1、Transport of Cell Membrane,Chapter 7,细胞膜与物质运输,膜蛋白的功能,穿膜运输 （气体、离子、小分子）,溶质跨膜运输的两种方式,膜泡运输 （大分子、颗粒物质）,Transport Across the Membrane,Segment 1,脂溶性物质通过细胞膜特点,1. 脂溶性越大的分子越易穿过质膜, 如O2, 苯等；,2. 不带电荷的分子易穿过质膜；,3. 小分子比大分子易穿过质膜，如CO2 乙醇 尿素 甘油 葡萄糖；,4. 脂双层膜对带电荷的分子或离子高度不通透（依赖跨膜蛋白穿越膜）；,5. 水可以快速穿膜：体积小，膜上有水通道。,控制溶质转运方向的因素
2、,耗能,一、 Passive Transport 被动运输,一） Simple diffusion,High,Low,Concentration Gradient,举例: 脂溶性物质、气体物质、水,特点: 不耗能、不需膜蛋白、依靠物质浓度差。,二）离子通道扩散 ion channel diffusion,分类: 电压门通道：靠膜电位，Na+、K+、Ca2等离子通道；配体门通道：依靠化学物质(配体)与受体的结合，如乙酰胆碱通道。机械门通道：内耳听觉毛细胞,特点: A “通道蛋白”；B 选择性；C 门控性； D 瞬间、大量通过；F 不耗能,通道蛋白（channel protein）,通道蛋白模式图
3、,通道蛋白肽链以螺旋7次穿膜，中间形成亲水通道,离子通道类型,电压闸门通道,配体门通道,机械门通道,Voltage-Gated Channel 电压闸门通道,Ligand-Gated Channel 配体门通道,Mechanical-Gated Channel 机械门通道,依靠机械压力，例如：听觉毛细胞,Mechanical-Gated Channel 机械门通道,Mechanical-gated channel,三）Facilitated diffusion 易化扩散,凡是借助于载体并顺浓度梯度进行的运输方式称为易化扩散(帮助扩散)，如非脂溶性(或亲水性)的糖、氨基酸、核苷酸、金属离子等物质
4、的运输。,特点 1）需“载体蛋白”(镶嵌蛋白质); 2）高度特异性; 3)饱和性; 4)不耗能,(Animation by Jim Sullivan),Uniport : some protein only carry one solute across the membrane each time. 一些载体蛋白将一种溶质分子从膜一侧装运到另一侧的运输称为单运输.,例：葡萄糖（Glucose）从血液进入红细胞,葡萄糖转运蛋白(180/s),单运输载体蛋白,Distribution of ions across the cell membrane,不同细胞内外离子分布不同。,二、Active
5、Transport,Active transport moves molecules against an electrochemical or concentration gradient using energy supplied buy the hydrolysis of adenosine triphosphate(ATP). 主动运输是指分子逆电化学或浓度梯度，且需分解ATP获得能量帮助的运输。,Primary active transport is principally linked to maintaining the intracellular and plasma sodi
6、um and potassium concentrations. 主动运输与维护细胞内外的钠钾浓度相关。,特点 1、需“载体蛋白”，载体具有两种离子的结合位点、具有ATP酶活性。2、分解ATP，造成载体构象变化、与离子亲和力的变化。,一）Ion Pump 离子泵,举例 Na+-K+泵，Ca2泵，H泵等,例：Sodium/Potassium Pump 分子结构,ATP酶去磷酸化,ATP酶磷酸化,Na+释放至膜外ATP酶构象变化（亲K+构象）,K + 与ATP酶结合,K释放至膜内ATP酶构象变化（亲Na+构象）,Na+与ATP酶结合,Na+-K+ 泵作用过程,Na+-K+ 泵作用过程,Na+-K+
