1、(Cell Membrane and Transmembrane Transport)第四章第四章細(xì)胞膜與物質(zhì)穿膜運(yùn)輸細(xì)胞膜與物質(zhì)穿膜運(yùn)輸概述概述 第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性第二節(jié)第二節(jié) 小分子物質(zhì)和離子的穿膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的穿膜運(yùn)輸?shù)谌?jié)第三節(jié) 大分子和顆粒物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸大分子和顆粒物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸?shù)谒墓?jié)第四節(jié) 細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)細(xì)胞表面特化結(jié)構(gòu)第五節(jié)第五節(jié) 細(xì)胞膜異常與疾病細(xì)胞膜異常與疾病內(nèi)容內(nèi)容概概 述述一、基本概念一、基本概念細(xì)胞膜細(xì)胞膜 (cell membrane) 是包圍在細(xì)胞質(zhì)表面的一層是包圍在細(xì)胞質(zhì)表面的一層薄膜，又稱質(zhì)膜（薄膜，

2、又稱質(zhì)膜（plasma membrane）。）。 二、細(xì)胞膜的最基本功能二、細(xì)胞膜的最基本功能1.為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供了穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境為細(xì)胞的生命活動(dòng)提供了穩(wěn)定的內(nèi)環(huán)境2.物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)3.信號(hào)傳遞、細(xì)胞識(shí)別等信號(hào)傳遞、細(xì)胞識(shí)別等第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性細(xì)胞膜的化學(xué)組成與生物學(xué)特性一、細(xì)胞膜是由脂類和蛋白質(zhì)構(gòu)成的生一、細(xì)胞膜是由脂類和蛋白質(zhì)構(gòu)成的生 物大分子體系物大分子體系 （一）膜脂構(gòu)成細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)骨架（一）膜脂構(gòu)成細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)骨架（二）膜蛋白以多種方式與脂雙分子層結(jié)（二）膜蛋白以多種方式與脂雙分子層結(jié) 合，決定細(xì)胞膜的功能合，決定細(xì)胞膜的功能（一）膜脂構(gòu)成細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)骨架

3、（一）膜脂構(gòu)成細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)骨架 細(xì)胞膜上的脂類稱為膜脂（細(xì)胞膜上的脂類稱為膜脂（membrane lipid） 主要有三種類型：主要有三種類型： 磷脂（磷脂（phospholipid） 膽固醇（膽固醇（cholesterol） 糖脂糖脂(glycolipid) 磷脂磷脂甘油磷脂甘油磷脂鞘磷脂鞘磷脂 磷脂酰膽堿（磷脂酰膽堿（PC) )磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺（PE）磷脂酰絲氨酸磷脂酰絲氨酸 ( (PS) )磷脂酰肌醇（磷脂酰肌醇（PI）1.磷脂磷脂 膜脂分子中都含有磷酸基團(tuán)，被稱為磷脂，約膜脂分子中都含有磷酸基團(tuán)，被稱為磷脂，約 占膜脂的占膜脂的50%以上。以上。甘油磷脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)甘油磷脂的化學(xué)

4、結(jié)構(gòu)甘油磷脂以甘甘油磷脂以甘油為骨架，甘油為骨架，甘油分子的油分子的1、2位羥基分別與位羥基分別與脂肪酸形成酯脂肪酸形成酯鍵，鍵，3位羥基位羥基與磷酸形成酯與磷酸形成酯鍵。鍵。 甘油磷脂的磷酸基團(tuán)可分別與膽堿、乙醇胺、絲氨甘油磷脂的磷酸基團(tuán)可分別與膽堿、乙醇胺、絲氨酸或肌醇結(jié)合。這些親水的小基團(tuán)在分子的末端與帶酸或肌醇結(jié)合。這些親水的小基團(tuán)在分子的末端與帶負(fù)電的磷酸基團(tuán)一起形成高度水溶性的結(jié)構(gòu)域，極性負(fù)電的磷酸基團(tuán)一起形成高度水溶性的結(jié)構(gòu)域，極性很強(qiáng)，被稱為頭部基團(tuán)（很強(qiáng)，被稱為頭部基團(tuán)（head group）或親水頭。）或親水頭。 脂肪酸鏈?zhǔn)鞘杷模瑹o極性，稱疏水尾。由于磷脂脂肪酸鏈?zhǔn)鞘杷?/p>

