梯度运动，释放能量与合成ATP偶联起来：,线粒体磷酸化叶绿体光合磷酸
6、化,（三）协同运输 cotransport,共运输 对向运输,共运输（symport）,Fig.小肠上皮细胞吸收葡萄糖(Glc)示意图：葡萄糖分子通过Na+驱动的供运输方式进入上皮细胞；再经载体介导的协助扩散方式进入血液；Na+-K+泵消耗ATP维持Na+的电化学梯度。,主动运输与被动运输的比较,（四）物质的跨膜运转与膜电位,膜电位：细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。,静息电位：在静息状态下的膜电位。,动作电位：在刺激作用下产生行使通讯功能的快速变化的膜电位。,超极化：,反极化：,去极化：,Fig.离子流与动作电位示意图,Fig.Na+通道动作电位,Fig.膜电位测定,Fig.膜片钳技
7、术,Fig.电镜观察到的胞吞作用(A)Clathrin-coated vesicles.(B)Golgi cisternae from a cell-free system in which COPI-coated vesicles bud in the test tube.(C)COPII-coated vesicles.,三、胞吞与胞吐作用,Fig.膜泡运输过程中有不同蛋白质参与.,胞吞作用与吞噬作用的区别：1.吞噬泡的大小不同：胞饮泡250nm 2.胞吞物的种类不同：3.胞吞泡形成的机制不同：,（一）胞饮作用与吞噬作用,胞吞作用：通过细胞膜内陷形成囊泡（称胞吞泡，endocytic ve
8、sicle)将外界物质裹进并输入细胞的过程。根据形成的胞吞泡的大小和胞吞物质，胞吞作用分为胞饮作用（胞吞物为溶液，形成的囊泡较小，pinocytosis）和吞噬作用（胞吞物为微生物和细胞碎片等大的颗粒性物质，形成的囊泡较大，phagocytosis）。,Fig.通过网格蛋白有被小泡介导的选择性运输示意图,胞吞泡形成的机制,（二）受体介导的胞吞作用,选择浓缩机制（selective concentrating mechanism）,Fig.LDL的受体介导的胞吞作用,（三）胞吐作用,胞吐作用：将细胞内的分泌泡或其它某些膜泡中的物质通过细胞质膜运出细胞的过程。,组成型胞吐途径（constitutive exocytosis pathway）：糙面内质网高尔基体分泌泡细胞表面调节型胞吐作用（regulated excocytosis）：特化的分泌细胞分泌产物储存在特化的分泌细胞相应的激素信号刺激分泌,Fig.细胞组成型和调节型胞吐作用,
