细胞膜与物质的跨膜运输

第三讲细胞膜与物质的跨膜转运一、膜的选择性通透和简单扩散1、选择通透性膜易于通过膜的物质：脂溶性物质、不带电荷小分子物质不易通过膜的物质：带电荷物质、大分子物质高浓度低浓度2.简单扩散（simplediffusion）扩散速度取决于分子的大小及对脂类的相对溶解度适合简单扩散的物质：脂溶性物质(非极性物质):苯.醇.氧.氮.甾类激素不带电荷小分子物质:水.尿素.二氧化碳不适合简单扩散的物质：带电荷物质简单扩散特点：顺浓度梯度转运不需要消耗能量(能量来自本身高浓度势能）不需要专一的膜转运蛋白（一）膜转运蛋白（membranetransportprotein）细胞膜上负责转运不能通过简单扩散介导跨膜转运的蛋白质。二、膜转运蛋白介导的跨膜运输2、类型1）通道蛋白（channelprotein）在膜上形成水溶性通道，介导特定离子转运仅介导被动运输如：水分子、多种离子2）载体蛋白（carrierprotein）与特定溶质结合，通过构象改变进行物质转运介导被动运输及主动运输如：小的有机分子、无机离子膜转运蛋白参与的物质转运具选择性1、离子通道扩散的特点：沿着溶质浓度梯度、跨膜电位差——介导被动运输；对离子有高度选择性；转运速率高；开关受“闸门”控制，多数是关闭状态，但某些通道蛋白常期处于开放状态；如：钾泄漏通道（二）离子通道高效转运各种离子2、门控通道的类型电压门控通道（voltage-gatedchannel）配体门控通道（ligand-gatedchannel）应力激活通道(stress-activatedchannel)1）电压门控通道：跨膜电位的改变诱发通道蛋白构象改变，使通道开放，离子顺浓度梯度跨膜转运。通道开放时间只有几毫秒，随即迅速自发关闭。见于可兴奋细胞：神经元、肌细胞及腺上皮细胞等通道蛋白配体高浓度低浓度定义：与特定配体结合后构象改变，闸门开放，介导某种离子的跨膜转运。特点：离子通道型受体如：乙酰胆碱通道图示：神经肌肉连接处闸门通道（3）应力激活通道通道蛋白受应力作用，构象改变而开启“闸门”，离子通过亲水通道进入细胞，引起膜电位变化，产生电信号。如内耳毛细胞感受声波震动载体蛋白高浓度低浓度（三）载体蛋白介导的易化扩散（facilitateddiffusion）1、定义：在特异性载体蛋白介导下，一些非脂溶性的物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等，不消耗细胞代谢能，顺电化学梯度的跨膜转运。2、特点：具有选择性、特异性；载体蛋白可循环使用；转运速率高于简单扩散；具有饱和性，存在最大转运速度。被动运输：不需要细胞提供代谢能量,溶质从浓度高的一侧经细胞膜转运至浓度低的一侧的跨膜转运。转运动力来自物质的浓度梯度及电位梯度简单扩散易化扩散离子通道扩散被动运输（四）载体蛋白介导的主动运输由载体蛋白所介导的，物质逆浓度梯度或电化学梯度，消耗能量的一种跨膜转运。ATP直接供能（ATP驱动泵／离子泵）ATP间接供能（伴随运输）质子泵－光能驱动特点：具有载体和酶的双重作用（ATP酶）具有专一性如：钙泵、氢泵、钠钾泵1、离子泵直接水解ATP进行主动运输细胞质Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+大亚基大亚基ATPADP+Pi钾浓度梯度[30倍]钠浓度梯度[13倍]大亚基大亚基大亚基大亚基Pi钠结合部位钾结合部位Na+Na+Na+Na+K+Mg2+PiPiK+K+K+大亚基大亚基大亚基大亚基（1）Na+-K+泵钠钾泵的功能每水解１个ATP泵出３个钠离子，泵入２个钾离子。维持细胞内低钠高钾的特殊离子环境。1.维持渗透压平衡，保持细胞容积恒定2.产生和维持膜电位的（和离子通道一起）3.为物质吸收提供驱动力（葡萄糖、氨基酸）4.为蛋白质合成及代谢活动提供必要的离子浓度（2）Ca2+泵：存在部位：肌细胞的肌浆网上及神经终末的质膜原理：类似钠钾泵，ATP酶，通过磷酸化和去磷酸化改变构象，结合与释放Ca2+功能：保持胞质内的低钙浓度，参与细胞的重要活动。如：肌肉收缩、分泌、神经递质释放、跨膜信息转导等。（1）特点由Na+-K+泵（或H+泵）与载体蛋白协同作用，间接消耗ATP的一种主动运输方式。