5、，無極性，稱疏水尾。由于磷脂分子具有親水頭和疏水尾，被稱為兩親性分子分子具有親水頭和疏水尾，被稱為兩親性分子（amphipathic molecule）或兼性分子。）或兼性分子。鞘磷脂鞘磷脂極性頭部基團(tuán)（親水）極性頭部基團(tuán)（親水）非極性尾部基團(tuán)（疏水）非極性尾部基團(tuán)（疏水）鞘磷脂不以甘油為骨架的磷脂，以鞘氨醇代替甘油，鞘磷脂不以甘油為骨架的磷脂，以鞘氨醇代替甘油，長(zhǎng)鏈的不飽和脂肪酸結(jié)合在鞘氨醇的氨基上；分子末長(zhǎng)鏈的不飽和脂肪酸結(jié)合在鞘氨醇的氨基上；分子末端的一個(gè)羥基與膽堿磷酸結(jié)合，另一個(gè)游離羥基可與端的一個(gè)羥基與膽堿磷酸結(jié)合，另一個(gè)游離羥基可與相鄰脂分子的極性頭部、水分子或膜蛋白形成氫鍵。相鄰

6、脂分子的極性頭部、水分子或膜蛋白形成氫鍵。質(zhì)膜中的主要磷脂分子質(zhì)膜中的主要磷脂分子2. 膽固醇膽固醇 分布：膽固分布：膽固醇散布在磷醇散布在磷脂分子之間脂分子之間 結(jié)構(gòu)：極性頭為羥結(jié)構(gòu)：極性頭為羥基團(tuán)，緊靠磷脂的基團(tuán)，緊靠磷脂的極性頭部；非極性極性頭部；非極性疏水結(jié)構(gòu)為固醇環(huán)疏水結(jié)構(gòu)為固醇環(huán)和烴鏈，固醇環(huán)固和烴鏈，固醇環(huán)固定在磷脂分子鄰近定在磷脂分子鄰近頭部的烴鏈上，疏頭部的烴鏈上，疏水的烴鏈尾部埋在水的烴鏈尾部埋在脂雙層的中央。脂雙層的中央。 3. 糖脂糖脂 糖脂由脂類和寡糖脂由脂類和寡糖構(gòu)成糖構(gòu)成 ，動(dòng)物細(xì)，動(dòng)物細(xì)胞膜的糖脂幾乎胞膜的糖脂幾乎都是鞘氨醇的衍都是鞘氨醇的衍生物，結(jié)構(gòu)似鞘生物，

7、結(jié)構(gòu)似鞘磷脂，稱為鞘糖磷脂，稱為鞘糖脂脂 。膜脂可能的存在形式：膜脂可能的存在形式： 形成球狀分子團(tuán)（形成球狀分子團(tuán)（micelle） 形成雙分子層（形成雙分子層（bilayer）（二）膜蛋白以多種方式與脂雙分子層結(jié)合（二）膜蛋白以多種方式與脂雙分子層結(jié)合 細(xì)胞膜的不同特性和功能是由與細(xì)胞膜相結(jié)細(xì)胞膜的不同特性和功能是由與細(xì)胞膜相結(jié)合的膜蛋白決定。合的膜蛋白決定。 在不同細(xì)胞中膜蛋白的含量及類型有很大差在不同細(xì)胞中膜蛋白的含量及類型有很大差異，膜的功能越復(fù)雜異，膜的功能越復(fù)雜, , 其中的蛋白質(zhì)含量越多。其中的蛋白質(zhì)含量越多。 根據(jù)膜蛋白與脂雙層結(jié)合的方式不同，膜蛋白可分根據(jù)膜蛋白與脂雙層結(jié)合

8、的方式不同，膜蛋白可分為三種基本類型：為三種基本類型： 內(nèi)在蛋白（內(nèi)在蛋白（intrinsic protein）或整合蛋白）或整合蛋白 外在蛋白（外在蛋白（extrinsic protein） 脂錨定蛋白（脂錨定蛋白（lipid anchored protein） 1.膜內(nèi)在蛋白膜內(nèi)在蛋白 又稱穿膜蛋白（又稱穿膜蛋白（transmembrane protein） 占膜蛋白總量的占膜蛋白總量的7080，是兩親性分子，是兩親性分子 大多數(shù)穿膜蛋白穿膜域都是大多數(shù)穿膜蛋白穿膜域都是-螺旋構(gòu)象，也有的螺旋構(gòu)象，也有的 穿膜蛋白以穿膜蛋白以-折疊片層（折疊片層（-pleated sheet）構(gòu)象穿膜）構(gòu)

