1、關于物質的跨膜運輸1第一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月第一節 膜轉運蛋白與物質的跨膜運輸一、脂雙層的不透性和膜轉運蛋白細胞內外的離子濃度明顯不同，這種差異對于細胞的存活和功能至關重要。第二張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月典型動物細胞內外離子濃度的比較 成份 細胞內濃度(mM) 細胞外濃度(mM)陽離子Na+ 5-15 145K+ 140 5Mg2+* 0.5 1-2Ca2+* 10-7 1-2陰離子Cl- 5-15 110固定的陰離子* 高 0第三張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月估計細胞膜上與物質轉運有關的蛋白占核基因編碼蛋白的1530%，細胞用在物質轉運方面的

2、能量達細胞總消耗能量的2/3。細胞內外離子差別分布主要由兩種機制所調控：（1）特殊膜轉運蛋白。（2）質膜本身的脂雙層所具有的疏水性特征第四張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月載體蛋白膜轉運蛋白通道蛋白兩類主要膜轉運蛋白：載體蛋白：又稱做載體、通透酶和轉運器。通道蛋白：能形成親水的通道，允許特定的溶質通過。 第五張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月（一）載體蛋白及其功能載體蛋白（carrier proteins）：存在于細胞膜上的一種具有特異性傳導功能的蛋白質，它能與特定的溶質分子結合，通過一系列構象改變介導溶質分子的跨膜轉運。 特點：載體蛋白既參與被動的物質運輸，也參與主動的物質運

3、輸。需要與被運輸的離子或分子結合。第六張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月 葡萄糖是載體蛋白進行促進擴散的典型例子，運輸葡萄糖的載體蛋白主要是通過構型的變化將葡萄糖運輸到細胞內，肝細胞、紅細胞質膜上有很多載體蛋白。第七張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月（二）通道蛋白及其功能通道蛋白（channel proteins）：存在于細胞膜上的一種跨膜親水性通道，允許特定離子順濃度梯度通過，又稱離子通道。有些通道長期開放，如鉀泄漏通道；有些通道平時處于關閉狀態，僅在特定刺激下才打開，稱為門通道第八張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月 通道蛋白在運輸過程中并不與被運輸的分子結合，也不會

4、移動，只參與被動運輸，其運輸作用具有選擇性。 離子通道蛋白在膜中有開和關兩種構型，相當于門，所以稱為門控通道。特點第九張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月通道蛋白的門控電壓門控通道(voltage-gated channel)配體門控通道(ligand-gated channel)應力激活通道(stress-activated channel)離子通道三種類型的門控離子通道示意圖第十張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月配體門控通道 ： 這類通道在其細胞內外的特定配體與膜受體結合時發生反應，引起通道蛋白的一種成分發生構型變化，使“門”打開?？煞譃榧毎麅扰潴w和細胞外配體兩種類型。 第十

5、一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月 這類通道的構型變化依據細胞內外帶電離子的狀態，主要是通過膜電位的變化使其構型發生改變，從而將“門”打開。電壓門控通道：第十二張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月基底膜聽覺神經纖維不傾斜的束連接絲聽覺毛細胞應力門控通道：這類通道的打開受一種力的作用。如聽覺毛狀細胞的離子通道。聲音的振動推開應力門控通道，允許離子進入毛狀細胞，形成電信號傳遞到聽覺神經再傳到腦。第十三張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月被動運輸定義：是指通過簡單擴散或協助擴散將物質從高濃度向低濃度方向的跨膜轉運，轉運的動力來自物質的濃度梯度，不需要細胞提供代謝能量。二、 被動

6、運輸與主動運輸：類型：簡單擴散、協助擴散 第十四張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月不需要膜蛋白的幫助，也不需要細胞提供能量 ，只靠膜兩側保持一定的濃度差，通過擴散發生的物質運輸。（一）簡單擴散：第十五張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月小的疏水分子小的不帶電荷的極性分子大的不帶電荷的極性分子離子氨基酸核苷酸葡萄糖甘油乙醇人工脂雙層膜對不同分子的相對透性 乙醇第十六張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月結論：人工膜對各類物質的通透率： 脂溶性越高通透性越大； 小分子比大分子易透過； 非極性分子比極性容易透過； 極性不帶電荷的小分子可透過人工脂雙層; 人工膜對帶電荷的物質，如離子

