5物质的跨膜运输 PPT.ppt

第五章 物质的跨膜运输 第一节 膜转运蛋白与物质的跨膜运输 一、脂双层的不透性和膜转运蛋白 （一）脂双层的不透性 （二）载体蛋白及其功能 （三）通道蛋白及其功能 二、被动运输与主动运输 （一）简单扩散 （二）水孔蛋白 （三）协助扩散 （四）主动运输 1、ATP驱动泵 2、偶联转运蛋白 3、光驱动泵 第二节 离子泵和协同运输 一、 P-型离子泵 二、V-型质子泵、 三、 F-型质子泵和ABC超家族 四、协同运输 五、离子跨膜转运与膜电位 第三节 胞吞作用与胞吐作用 一、胞饮作用与吞噬作用 二、受体介导的胞吞作用 三、胞吐作用 作业 （一）脂双层的不透性 细胞膜是细胞与细胞外环境之间的一种选择性通透屏障，物质的跨膜运输对细胞的生存和生长至关重要。 Na+是胞外最丰富的阳离子，K＋是胞内最丰富的阳离子。 物质通过细胞膜的转运主要有三种途径：被动转运、主动转运、胞吞与胞吐。 细胞内外的离子差别分布主要由两种机制调控： 1、特殊的膜转运蛋白活性（载体蛋白和通道蛋白） 2、质膜的脂双层的疏水性 细胞必须有等量的正负电荷以维持其中性。细胞内的阴离子即Cl-、HCO3-、PO43-、蛋白质、核酸和荷载磷酸及羧基基团的代谢物等被有机分子固定的阴离子，被捕获在细胞内，不能透过质膜。 脂溶性分子和小的不带电荷的分子以简单扩散方式直接通过脂双层。 脂双层是疏水分子和离子的渗透屏障，对绝大多数溶质分子和离子具高度不透性。 所有的有机分子和带电荷的无机离子的跨膜转运都需要特殊的膜转运蛋白。 膜转运蛋白分为两类：载体蛋白—载体蛋白通过构象改变介导溶质被动运输；通道蛋白—在开启状态下，根据溶质的大小和电荷辨别透过与否。 （二）载体蛋白（carrier proteins）及其功能 特征： 1、载体蛋白是多次跨膜蛋白分子 2、载体蛋白具有高度选择性、饱和动力学、底物竞争性等特征 3、载体蛋白是葡萄糖、Na＋－K＋泵、Ca2＋抑制泵、H＋泵等载体 载体蛋白通过构象改变介导溶质被动运输的模型 图示： 膜上的载体蛋白以两种构象状态存在： A 溶质结合位点在膜外侧暴露 B 溶质结合位点在膜外侧暴露 两种构象状态的转变是随机发生的，不依赖于是否有溶质结合和是否完全可逆，顺浓度梯度进入细胞 载体蛋白的功能： 1、类似于细胞质膜上结合的酶，有特异的结合位点，同特异底物（溶质）结合，具有高度选择性； 2、转运过程具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征； 3、既可被底物类似物竞争性抑制，又可被某种抑制剂非竞争性抑制以及对pH有依赖性； 4、对转运的溶质分子不作任何共价修饰。 人工膜对各类物质的通透率： 1、脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小； 2、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； 3、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； 4、人工膜对带电荷的物质，如各类离子是高度不通透的； 5、质膜的通透性：P = K D / d 疏水分子 （二）水孔蛋白(AQP) 水孔蛋白即水分子的跨膜通道，是内在膜蛋白的一个家族，在各种特异性组织(肾小管、脑、唾腺、泪腺等)细胞中，提供了快速跨膜运动的通道。 水孔蛋白结构及其亚基示意图 A.水孔蛋白由4个亚基组成的四聚体； B.每个亚基由3对同源的跨膜α螺旋组成； C.水孔亚基三维结构，中间球形分子为水分子 水孔蛋白形成对水分子高度特异的亲水通道，只容许水而不容许离子或其他小分子溶质通过。 （三）协助扩散（facilitated diffusion） 协助扩散：也称促进扩散，是各种极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、核苷酸及细胞代谢物等顺其浓度梯度或电化学梯度的跨膜转运，不需要细胞提供能量，但需膜转运蛋白的协助。 肠道 葡萄糖载体 紧密连接 运输蛋白促使葡萄糖的扩散 哺乳类动物的细胞利用血糖作为主要能源，人类基因组编码12种与糖转运相关的载体蛋白GLUT1～GLUT12,构成葡萄糖载体蛋白家族，都具有高度同源的氨基酸序列，均含有12次跨膜的α螺旋。 多肽跨膜段由疏水性氨基酸残基组成，α螺旋带有Ser（丝）、Thr（苏）、Asp（天）和Glu（谷）残基，侧链同葡萄糖羟基形成氢键和结合位点，完成葡萄糖的协助扩散。 （四）主动转运（active transport） 主动转运是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度的跨模转运方式，需要消耗能量。 根据主动转运过程所需能量来源的不同可归纳