9、象穿膜 分單次穿膜、多次穿膜和多亞基穿膜蛋白三種類型分單次穿膜、多次穿膜和多亞基穿膜蛋白三種類型-螺旋構(gòu)象穿膜蛋白螺旋構(gòu)象穿膜蛋白-折疊構(gòu)象穿膜蛋白折疊構(gòu)象穿膜蛋白2.膜外在蛋白膜外在蛋白 又稱周邊蛋白（又稱周邊蛋白（peripheral protein） 占膜蛋白總量的占膜蛋白總量的20%30% 是一類與細(xì)胞膜結(jié)合比較松散的不插入脂雙層的是一類與細(xì)胞膜結(jié)合比較松散的不插入脂雙層的蛋白質(zhì)，分布在質(zhì)膜的胞質(zhì)側(cè)或胞外側(cè)蛋白質(zhì)，分布在質(zhì)膜的胞質(zhì)側(cè)或胞外側(cè) 周邊蛋白與膜之間通常有一種動(dòng)態(tài)關(guān)系，根據(jù)功周邊蛋白與膜之間通常有一種動(dòng)態(tài)關(guān)系，根據(jù)功能的需要募集到膜上或者從膜上釋放出去。能的需要募集到膜上或者從

10、膜上釋放出去。膜外在蛋白膜外在蛋白3.脂錨定蛋白脂錨定蛋白 又稱脂連接蛋白（又稱脂連接蛋白（lipid-linked protein） 脂錨定蛋白以共價(jià)鍵與脂雙層內(nèi)的脂分子結(jié)合脂錨定蛋白以共價(jià)鍵與脂雙層內(nèi)的脂分子結(jié)合 脂錨定蛋白以兩種方式與脂類分子共價(jià)結(jié)合脂錨定蛋白以兩種方式與脂類分子共價(jià)結(jié)合胞質(zhì)側(cè)的蛋白 糖基磷脂酰肌醇錨定蛋白（GPI ）與磷脂酰肌醇相連的寡糖鏈結(jié)合共價(jià)鍵質(zhì)膜外表面的蛋白與脂雙層中的碳?xì)滏溄Y(jié)合 共價(jià)鍵胞質(zhì)側(cè)的蛋白 膜蛋白在膜中的幾種結(jié)合方式膜蛋白在膜中的幾種結(jié)合方式（三）膜糖類覆蓋細(xì)胞膜表面（三）膜糖類覆蓋細(xì)胞膜表面 細(xì)胞膜中含有一定量的糖類，由于種屬和細(xì)胞類細(xì)胞膜中含有一定

11、量的糖類，由于種屬和細(xì)胞類型不同，糖類約占質(zhì)膜重量的型不同，糖類約占質(zhì)膜重量的210。 糖蛋白糖蛋白糖脂糖脂共價(jià)鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵共價(jià)鍵糖類糖類+ +膜蛋白膜蛋白膜糖類膜糖類糖類糖類+ +膜脂膜脂二、細(xì)胞膜的生物學(xué)特性是不對(duì)稱性和二、細(xì)胞膜的生物學(xué)特性是不對(duì)稱性和流動(dòng)性流動(dòng)性（一）膜的不對(duì)稱性決定膜功能的方向性（一）膜的不對(duì)稱性決定膜功能的方向性 膜的不對(duì)稱性（膜的不對(duì)稱性（membrane asymmetry）是）是指細(xì)胞膜中各種成分的分布是不均勻的，包括種指細(xì)胞膜中各種成分的分布是不均勻的，包括種類和數(shù)量上都有很大差異，這與細(xì)胞膜的功能有類和數(shù)量上都有很大差異，這與細(xì)胞膜的功能有密切關(guān)系。密切

12、關(guān)系。人紅細(xì)胞膜中幾種膜脂的不對(duì)稱分布人紅細(xì)胞膜中幾種膜脂的不對(duì)稱分布1. 1. 膜脂的不對(duì)稱性膜脂的不對(duì)稱性 2. 2. 膜蛋白的不對(duì)稱性膜蛋白的不對(duì)稱性 膜蛋白分布是絕對(duì)不對(duì)稱的，各種膜蛋白在質(zhì)膜膜蛋白分布是絕對(duì)不對(duì)稱的，各種膜蛋白在質(zhì)膜 中都有一定的位置。中都有一定的位置。 穿膜蛋白穿越脂雙層都有一定的方向性。穿膜蛋白穿越脂雙層都有一定的方向性。 （二）膜的流動(dòng)性是膜功能活動(dòng)的保證（二）膜的流動(dòng)性是膜功能活動(dòng)的保證1.脂雙層為液晶態(tài)二維流體脂雙層為液晶態(tài)二維流體 由于溫度的變化導(dǎo)致膜狀態(tài)的改變稱為由于溫度的變化導(dǎo)致膜狀態(tài)的改變稱為“相變相變”（phase transition）。在相變溫

