4.2主动运输与胞吞、胞吐 课件 2023—2024学年高一上学期生物人教版必修1

第4章 细胞的物质输入和输出 第2节 主动运输 1 资料1: 人体甲状腺分泌的甲状腺激素，在生命活动中起着重要作用。碘是合成甲状腺激素的重要原料。甲状腺滤泡上皮细胞内碘浓度比血液中的高20～25倍。 资料2: 小肠液中氨基酸、葡萄糖的浓度远远低于它们在小肠上皮细胞中的浓度，但它们仍然能被小肠上皮细胞吸收。 资料3: 人红细胞中K+的浓度比血浆高30倍；轮藻细胞中K+的浓度比周围水环境高63倍。 这些物质为什么能逆浓度梯度运输？ 2 一 主动运输 Na+、K+和Ca2+等离子和其他物质（如氨基酸、葡萄糖）在逆浓度梯度跨膜运输时，首先要与膜上载体蛋白的特定部位结合，在细胞内化学反应释放的能量推动下，载体蛋白的空间结构发生变化，就将它所结合的离子或分子从细胞膜的一侧转运到另一侧并释放出来，载体蛋白随后又恢复原状，又可以去转运同种物质的其他离子或分子。 3 主动运输：物质逆浓度梯度进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫做主动运输。 不同离子或分子的大小和性质不同；不同蛋白质的空间结构差别也很大， 所以一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。 4 主动运输所需的能量来源主要有： 1. ATP驱动的泵——水解ATP释放的能量 （Na+-K+泵、Ca2+泵、质子泵、ABC超家族） 2. 协同运输——离子浓度梯度产生的动力 （小肠上皮细胞Na+-葡萄糖泵 同向、Ca2+泵、Na+-H+ 反向） 3. 光驱动的泵——光能 （细菌的视紫红质吸收光能将H+从细胞中输出） 原发性主动转运 继发性主动转运 5 Na+-K+泵（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。 在膜内侧Na+与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化，构象发生变化，于是与Na+结合的部位转向膜外侧。这种磷酸化的酶对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高，因而在膜外侧释放Na+、而与K+结合。 K+与磷酸化酶结合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧，这种去磷酸化的酶对K+的亲和力低，对Na+的亲和力高，使K+在膜内被释放，而又与Na+结合。 结果是每一循环消耗一个ATP，输出3个Na+，输入两2个K+。 通过自磷酸化来转运离子的离子泵就叫做P-type，与之相类似的还有Ca2+泵和质子泵。 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，同时也是动作电位的基础。 6 Ca2+泵 Ca2+泵对于细胞是非常重要的，因为Ca2+通常与信号转导有关，Ca2+浓度的变化会引起细胞内信号途径的反应，导致一系列的生理变化。 通常细胞内Ca2+浓度显著低于细胞外Ca2+浓度，主要是因为质膜和内质网膜上存在Ca2+转运体系，细胞内Ca2+泵有两类： 其一是P型离子泵，其原理与Na+-K+泵相似，每一循环消耗一个ATP，输出2个Ca2+。 另一类叫做钠钙交换器，属于反向协同运输体系，通过钠钙交换来转运Ca2+。 位于肌质网上的Ca2+泵是P型离子泵，占肌质网膜蛋白质的90%。肌质网是心肌和骨骼肌细胞中一类特化的内质网，形成网管状结构位于细胞质中，具有贮存Ca2+的功能。肌细胞膜去极化后引起肌质网上的Ca2+通道打开，大量Ca2+进入细胞质，引起肌肉收缩之后由Ca2+泵将Ca2+泵回肌质网。 终池 7 质子泵 质子泵有三类：P-type、V-type、F-type。 1.P-type：载体蛋白利用ATP使自身磷酸化，发生构象的改变来转移质子，如植物细胞膜上的H+泵、胃表皮细胞的H+-K+ATP酶。 2.V-type：水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，位于溶酶体膜、动物细胞的内吞体、高尔基体的囊泡膜、植物液泡膜上。 3.F-type：是由许多亚基构成的管状结构，H+沿浓度梯度运动，所释放的能量与ATP合成耦联起来，所以也叫ATP合酶。F型质子泵位于细菌质膜、线粒体内膜（氧化磷酸化）和叶绿体的类囊体膜（光合磷酸化）上。F型质子泵不仅可以利用质子动力势将ADP转化成ATP（协助扩散），也可以利用水解ATP释放的能量转移质子（主动运输）。 8 ABC超家族 每个成员都含有两个高度保守的ATP结合区。 每一种ABC转运器只转运一种或一类底物，但是其蛋白家族中具有能转运离子、氨基酸、核苷酸、多糖、多肽、甚至蛋白质的成员。 9 协同运输是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是Na+-K+泵（常动物）或质子泵（常植物和细菌）。 根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为： 1.同向协同：指物质运输方向与