4细胞膜的分子生物学-物质的跨膜运输.pptVIP

第五章、物质的跨膜运输（Membrane Transport） 细胞质膜不仅仅作为物质出入细胞的障碍，还要具有控制分子和离子通过的能力。 细胞质膜必须具有选择性地进行物质跨膜运输、调节细胞内外物质和离子的平衡及渗透压平衡的能力。 膜运输机制:被动运输与主动运输 第一节 小分子物质的跨膜转运 一、小分子 离子：阴离子 CL- 阳离子 Na+, K+, Mg+, Ca2+, H+ 非极性小分子：O2 极性小分子：CO2, 乙醇， 尿素，类固醇激素 其他：甘油， 葡萄糖，氨基酸 细胞膜是选择性半透膜，对离子选择性通透，产生了细胞内外的电位差，用以传导电信号。 小分子物质通过细胞膜的转运主要有三种方式 简单扩散（simple diffusion） 易化扩散（facilitated diffusion） 主动运输（active transport） 通道蛋白及其功能 通道蛋白（channel proteins）：存在于细胞膜上的一种跨膜蛋白质，其跨膜部分形成亲水性的通道，当这些孔道开放时允许适宜大小的分子和带电荷的离子通过，通道蛋白所介导的被动运输不需要与溶质分子结合。 多数通道蛋白是多次跨膜的离子通道，具有两个显著的特征： ①具有离子选择性，而且转动速率高，净驱动力是溶质跨膜的电化学梯度； ②离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节，并通过通道开关应答于适当的信号。 机制 在膜上特异性刺激控制下，闸门短暂地开放，随即关闭。 配体闸门通道：信号分子 电压闸门通道：跨膜电位变化 有些通道长期开放，如钾泄漏通道； 有些通道平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打开，称为门通道（电位门通道、配体门通道、环核苷酸门通道、机械门通道）。 1、配体门通道(ligand gated channel) 2、电位门通道(voltage gated channel) 3、环核苷酸门通道 4、机械门通道 5、水通道 2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。 由2个大亚基、2个小亚基组成的4聚体。Na+-K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。钠钾泵的一个特性是他对离子的转运循环依赖自磷酸化过程 。 存在：一切动物细胞的细胞膜上，植物细胞、真菌、细菌上没有。 每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。 Na+-K+泵作用是：①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积；②维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位。 地高辛、乌本苷等强心剂抑制其活性；Mg2+和少量膜脂有助提高于其活性。 （2）钙泵（Ca2+-ATP酶）ATP直接供能 通常细胞内钙离子浓度（10-7M）显著低于细胞外钙离子浓度（10-3M），这种浓度差由钙泵维持。 位置：质膜和内质网膜上 每分解一个ATP分子，泵出2个Ca2+。 例：肌质网（sarcoplasmic reticulum）上的钙离子泵 ，肌细胞膜去极化后引起肌质网上的钙离子通道打开，大量钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩之后由钙离子泵将钙离子泵回肌质网。 功能：在肌质网内储存Ca2+调节肌细胞的收缩与舒张 肌质网上的钙离子泵 ，肌细胞膜去极化后引起肌质网上的钙离子通道打开，大量钙离子进入细胞质，引起肌肉收缩之后由钙离子泵将钙离子泵回肌质网。 （3）质子泵（H＋泵） ATP直接供能 存在位置：溶酶体膜上 作用方式：从胞质中主动将H＋输入溶酶体 植物细胞、真菌（包括酵母）和细菌细胞其质膜上没有Na + —K +泵，而是具有H +泵，将H +泵出细胞，建立跨膜的H +电化学梯度，利用H +电化学梯度来驱动主动转动溶质进入细胞。 分为三种： 1、P-type：如植物细胞膜上的H+泵、动物胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。 2、V-type：存在于各类小泡膜上，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、内体、植物液泡膜上。 3、F-type：利用质子动力势合成ATP，即ATP合酶，位于细菌质膜、线粒体内膜、类囊体膜上。 四、ABC 转运器（ABC transporter） 最早发现于细菌，是一庞大的蛋白家族，都有两个高度保守的ATP结合区（ATP binding cassette）。 一种ABC转运器只转运一种或一类底物，不同成员可转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、蛋白质；可催化脂双层的脂类在两层之间翻转。 五、协同运输cotransport 靠间接提供能量完成主动运输。所需能量来自膜两侧离子的浓度梯度。 动物细胞中常