13、度以上，膜處）。在相變溫度以上，膜處于流動(dòng)的液晶態(tài)。于流動(dòng)的液晶態(tài)。 膜的流動(dòng)性是膜功能活動(dòng)的保證。膜的流動(dòng)性是膜功能活動(dòng)的保證。 2. 膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式膜脂分子的運(yùn)動(dòng)方式 （1）側(cè)向擴(kuò)散（）側(cè)向擴(kuò)散（lateral diffusion） （2）翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（）翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（flip-flop） （3）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（）旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（rotation） （4）彎曲運(yùn)動(dòng)（）彎曲運(yùn)動(dòng)（flexion） 3. 影響膜脂流動(dòng)性的因素影響膜脂流動(dòng)性的因素 （1）脂雙分子層中含不飽和脂肪酸越多，膜的相變）脂雙分子層中含不飽和脂肪酸越多，膜的相變溫度越低，其流動(dòng)性也越大溫度越低，其流動(dòng)性也越大 （2）脂肪酸鏈短的相變溫度低

14、，流動(dòng)性大）脂肪酸鏈短的相變溫度低，流動(dòng)性大（3）膽固醇的雙重調(diào)節(jié)作用）膽固醇的雙重調(diào)節(jié)作用 （4）卵磷脂與鞘磷脂的比值低，其流動(dòng)性也降低）卵磷脂與鞘磷脂的比值低，其流動(dòng)性也降低（5）膜蛋白的影響）膜蛋白的影響 4. 4. 膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性膜蛋白的運(yùn)動(dòng)性 分布在膜脂二維流體中的膜蛋白也有分布在膜脂二維流體中的膜蛋白也有發(fā)生分子運(yùn)動(dòng)的特性，其主要運(yùn)動(dòng)方式是發(fā)生分子運(yùn)動(dòng)的特性，其主要運(yùn)動(dòng)方式是側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。側(cè)向擴(kuò)散和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。小鼠人細(xì)小鼠人細(xì)胞融合過程胞融合過程中膜蛋白的中膜蛋白的側(cè)向擴(kuò)散示側(cè)向擴(kuò)散示意圖意圖 三、細(xì)胞膜存在多種分子結(jié)構(gòu)模型三、細(xì)胞膜存在多種分子結(jié)構(gòu)模型（一）片層結(jié)構(gòu)模型具有三

15、層夾板式（一）片層結(jié)構(gòu)模型具有三層夾板式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（二）單位膜模型體現(xiàn)膜形態(tài)結(jié)構(gòu)的共（二）單位膜模型體現(xiàn)膜形態(tài)結(jié)構(gòu)的共 同特點(diǎn)同特點(diǎn) 生物膜均呈生物膜均呈“兩暗一明兩暗一明”的三層式結(jié)構(gòu)，在橫的三層式結(jié)構(gòu)，在橫切面上表現(xiàn)為內(nèi)外兩層為電子密度高的暗線，中間切面上表現(xiàn)為內(nèi)外兩層為電子密度高的暗線，中間夾一條電子密度低的明線，內(nèi)外兩層暗線各厚約夾一條電子密度低的明線，內(nèi)外兩層暗線各厚約2nm，中間的明線厚約，中間的明線厚約3.5nm，膜的總厚度約為，膜的總厚度約為7.5nm，這種，這種“兩暗一明兩暗一明”的結(jié)構(gòu)被稱為單位膜的結(jié)構(gòu)被稱為單位膜 （unit membrane）。因此，他們?cè)谄瑢咏Y(jié)構(gòu)

16、模型基）。因此，他們?cè)谄瑢咏Y(jié)構(gòu)模型基礎(chǔ)上提出了礎(chǔ)上提出了“單位膜模型單位膜模型”（unit membrane model）。）。單位膜模型單位膜模型 （三）流動(dòng)鑲嵌模型是被普遍接受的模型（三）流動(dòng)鑲嵌模型是被普遍接受的模型 “流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型”（fluid mosaic model）認(rèn)為）認(rèn)為膜中脂雙層構(gòu)成膜的連貫主體，它具有晶體分子膜中脂雙層構(gòu)成膜的連貫主體，它具有晶體分子排列的有序性，又具有液體的流動(dòng)性。膜中蛋白排列的有序性，又具有液體的流動(dòng)性。膜中蛋白質(zhì)分子以不同形式與脂雙分子層結(jié)合，有的嵌在質(zhì)分子以不同形式與脂雙分子層結(jié)合，有的嵌在脂雙層分子中，有的則附著在脂雙層的表面。脂雙層