7、是高度不通透的。第十七張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月（二）水孔蛋白：水分子的跨膜通道1991年Agre發現第一個水孔蛋白CHIP28 （28 KD ），CHIP28的mRNA能引起非洲爪蟾卵母細胞吸水破裂，已知這種吸水膨脹現象會被Hg2+抑制。目前在人類細胞中已發現至少11種此類蛋白，被命名為水孔蛋白（Aquaporin，AQP）。第十八張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月2003年，美國科學家彼得阿格雷和羅德里克麥金農，分別因對細胞膜水通道，離子通道結構和機理研究而獲諾貝爾化學獎。 Peter AgreRoderick MacKinnon 第十九張，PPT共五十九頁，創作于

8、2022年6月 指非脂溶性物質或親水性物質，如氨基酸、糖和金屬離子等借助細胞膜上的膜蛋白的幫助順濃度梯度或順化學濃度梯度，不需要細胞提供能量進入膜內的一種運輸方式。（三）協助擴散：第二十張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月特點： ： 轉運速率高； 運輸速率同物質濃度成非線性關系； 特異性； 飽和性。第二十一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月（四） 主動運輸 被動運輸只能將物質從高濃度向低濃度方向運輸，趨向于細胞內外的濃度達到平衡。實際上，細胞內外的物質濃度差別很大，濃度的差異是維持細胞生命活動所必須的。第二十二張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月能夠維持一些無機離子在細胞內

9、恒定和最適的濃度，特別K+、Ca + 和H +的濃度。作用：保證了細胞或細胞器從周圍環境或表面攝取必需的營養物質。能夠將細胞內的各種物質，如分泌物、代謝廢物以及一些離子排到細胞外。主動運輸是由運輸蛋白介導的物質逆濃度梯度或電化學梯度進行的運輸方式。第二十三張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月主動運輸的特點1、逆梯度運輸2、依賴于膜運輸蛋白3、需要代謝能。4、具有選擇性和特異性。參與主動運輸的載體蛋白被稱為泵，因為他們能利用能量來做功。由于它們消耗的代謝能多數為ATP，所以又稱它們為某某ATPase。有下列類型：第二十四張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月類型（根據能量來源）： AT

10、P驅動泵、 ATP間接提供能量（耦聯轉運蛋白）、 光驅動泵（見于細菌） 主動運輸的三種類型第二十五張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月ATP驅動泵種類（1）P-型離子泵：結構與Na+-K+泵和Ca2+泵結構類似，在轉運H的過程中涉及磷酸化和去磷酸化，存在于真核細胞的細胞膜上。（2）V-型質子泵：存在于各類小泡膜上，水解ATP產生能量，但不發生自磷酸化，位于溶酶體膜、內體、植物液泡膜上。其功能是維持細胞質基質中性pH和細胞器內的酸性。 （3） F-型質子泵 :存在于線粒體膜、植物類囊體膜及多數細菌質膜上，以相反的方式發揮生理作用H+順濃度梯度運動，釋放能量與合成ATP偶聯起來。（4）ABC

11、超家族：轉運小分子第二十六張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月第二十七張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月（4）ABC超家族（ABC transporter）最早發現于細菌，是一龐大的蛋白家族，都有兩個高度保守的ATP結合區（ATP binding cassette），故名。一種ABC轉運蛋白只轉運一種或一類底物，不同成員可轉運離子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、蛋白質；可催化脂雙層的脂類在兩層之間翻轉。第二十八張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月Mammalian MDR1 proteinABC轉運蛋白與病原體對藥物的抗性有關。MDR （multidrug resistanc

12、e protein ）是第一個被發現的真核細胞ABC轉運蛋白，是多藥抗性蛋白，約40%患者的癌細胞內該基因過度表達。第二十九張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月Fig. Na+-K+泵的結構與工作模式示意圖一、 P-型離子泵ATP催化位點結構：（MW=120,000Da）+（MW=50000Da）（一）Na+-K+泵功能：維持細胞內低Na+高K+的離子環境存在：一切動物細胞的細胞膜上，植物細胞、真菌、細菌上沒有第三十張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月第三十一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月維持了細胞Na+離子的平衡，抵消了Na+離子的擴散作用。作用在建立細胞質膜兩側Na

13、+離子濃度梯度的同時，為葡萄糖協同運輸提供了驅動力。是Na+泵建立的細胞外電位，為神經和肌肉電脈沖傳導提供了基礎。幫助維持動物細胞的滲透壓平衡第三十二張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月 Ca 2+泵主要存在于細胞膜和內質網膜上，它將Ca 2+輸出細胞或泵入內質網腔中儲存起來，以維持細胞內低濃度的游離Ca 2+。（二）鈣泵和其他P-型離子泵第三十三張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月Fig. Ca2+泵的結構與工作模式示意圖結構：與Na+-K+泵的亞基同源，MW=100,000Da， 10個螺旋Ca2+泵功能：維持細胞質內低濃度的游離Ca2+, 在肌質網內儲存Ca2+調節肌細胞的收

