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1、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,脂质双分子层,2. 简单扩散(simple diffusion),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 (membrane tra
2、nsport protein) 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(channel protein) 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(carrier protein) 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
3、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-gated channel) 配体门控通道(ligand-gated channel) 应力激活通道 (stress-activated channel),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。,电压门控通道,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,2)配体门控通道,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
4、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,(三)载体蛋白介导的易化扩散(facilitated diffusion),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
5、电位梯度,简单扩散,易化扩散,离子通道扩散,(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。,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,Pi,钠结合部位,钾结合部位,Na+,Na+,Na+,Na+,K+,Mg2+,Pi,Pi,K+,K+,K+,(1)Na+-K+泵,钠钾泵的功能,每水解个ATP泵出个钠离子,泵入个钾离子。 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
6、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
7、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: 逆电化学梯度运输 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 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(vesicular transport): 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
8、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
9、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 (receptormediated endocytosis),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(coated pit):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(coated vesicle):有被
10、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,Clathrin coated vesicles,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
11、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,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(constitutive pathway of secretion): 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(regulated pathway of secretion) : 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(cell surface) 细胞外被 细胞膜 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,