17、分子中，有的則附著在脂雙層的表面。 流動(dòng)鑲嵌模型流動(dòng)鑲嵌模型 （四）脂筏模型深化了對(duì)膜結(jié)構(gòu)和功能（四）脂筏模型深化了對(duì)膜結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識(shí)的認(rèn)識(shí) 膜質(zhì)雙層內(nèi)含有由特殊脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的膜質(zhì)雙層內(nèi)含有由特殊脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成的微區(qū)（微區(qū)（microdomain），微區(qū)中富含膽固醇和鞘脂，），微區(qū)中富含膽固醇和鞘脂，其中聚集一些特定種類的膜蛋白。由于鞘脂的脂其中聚集一些特定種類的膜蛋白。由于鞘脂的脂肪酸尾比較長(zhǎng)，因此這一區(qū)域比膜的其他部分厚，肪酸尾比較長(zhǎng)，因此這一區(qū)域比膜的其他部分厚，更有秩序且較少流動(dòng)，被稱為脂筏更有秩序且較少流動(dòng)，被稱為脂筏 （lipid rafts）。）。 脂筏結(jié)構(gòu)模式圖脂筏結(jié)構(gòu)

18、模式圖 第二節(jié)第二節(jié) 小分子物質(zhì)和離子的穿膜運(yùn)輸小分子物質(zhì)和離子的穿膜運(yùn)輸一、物質(zhì)簡(jiǎn)單擴(kuò)散依賴于膜的通透選擇性一、物質(zhì)簡(jiǎn)單擴(kuò)散依賴于膜的通透選擇性人工脂雙人工脂雙層對(duì)不同層對(duì)不同溶質(zhì)的相溶質(zhì)的相對(duì)通透性對(duì)通透性 簡(jiǎn)單擴(kuò)散（簡(jiǎn)單擴(kuò)散（simple diffusion）是小分子物質(zhì)）是小分子物質(zhì) 穿膜運(yùn)輸?shù)淖詈?jiǎn)單的方式。穿膜運(yùn)輸?shù)淖詈?jiǎn)單的方式。 須滿足兩個(gè)條件：一是溶質(zhì)在膜兩側(cè)保持一定的須滿足兩個(gè)條件：一是溶質(zhì)在膜兩側(cè)保持一定的濃度差；二是溶質(zhì)必須能透過膜。濃度差；二是溶質(zhì)必須能透過膜。 脂溶性物質(zhì)如醇、苯、甾體類激素以及脂溶性物質(zhì)如醇、苯、甾體類激素以及O2、CO2、NO和和H2O等就是通過簡(jiǎn)單

19、擴(kuò)散方式等就是通過簡(jiǎn)單擴(kuò)散方式 。細(xì)胞膜中有特定的膜蛋白負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)這些物質(zhì)，這類細(xì)胞膜中有特定的膜蛋白負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)運(yùn)這些物質(zhì)，這類蛋白質(zhì)稱為膜運(yùn)輸?shù)鞍祝ǖ鞍踪|(zhì)稱為膜運(yùn)輸?shù)鞍祝╩embrane transport protein）。）。 膜運(yùn)輸?shù)鞍字饕袃深悾耗み\(yùn)輸?shù)鞍字饕袃深悾?載體蛋白（載體蛋白（carrier protein） 通道蛋白（通道蛋白（channel protein） 二、膜運(yùn)輸?shù)鞍捉閷?dǎo)物質(zhì)穿膜運(yùn)輸二、膜運(yùn)輸?shù)鞍捉閷?dǎo)物質(zhì)穿膜運(yùn)輸（一）易化擴(kuò)散是載體蛋白介導(dǎo)的被動(dòng)運(yùn)輸（一）易化擴(kuò)散是載體蛋白介導(dǎo)的被動(dòng)運(yùn)輸 一些非脂溶性（或親水性）的物質(zhì)，如葡萄一些非脂溶性（或親水性）的物質(zhì)，如葡萄糖、