物质跨膜运动所需要的直接动力来自膜两侧离子的电化学梯度。这种离子电化学浓度由Na+-K+泵（或H+泵）来维持。2.离子浓度驱动的协同运输(co-transport)（2）类型同向运输（symport）物质运输方向与离子转移方向相同。如：小肠上皮细胞吸收葡萄糖或氨基酸伴随着Na+的进入；对向运输（antiport）物质运输方向与离子转移方向相反如：1）Na+驱动的Na+－H+泵调节细胞内PH值。2）Cl--HCO3-交换器调节细胞内PH值。主动运输的特点：①逆电化学梯度运输②需要能量能量来源：水解ATP直接供能离子浓度梯度间接供能③由载体蛋白介导（载体蛋白和泵的结合可被竞争性抑制）第三节大分子和颗粒物质的跨膜运输膜泡运输（vesiculartransport）：大分子和颗粒物质被运输时并不穿过细胞膜，物质进出是由膜包围，形成囊泡，通过一系列膜囊泡的形成和融合来完成转运过程。发生位点：质膜及胞内各种膜性细胞器之间的物质运输。一、胞吞作用（endocytosis）（一）吞噬作用（phagocytosis）（二）胞饮作用（pinocytosis）（三）受体介导的内吞作用二、胞吐作用（exocytosis）定义：细胞膜凹陷或形成伪足，摄入直径大于0.5um的颗粒物质（如细菌、细胞碎片等）的过程。形成的膜泡称吞噬体或吞噬泡。功能：在机体防御系统中发挥重要作用常见于具有吞噬功能的细胞：中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞(一)吞噬作用(phagocytosis)定义：细胞非特异性摄取细胞外液滴的过程。形成的小囊泡称胞饮体或胞饮泡。常见于白细胞、巨噬细胞毛细血管内皮细胞肾小管内皮细胞小肠上皮细胞等（二）胞饮作用(pinocytosis)（三）受体介导的内吞作用（receptor—mediatedendocytosis）定义：细胞通过受体的介导,摄取细胞外专一性蛋白质或其他化合物的过程。特点：具有选择性和高效性如：LDL、铁离子、VB12、免疫球蛋白1、有被小窝和有被小泡有被小窝（coatedpit）：质膜上受体集中的特定区域。此区域质膜向内凹陷，其内表面覆盖一层由网格蛋白和衔接蛋白组成的毛刺状电子致密物。有被小泡（coatedvesicle）：有被小窝内陷并与质膜脱离后形成的，胞外溶质同有被小窝处的受体结合形成的、包被着网格蛋白的配体-受体复合物的囊泡。（1）网格蛋白衣被小泡3个重链和3个轻链组成一个含3个曲臂的三腿蛋白复合物，36个三腿蛋白复合物交织在一起，形成具有5（6）边形的篮网状结构。A三腿复合物B包被亚基C网格蛋白小泡Clathrincoatedvesicles网格衣被小泡的形态（2）衔接蛋白（adaptin）介于网格蛋白与配体-受体复合物之间，参与衣被的形成并起连接作用；具有特异性（3）发动蛋白：一种GTP结合蛋白2、受体介导的LDL内吞作用LDL：载脂蛋白ApoB100将酯化胆固醇、磷脂、游离胆固醇组装成的球形颗粒。细胞质LDL颗粒LDL受体有被小窝有被小泡无被小泡胞内体受体与大分子颗粒分开胞内体部分胞内体部分初级溶酶体吞噬溶酶体受体再循环（二）胞吐作用（exocytosis）指细胞内合成的物质通过囊泡转运至细胞膜，与质膜融合后，将物质排出细胞外的过程。穿胞吞吐胞吐作用的两种形式：1.结构性分泌(constitutivepathwayofsecretion)：分泌蛋白包装入高尔基体的分泌囊泡中，随即被分泌到细胞外面。2.调节性分泌(regulatedpathwayofsecretion)：分泌蛋白贮存于分泌囊中，接受信号后释放。四、细胞表面及其特化结构细胞表面（cellsurface）1.细胞外被2.细胞膜3.胞质溶胶一细胞外被和胞质溶胶（一）细胞外被也称糖萼（glycocalyx），质膜中的糖蛋白和糖脂向外表面延伸出的寡糖链部分，质膜的一部分。（二）胞质溶胶二细胞表面的特化结构（一）褶皱细胞表面的扁性突起，为细胞的吞饮装置。巨噬细胞吞噬细菌（二）微绒毛上皮细胞游离面的细胞膜和细胞质伸出的指状突起功能：扩大细胞表面积，有利于细胞的吸收；搜索抗原、毒素，协助摄取异物(四)细胞内褶（三）纤毛