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细胞生物学第五章第1页/共33页 第一节 物质的跨膜运输相关知识：脂双层的不透性和膜转运蛋白 物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一 1、脂双层的不透性维持细胞内外的离子差异。 2、膜转运蛋白： 载体蛋白（carrier proteins） ——通透酶（permease）性质；介导被动运输与主动运输。 通道蛋白（channel proteins） ——具有离子选择性，转运速率高；离子通道是门控的；只介导被动运输 类型： 电压门通道 配体门通道 压力激活通道 第2页/共33页 第一节 物质的跨膜运输跨膜运输的类型：一、被动运输（passive transport）二、主动运输（active transport）三、胞吞作用（endocytosis）与胞吐作用（exocytosis）第3页/共33页 一、被动运输（passive transport）?特点：运输方向（高-低）、跨膜动力（浓度梯度）、能量消耗（\）、膜转运蛋白（简单扩散无、协助扩散有）?类型：（一）简单扩散的特点是：（1）不耗能，速度较慢；（2）扩散动力是浓度梯度，扩散方向由高浓度区向低浓度区。研究表明，分子通过人工无蛋白的脂双层膜时是按浓度梯度进行扩散，其扩散速度基本上取决于分子的大小及其在油中的相对溶解度。一般较小的非极性分子能很快地扩散通过膜，不带电的小极性分子也能快速通过，大的不带电的极性分子及离子不易透过。（二）协助扩散的特点是：（1）不耗能，速度较快；（2）动力是浓度梯度；（3）有运输蛋白参加，对扩散的物质具有选择性。促进扩散与简单扩散的不同是有运输蛋白参加，由于蛋白的作用，使速度加快，而且对运输的物质有选择性。运输蛋白是跨膜蛋白分子或是跨膜蛋白分子复合物，它们以多种形式存在，并发现存在于各种生物膜中。（三）水孔蛋白：水分子的跨膜通道（课后参考相关文献） 第4页/共33页 二、主动运输（active transport）●特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白 被动与主动运输的比较 ●类型：三种基本类型 （ATP、协同、光动力） （一）由ATP直接提供能量的主动运输 ?钠钾泵 （结构与机制） （二）由ATP直接提供能量的主动运输 ?钙泵（Ca2+-ATP酶）?质子泵：V-型质子泵、H+-ATP酶（F-型质子泵） （三）?协同运输（cotransport） 由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用， 靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式 （四）物质的跨膜转运与膜电位 第5页/共33页 1、Na+-K+泵（Na+泵或Na+-K+-ATPase）目前各方面工资料证明Na+-K+泵，实质上就是Na+-K+-ATPase，它是膜中的内在蛋白，作用是将细胞内的Na+泵出胞外，同时将胞外的K+泵入胞内。Na+-K+泵由α和β大小二个亚基构成，α为大亚基，分子量约为120KDa，为催化部分，具有ATP酶活性；β为小亚基，分子量为50KDa。在细胞内侧α亚基与Na+结合，激活了ATP酶的活性使ATP分解，高能磷酸根与酶结合，发生磷酸化作用，引起α亚基构象变化。于是与Na+结合的部位转向膜外侧，在膜外侧α亚基对Na+的亲和力低，对K+的亲合力高，因而释放Na+，结合K+。K+在胞外与α亚基的另一位点结合，促使酶发生去磷酸化作用，使磷酸根很快解离，结果α基构象又恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧。在膜内侧，酶与K+亲合力低，与Na+亲合力高，K+在膜内被释放，而又与Na+结合，由此完成一个循环。这种磷酸化和去磷酸化引起的构象变化交替出现，每循环一次，消耗1分子ATP，同时从胞内泵出3个Na+，从胞外泵近2个K+ 。第6页/共33页 2、Ca2+泵（Ca2+-ATPase）Ca2+泵对机体的重要性不亚于Na+K+泵，Ca2+泵是由多肽构成的跨膜蛋白，分子量100KDa。它的运输机制类似于Na+K+-泵，Ca+泵的工作与ATP水解相偶联，每消耗1分子ATP，可从胞内转出2个Ca2+ ，并逆向运输1个Mg2+。Ca2+泵主要存在于细胞膜和内质网膜上，可将Ca2+泵出细胞质，使Ca2+浓度在胞质中维持低水平。一般细胞内游离Ca2+浓度约为10-7mol/L,细胞外为10-3mol/L，因此，该过程也是逆浓度梯度运输。第7页/共33页 三、胞吞作用与胞吐作用（endocytosis and exocytosis） 胞吞作用与胞吐作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜 运输，又称膜泡运输或批量