20、氨基酸、核苷酸以及細(xì)胞代謝物等，不能以糖、氨基酸、核苷酸以及細(xì)胞代謝物等，不能以簡(jiǎn)單擴(kuò)散的方式通過細(xì)胞膜，但它們可在載體蛋簡(jiǎn)單擴(kuò)散的方式通過細(xì)胞膜，但它們可在載體蛋白的介導(dǎo)下，不消耗細(xì)胞的代謝能量，順物質(zhì)濃白的介導(dǎo)下，不消耗細(xì)胞的代謝能量，順物質(zhì)濃度梯度或電化學(xué)梯度進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，這種方式稱為易度梯度或電化學(xué)梯度進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，這種方式稱為易化擴(kuò)散（化擴(kuò)散（facilitated diffusion）或幫助擴(kuò)散）或幫助擴(kuò)散 。載體蛋白構(gòu)象變化介導(dǎo)的易化擴(kuò)散示意圖載體蛋白構(gòu)象變化介導(dǎo)的易化擴(kuò)散示意圖 （二）主動(dòng)運(yùn)輸是載體蛋白逆濃度梯度（二）主動(dòng)運(yùn)輸是載體蛋白逆濃度梯度的耗能運(yùn)輸?shù)暮哪苓\(yùn)輸 主動(dòng)運(yùn)輸是載體蛋白

21、介導(dǎo)的物質(zhì)逆電化主動(dòng)運(yùn)輸是載體蛋白介導(dǎo)的物質(zhì)逆電化學(xué)梯度，由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)進(jìn)行學(xué)梯度，由低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)進(jìn)行的穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式。的穿膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式。 主動(dòng)運(yùn)輸可分為主動(dòng)運(yùn)輸可分為ATP驅(qū)動(dòng)泵（由驅(qū)動(dòng)泵（由ATP直直接提供能量）和協(xié)同運(yùn)輸（接提供能量）和協(xié)同運(yùn)輸（ATP間接提供間接提供能量）兩種類型。能量）兩種類型。1. ATP驅(qū)動(dòng)泵驅(qū)動(dòng)泵 ATP驅(qū)動(dòng)泵都是穿膜蛋白，它們?cè)谀さ陌|(zhì)驅(qū)動(dòng)泵都是穿膜蛋白，它們?cè)谀さ陌|(zhì)側(cè)具有一個(gè)或多個(gè)側(cè)具有一個(gè)或多個(gè)ATP結(jié)合位點(diǎn)，能夠水解結(jié)合位點(diǎn)，能夠水解ATP使自身磷酸化，利用使自身磷酸化，利用ATP水解所釋放的能量將被水解所釋放的能量將被轉(zhuǎn)運(yùn)分子或離子從

22、低濃度向高濃度轉(zhuǎn)運(yùn)，所以常轉(zhuǎn)運(yùn)分子或離子從低濃度向高濃度轉(zhuǎn)運(yùn)，所以常稱之為稱之為“泵泵”。 4種類型種類型ATP驅(qū)動(dòng)泵模式圖驅(qū)動(dòng)泵模式圖 （1）P-型離子泵（型離子泵（P-class ion pump） Na+-K+泵、泵、Ca2+泵和哺乳類胃腺分泌細(xì)胞上的泵和哺乳類胃腺分泌細(xì)胞上的H-K泵等都屬于此種類型。泵等都屬于此種類型。Na+-K+泵泵 （2）V -型質(zhì)子泵（型質(zhì)子泵（V-class proton pump） 主要指存在于真核細(xì)胞的膜性酸性區(qū)室。主要指存在于真核細(xì)胞的膜性酸性區(qū)室。 V-型質(zhì)子泵也是由多個(gè)穿膜和胞質(zhì)側(cè)亞基組成，型質(zhì)子泵也是由多個(gè)穿膜和胞質(zhì)側(cè)亞基組成， 其作用是利用其作用

23、是利用ATP水解供能，將水解供能，將H+從胞質(zhì)基質(zhì)中從胞質(zhì)基質(zhì)中 逆逆H+電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)運(yùn)。電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)運(yùn)。（3）F-型質(zhì)子泵（型質(zhì)子泵（F-class proton pump）：）： 主要存在于細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜和葉綠體主要存在于細(xì)菌質(zhì)膜、線粒體內(nèi)膜和葉綠體膜中，它使膜中，它使H順濃度梯度運(yùn)動(dòng)順濃度梯度運(yùn)動(dòng) 。（4）ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體（轉(zhuǎn)運(yùn)體（ABC transports）：）： ABC轉(zhuǎn)運(yùn)體是一類以轉(zhuǎn)運(yùn)體是一類以ATP供能的運(yùn)輸?shù)鞍祝┠艿倪\(yùn)輸?shù)鞍祝珹BC超家族是哺乳類細(xì)胞膜上磷脂、膽固醇、超家族是哺乳類細(xì)胞膜上磷脂、膽固醇、肽、肽、親脂性藥物和其他小分子的運(yùn)輸?shù)鞍住ＳH脂性藥物和其他小分子的運(yùn)輸

