精讲04 第4章 物质的跨膜运输-【竞赛帮】全国高中生物竞赛之《细胞生物学》名师精讲课件

高中生物竞赛 《细胞生物学》第5版 丁明孝、王喜忠、张传茂、陈建国 4/16，物质的跨膜运输 4/16.物质的跨膜运输 细胞质膜是细胞与细胞外环境之间一种选择性通透屏障，它既能保障细胞对基本营养物质的摄取、代谢产物或废物的排除，又能调节细胞内离子浓度，使细胞维持相对稳定的内环境。 物质通过细胞质膜的转运主要有三种途径：被动运输（包括简单扩散和协助扩散）、主动运输以及胞吞与胞吐作用。 膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输 ATP驱动泵与主动运输 胞吞作用与胞吐作用 4/16.物质的跨膜运输 4.1.膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输 4.1.1 膜转运蛋白 （1）脂双层疏水对绝大多数极性分子、离子以及细胞代谢产物的通透性极低，形成了细胞的渗透屏障 （2）膜转运蛋白可分为两类： 载体蛋白（carrier protein，transporter） 通道蛋白（channel protein） 4/16.物质的跨膜运输 4.1.膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输 4.1.1 膜转运蛋白 1.脂双层的不透性和膜转运蛋白 多次跨膜；通过构象改变介导溶质分子跨膜转运，几乎存在所有类型的生物膜上 与底物（溶质）特异性结合；具有高度选择性；具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征；但对溶质不做任何共价修饰 4/16.物质的跨膜运输 4.1.1 膜转运蛋白 ①载体蛋白及其功能 （2）膜转运蛋白可分为两类： 不同部位的生物膜往往含有各自功能相关的不同载体蛋白 载体蛋白与酶类似：具有与溶质（底物）特异性结合的位点，所以每种载体蛋白对溶质具有高度选择性，转运过程具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征；既可被底物类似物竞争性地抑制，又可被某种抑制剂非竞争性抑制以及对pH有依赖性等。因此，有人将载体蛋白称为通透酶（permease）。与酶不同的是，载体蛋白对转运的溶质不作任何共价修饰。 4/16.物质的跨膜运输 ①载体蛋白及其功能 （2）膜转运蛋白可分为两类： 表4-2 载体蛋白的举例 3 种类型：离子通道、孔蛋白以及水孔蛋白 大多数通道蛋白都是离子通道 转运底物时，通道蛋白形成选择性和门控性跨膜通道 孔蛋白 水孔蛋白 离子通道 4/16.物质的跨膜运输 4.1.1 膜转运蛋白 ②通道蛋白及其功能 （2）膜转运蛋白可分为两类： 具有极高的转运速率 没有饱和值 离子通道非连续性开放而是门控的 A.电压门通道 B.配体门通道（胞外配体） C.配体门通道（胞内配体） D.应力激活通道 图4-2 三种类型的例子通道示意图 4/16.物质的跨膜运输 4.1.1 膜转运蛋白 （2）膜转运蛋白可分为两类： ②通道蛋白的类型及其 3 个显著特征 估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的15~30%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的2/3。 两类主要转运蛋白： 载体蛋白：又称做载体、通透酶和转运器。介导被动运输与主动运输 通道蛋白：能形成亲水的通道，允许特定的溶质通过。只介导被动运输 两者区别：以不同方式辨别溶质。通道蛋白主要根据溶质大小和电荷和进行辨别，假如通道处于开放状态，则足够小和带有适当电荷的分子或离子就能通过；而载体蛋白只允许与其结合部位相适应的溶质分子通过，并且每次转运都发生自身构象的变化。 4/16.物质的跨膜运输 4.1.1 膜转运蛋白 （2）膜转运蛋白可分为两类： ③通道蛋白和载体蛋白的比较 4/16.物质的跨膜运输 4.1.膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输 4.1.2 小分子物质的跨膜运输类型 图4-3 跨膜运输类型 简单扩散和协助扩散都是溶质顶着电化学棉度进行跨膜转运，也都不需要细胞提供能量。不同的是，简单扩散不需要理转运蛋白协助，而 协助扩散需要理转运蛋白的协助。主动试输需要细胞损失能量，溶质逆着电化学桃度进行跨膜转运。此外，载体蛋白既能够执行协助扩散，又能够执行主动运输，而通道蛋白只执行协助扩散。 1.简单扩散 (simple diffusion) 顺电化学梯度或浓度梯度 不需要细胞提供能量， 无需膜转运蛋白协助 脂双层对溶质的通透性大小主要取决于分子大小和分子的极性 4/16.物质的跨膜运输 4.1.膜转运蛋白与小分子物质的跨膜运输 4.1.2 小分子物质的跨膜运输类型 图4-4 不同性质的物质通过无膜转运蛋白的人工脂双层 A.人工脂双层膜对不同分子的相对透性。B.不同物质通过人工脂双层膜的渗透系数。 顺着电化学梯度或浓度梯度 协助扩散 (facilitated diffusion) 载体蛋白介导 膜转运蛋白协助 通道蛋白介导 2.被动运输 (passive transport) 4/16.物质的跨膜运输