14、縮與舒張工作原理：第三十四張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月存在于植物細胞、真菌和細菌細胞質膜上，將質子泵出細胞，建立跨膜的質子電化學梯度（取代動物細胞Na+的電化學梯度），驅動轉運溶質進入細胞。質子泵第三十五張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月四、協同轉運又稱偶聯運輸，它不直接消耗ATP，但要依賴離子泵建立的電化學梯度。在動物細胞靠鈉泵建立Na+離子梯度，在植物細胞則是由H +泵建立H +質子梯度。類 型（根據運輸方向與離子順電化學梯度的轉移方向）：同向轉運：物質運輸方向與離子轉移方向相同。反向轉運：物質運輸方向與離子轉移方向相反。第三十六張，PPT共五十九頁，創作于2022年

15、6月在動物、植物細胞由載體蛋白介導的協同轉運異同點的比較第三十七張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月第三十八張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月動物細胞中，質膜上的鈉泵和載體協作完成葡萄糖、氨基酸等的逆濃度梯度的協同運輸（同向轉運）。第三十九張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月 植物細胞的協同運輸 間接消耗ATP第四十張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月 第三節 胞吞作用與胞吐作用對于大分子和顆粒性物質，真核細胞是通過胞吞作用與胞吐作用完成跨膜運輸的，如蛋白質、多核苷酸、多糖等。在轉運過程中，物質包裹在脂雙層膜圍繞的囊泡中，因此又稱膜泡運輸，需要消耗能量，所以屬于主動運

16、輸。第四十一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月（一）胞飲作用與吞噬作用胞飲作用與吞噬作用主要有三點區別第四十二張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月細胞吞入液體或極小的顆粒物質。胞飲作用吞噬作用細胞內吞較大的固體顆粒物質，如細菌、細胞碎片等。第四十三張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月Fig. 通過網格蛋白有被小泡介導的選擇性運輸示意圖胞吞泡形成的機制：需要網格蛋白的幫助第四十四張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月網格蛋白由籠形蛋白（重鏈）和較小的分子多肽（輕鏈）組成籠形蛋白二聚體，三個二聚體形成3條彎曲的臂組成的風車狀結構，稱為三腳蛋白復合物第四十五張，PPT共五十九

17、頁，創作于2022年6月（二）受體介導的胞吞作用 主要用于攝取特殊的生物大分子，如激素、生長因子、淋巴因子和一些營養物質如 低密度脂蛋白（LDL）的吞入過程低密度脂蛋白（LDL）：是膽固醇在血液中與磷脂、蛋白質結合成的復合物，細胞表面有LDL受體第四十六張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月LDL胞吞過程血液中的LDL與血管細胞表面的LDL受體結合形成包被小窩包被小泡內體：LDL與受體分離細胞質脫去外被溶酶體細胞膜LDL受體游離膽固醇酸性環境第四十七張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月LDL的受體介導胞吞作用第四十八張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月作用：使血液中的膽固醇含量

18、保持正常在編碼LDL受體的基因有缺陷的個體中，膽固醇攝入的通道被阻斷，膽固醇積累在血液中，使人提早患動脈粥樣硬化。第四十九張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月受體的去向： 1、返回原來的質膜結構域再利用。 2、進入溶酶體被消化 3、被轉運到質膜的不同的結構域胞內體是膜泡運輸的主要分選站，呈酸性環境第五十張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月 （三）胞吐作用 組成型的外排途徑： 所有真核細胞，連續分泌過程。用于質膜更新（膜脂、膜蛋白、胞外基質組分、營養或信號分子）。 去限定途徑（default pathway）：除某些有特殊標志的駐留蛋白和調節型分泌泡外，其余蛋白的轉運途徑：粗面內質網高爾基體分泌泡細胞表面 第五十一張，PPT共五十九頁，創作于2022年6月調節型外排途徑（regulated exocytosis pathway） 存在于特化的分泌細胞 過程：儲存刺激釋放 產生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）具有共同的分選機制，分選信號存在于蛋白本身，分選主要由高爾基體TGN上的受體類蛋白來決定 囊泡與靶膜的識別與融合 第五