24、蛋白。 ABC蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)翻轉(zhuǎn)酶模型蛋白的轉(zhuǎn)運(yùn)翻轉(zhuǎn)酶模型 2. 協(xié)同運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)輸 協(xié)同運(yùn)輸（協(xié)同運(yùn)輸（co-transport）是一類由）是一類由Na+-K+泵泵（或（或H+泵）與載體蛋白協(xié)同作用，間接消耗泵）與載體蛋白協(xié)同作用，間接消耗ATP所所完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式。完成的主動(dòng)運(yùn)輸方式。 根據(jù)溶質(zhì)分子運(yùn)輸方向與順電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)移的根據(jù)溶質(zhì)分子運(yùn)輸方向與順電化學(xué)梯度轉(zhuǎn)移的離子（離子（Na+或或H+）方向的關(guān)系，又可分為共運(yùn)輸）方向的關(guān)系，又可分為共運(yùn)輸（symport）與對(duì)向運(yùn)輸（）與對(duì)向運(yùn)輸（antiport）。）。（1）共運(yùn)輸是兩種溶質(zhì)分子以同一方向的穿膜運(yùn)輸。共運(yùn)輸是兩種溶質(zhì)分子以同一方向的穿

25、膜運(yùn)輸。 小腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖入血示意圖小腸上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖入血示意圖 （2）對(duì)向運(yùn)輸：）對(duì)向運(yùn)輸： 是由同一種膜蛋白將兩種不同的離子或分子分是由同一種膜蛋白將兩種不同的離子或分子分別向膜的相反方向的穿膜運(yùn)輸過程。別向膜的相反方向的穿膜運(yùn)輸過程。 （三）離子通道高效轉(zhuǎn)運(yùn)各種離子（三）離子通道高效轉(zhuǎn)運(yùn)各種離子1.離子通道的特點(diǎn)離子通道的特點(diǎn) 通道蛋白介導(dǎo)的是被動(dòng)運(yùn)輸，通道是雙向的。通道蛋白介導(dǎo)的是被動(dòng)運(yùn)輸，通道是雙向的。 離子通道對(duì)被轉(zhuǎn)運(yùn)離子的大小和所帶電荷都有高離子通道對(duì)被轉(zhuǎn)運(yùn)離子的大小和所帶電荷都有高度的選擇性。度的選擇性。 轉(zhuǎn)運(yùn)速率高轉(zhuǎn)運(yùn)速率高 。 多數(shù)離子通道不是持續(xù)開放，離子通道開

26、放受多數(shù)離子通道不是持續(xù)開放，離子通道開放受“閘門閘門”控制控制 。2. 離子通道的類型離子通道的類型 （2）電壓門控通道）電壓門控通道（3）應(yīng)力激活通道）應(yīng)力激活通道（1）配體門控通道）配體門控通道 配體門控通道（配體門控通道（ligand-gated channel）與細(xì)胞）與細(xì)胞外的特定配體（外的特定配體（ligand）結(jié)合后，發(fā)生構(gòu)象改變，）結(jié)合后，發(fā)生構(gòu)象改變，結(jié)果將結(jié)果將“門門”打開，允許某種離子快速穿膜擴(kuò)散。打開，允許某種離子快速穿膜擴(kuò)散。 乙酰膽堿受體（乙酰膽堿受體（acetylcholine receptor，nAChR）是典型的配體門控通道。是典型的配體門控通道。（1）配體

27、門控通道）配體門控通道乙酰膽堿受體模式圖乙酰膽堿受體模式圖 （2）電壓門控通道：）電壓門控通道： 膜電位的改變是控制電壓門控通道（膜電位的改變是控制電壓門控通道（voltage-gated channel）開放與關(guān)閉的直接因素。）開放與關(guān)閉的直接因素。 電壓門控通道主要存在于神經(jīng)元、肌細(xì)胞及腺上皮電壓門控通道主要存在于神經(jīng)元、肌細(xì)胞及腺上皮細(xì)胞等可興奮細(xì)胞，包括鉀通道、鈣通道、鈉通道細(xì)胞等可興奮細(xì)胞，包括鉀通道、鈣通道、鈉通道和氯通道。和氯通道。 （3）應(yīng)力激活通道：）應(yīng)力激活通道： 應(yīng)力激活通道（應(yīng)力激活通道（stress-activated channel）是通道蛋白感受應(yīng)力而改變構(gòu)象，開