7、 泵作用过程,ATP蛋白酶构象变化速率：1000次/秒/1个ATP！,特点 1、需“载体蛋白”（同向运输载体），不直接利用ATP，利用Na+ 跨膜梯度驱动。 2、需Na+泵消耗ATP转运Na+，造成 膜内外Na+浓度差。,二）Cotransport 伴随运输,举例 小肠上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸等。,载体蛋白在逆浓度梯度转运一种分子时，不消耗ATP，而是借助于另一种分子的浓度梯度为动力进行穿膜运输，此方式称为伴随运输。,小肠上皮对葡萄糖的吸收,参与穿膜运输的载体蛋白,Segment 1 Summary,载体蛋白参与物质运输的形式,Segment 1 Summary,参与穿膜运输的离子通道,Se
8、gment 1 Summary,Transport by Membranous Vesicles 膜 泡 运 输,Segment 2,大分子（蛋白质、核酸、多糖）颗粒运输方式；,伴随膜本身结构的融合、重组和移位；,耗能,一、胞吞作用（endocytosis）,一）吞噬作用（phagocytosis）,特点（1）吞入较大固体颗粒或分子复合物如细菌、无机尘粒和细胞碎片（2）物质附着膜凹陷膜分离膜融合（3）形成“吞噬体”或“吞噬泡”,举例 （1）原生动物获取营养的方式（2）巨噬细胞、单核细胞和中型粒白 细胞防御微生物侵入，清除衰老和死亡的细胞。,吞噬作用示意图,变形虫伸出伪足正在吞噬细菌,巨噬细胞正
9、在接近并吞噬细菌,巨噬细胞正在吞噬红细胞,二）胞饮作用(pinocytosis),特点 （1）大分子液体溶质或极微小颗粒； （2）液体吸附膜凹陷膜分离膜融合； （3）形成“胞饮体”或“胞饮小泡”,举例 主要存在于变形虫、小肠上皮细胞、毛细血管内皮细胞等,电镜照片,阿米巴体内胞饮作用渠道,阿米巴体内胞饮小泡,胞饮是摄取溶质的胞吞过程，细胞膜内陷并收缩将滴状流质控制在胞饮泡中。囊泡中内含的液体物质被逐渐地运入胞质。,Pinocytosis 胞饮作用,3）配体受体识别-质膜凹陷-“有被小窝”-有被小泡-进入细胞内-无被小泡-与膜内体结合-受体泡+配体泡-受体再循环-配体被消化。,举例 铁、胆固醇、维
10、生素B12、一些激素以及病毒等的吸收,特点 1）有受体参与，特异性很强；,2）选择浓缩机制，速度快，逆浓度梯度；,受体介导的胞吞作用,Receptor-mediated endocytosis,Segment 2,Example,细胞对胆固醇的摄取过程,肝细胞核成LDL颗粒后释放到血液中.,LDL受体介导的内吞过程,有被小窝（泡）,脱衣被,无被小泡,与膜内体融合,H离子泵入，pH下降至56，受体与LDL解离,HH+,LDL转运入溶酶体,溶酶体,水解酶,游离胆固醇,受体泡,受体再循环,受体汇集,LDL受体介导的内吞过程,LDL受体介导的内吞过程,受体介导的内吞过程的电镜照片,衣被小泡(coate
11、d vesicle)受体介导的大分子胞吞过程中，细胞膜上特定区域向内凹陷,继而脱离细胞膜形成小泡，因小泡外表面覆盖有网格蛋白构成的毛刺状衣被结构，被称为衣被小泡。,衣被的结构和形成,衣被的结构单位,衣被的电镜照片,例：高胆固醇血症患者,某些LDL受体基因缺陷,引起细胞膜上LDL受体先天缺损,血液中胆固醇无法正常代谢,血液中胆固醇浓度大量升高,20岁前动脉硬化,LDL受体数目减少,有被小窝结合部位缺失,死于冠心病,严重者只有正常人的3.6%,比正常人高6倍！,家族性高胆固醇血症 Familial Hypercholesterolemia,临床表现：由于肝脏不能分解脂肪，堆积的脂肪粒使在手、腿、脚
12、上长满了黄色疙瘩，关节被挤压得严重变形。家族性高胆固醇血症的发病率是百万分之一，治愈率为0。只有进行肝脏移植，还有生存的希望。目前每粒肝脏移植需要100万元手术费。,比 较,Exocytosis 胞 吐 作 用,研究发现1：氧化磷酸化被抑制，肺巨噬细胞的胞吞作用停止。,研究发现2：ATP合成受阻，肺巨噬细胞的胞吐作用停止。,特点 膜融合；小泡运输；耗能。 举例 蛋白质如胰岛素；小分子如组胺。,Exocytosis 胞 吐 作 用,变形虫通过胞吞作用摄取食物，消化后将残渣胞吐出胞外,Summary,膜蛋白的功能,Key terms.,1. 脂溶性物质通过细胞膜特点,2. passive Transport? Facilitated diffusion？,3. active transport? cotransport?,4. uniport? symport? antiport?,重点?,5. clathrin (网格蛋白) / coated pits (有被小窝) / coated vesicle （衣被小泡）,6. endocytosis / Exocytosis/ phagocytosis / pinocytosis,