28、啟通是通道蛋白感受應(yīng)力而改變構(gòu)象，開啟通道使道使“門門”打開，離子通過親水通道進(jìn)入打開，離子通過親水通道進(jìn)入細(xì)胞，引起膜電位變化，產(chǎn)生電信號(hào)。細(xì)胞，引起膜電位變化，產(chǎn)生電信號(hào)。 如內(nèi)耳聽覺毛細(xì)胞頂部的聽毛即具有應(yīng)如內(nèi)耳聽覺毛細(xì)胞頂部的聽毛即具有應(yīng)力激活通道。力激活通道。 （四）水通道介導(dǎo)水的快速轉(zhuǎn)運(yùn)（四）水通道介導(dǎo)水的快速轉(zhuǎn)運(yùn)1. 水通道的分類水通道的分類 目前發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物水通道蛋白家族已有目前發(fā)現(xiàn)哺乳動(dòng)物水通道蛋白家族已有11個(gè)個(gè)成員（成員（AQP0AQP10） 2. 水通道蛋白的結(jié)構(gòu)水通道蛋白的結(jié)構(gòu) 人們對(duì)水通道蛋白家族中人們對(duì)水通道蛋白家族中AQP1的結(jié)構(gòu)研究得比較的結(jié)構(gòu)研究得比較清楚。

29、清楚。 水通道模式圖水通道模式圖 3. 水通道對(duì)水分子的篩選機(jī)制水通道對(duì)水分子的篩選機(jī)制 AQP1中央孔通道的直徑（中央孔通道的直徑（0.28nm）限制了比水）限制了比水分子大的小分子通過。分子大的小分子通過。 AQP1中央孔通道內(nèi)溶質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)的控制。中央孔通道內(nèi)溶質(zhì)結(jié)合位點(diǎn)的控制。 第三節(jié)第三節(jié) 大分子和顆粒物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸大分子和顆粒物質(zhì)的穿膜運(yùn)輸 大分子和顆粒物質(zhì)被運(yùn)輸時(shí)并不直接穿過細(xì)胞大分子和顆粒物質(zhì)被運(yùn)輸時(shí)并不直接穿過細(xì)胞膜，都是由膜包圍形成囊泡，通過一系列膜囊泡膜，都是由膜包圍形成囊泡，通過一系列膜囊泡的形成和融合來完成轉(zhuǎn)運(yùn)過程，故稱為小泡運(yùn)輸?shù)男纬珊腿诤蟻硗瓿赊D(zhuǎn)運(yùn)過程，故稱為小泡運(yùn)

30、輸（vesicular transport）。）。 一、胞吞是物質(zhì)入胞作用方式一、胞吞是物質(zhì)入胞作用方式 胞吞作用又稱內(nèi)吞作用，它是質(zhì)膜內(nèi)陷，包圍胞吞作用又稱內(nèi)吞作用，它是質(zhì)膜內(nèi)陷，包圍細(xì)胞外物質(zhì)形成胞吞泡，脫離質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的細(xì)胞外物質(zhì)形成胞吞泡，脫離質(zhì)膜進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。轉(zhuǎn)運(yùn)過程。 胞吞作用分為三種類型：胞吞作用分為三種類型： 吞噬作用、胞飲作用及受體介導(dǎo)的胞吞。吞噬作用、胞飲作用及受體介導(dǎo)的胞吞。 （一）吞噬作用是吞噬細(xì)胞攝入顆粒物（一）吞噬作用是吞噬細(xì)胞攝入顆粒物 質(zhì)的過程質(zhì)的過程 （二）胞飲作用是細(xì)胞吞入液體和可溶性（二）胞飲作用是細(xì)胞吞入液體和可溶性 物質(zhì)的過程物質(zhì)的過程 吞噬作用吞噬作用胞飲作用胞飲作用（三）受體介導(dǎo)的胞吞提高攝取特定物（三）受體介導(dǎo)的胞吞提高攝取特定物 質(zhì)的效率質(zhì)的效率 LDL受體介導(dǎo)的受體介導(dǎo)的LDL胞吞過程胞吞過程有被小窩與有被