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1、教案首页课程名称细胞生物学任课教师伍家发第五章物质的跨膜运输计划学时2教学目的和要求：掌握物质跨膜运输的种类及其原理；重点：1.主动运输的过程与机制；2.胞吞左右的种类及生物学功能。难点：1.胞内受体介导的信号转导；2.主动运输和被动运输的区别；3思考题：1.以钠钾泵为例说明主动运输的机理及生理学功能。2.胞吞作用发生的方式及生物学功能。5第五章物质的跨膜运输与信号传递第一节物质的跨膜运输一、物质运输:物质的跨膜运输主要包括三种途径:被动运输,主动运输和胞吞与胞吐作用.(一)被动运输1简单扩散:(自由扩散)简单扩散的特点是:(1)不耗能,速度较慢;(2)扩散动
2、力是浓度梯度,扩散方向由高浓度区向低浓度区.研究表明,分子通过人工无蛋白的脂双层膜时是按浓度梯度进行扩散,其扩散速度基本上取决于分子的大小及其在油中的相对溶解度.一般较小的非极性分子能很快地扩散通过膜,不带电的小极性分子也能快速通过,大的不带电的极性分子及离子不易透过.2促进扩散(协助扩散)促进扩散的特点是:(1)不耗能,速度较快;(2)动力是浓度梯度;(3)有运输蛋白参加,对扩散的物质具有选择性.促进扩散与简单扩散的不同是有运输蛋白参加,由于蛋白的作用,使速度加快,而且对运输的物质有选择性.运输蛋白是跨膜蛋白分子或是跨膜蛋白分子复合物,它们以多种形式存在,并
3、发现存在于各种生物膜中.1)载体蛋白载体蛋白是一类普遍存在于生物膜上的跨膜蛋白,每种载体蛋白能与其特定的溶质分子结合,通过一系列构象变化介导溶质分子的跨膜转运.载体具有高度的特异性(专一性),载体上有结合点,结合点只能与某一种物质进行暂时,可逆的结合或分离,这样一个特定的载体只运输一类(种)分子或离子,将物质由膜的一侧运输到另一侧,这个过程不需要ATP供能.例如E.coli的编码载体β一半乳糖苷透性酶,可协助半乳糖和其它的β一半乳糖苷通过质膜,而合成透性酶缺陷突变体不能利用培养基中的β一半乳糖,因为缺乏这种特异的载体蛋白,不能将半乳糖带入胞内.K+载体为一种抗
4、生素——缬氨霉素,它是一个环状多肽的聚合体,由12个氨基酸组成,环肽内部有极性,可将K+ 络合固定在环的内部,进行运输.2)通道蛋白通道蛋白通常是由若干个亚基构成的蛋白复合物,亚基围绕形成跨膜的亲水通道.目前发现的通道蛋白已达100多种,一般通道外极性弱,通道内极性强,这样便于一些分子和离子通过。5离子通道具有调节性和选择性,这种通道几乎都与离子转动有关,又称离子通道.离子通道在装配蛋白亚基时就留有缝隙,通过蛋白质照片可以看到上面的小孔,它是由蛋白质构型构象变化造成的.离子通道的特点:(1)具有选择性,转运速度快,可达104～106离子/秒,比已知的任何一种载
5、体蛋白快1000倍以上.(2)通道是门控的,可瞬时开关,一般情况下通道门是关闭的,在受到特定刺激时,门可瞬时开放,故又称瞬时通道.瞬时通道可通过膜电位变化,化学信号或压力刺激来打开或关闭.瞬时通道分为:电位门通道,配体门通道,压力激活通道.(二)主动运输主动运输是生物膜最重要的运输方式,其运输速度快,效率高,较被动运输快1万至数万倍.主动运输的特点:(1)逆梯度进行,可由低浓底向高浓度运输;(2)需要载体,运输速度快;(3)消耗能量,主动运输要消耗较多的代谢能量.近些年来,主动运输的机制,已发展了由泵作用的概念.动物细胞中主要有以下三种通过"泵"进行的主动运输
6、.1Na+-K+泵(Na+泵或Na+-K+-ATPase)目前各方面工资料证明Na+-K+泵,实质上就是Na+-K+-ATPase,它是膜中的内在蛋白,作用是将细胞内的Na+泵出胞外,同时将胞外的K+泵入胞内.Na+-K+泵由α和β大小二个亚基构成,α为大亚基,分子量约为120KDa,为催化部分,具有ATP酶活性;β为小亚基,分子量为50KDa.在细胞内侧α亚基与Na+结合,激活了ATP酶的活性使ATP分解,高能磷酸根与酶结合,发生磷酸化作用,引起α亚基构象变化.于是与Na+结合的部位转向膜外侧,在膜外侧α亚基对Na+的亲和力低,对K+的亲合力高,因而释放Na
7、+,结合K+.K+在胞外与α亚基的另一位点结合,促使酶发生去磷酸化作用,使磷酸根很快解离,结果α基构象又恢复原状,于是与K+结合的部位转向膜内侧.在膜内侧,酶与K+亲合力低,与Na+亲合力高,K+在膜内被释放,而又与Na+结合,由此完成一个循环.这种磷酸化和去磷酸化引起的构象变化交替出现,每循环一次,消耗1分子ATP,同时从胞内泵出3个Na+,从胞外泵近2个K+ .2Ca2+泵(Ca2+-ATPase)5Ca2+泵对机体的重要性不亚于Na+K+泵,Ca2+泵是由多肽构成的跨膜蛋白,分子量100KDa.它的运输机制类似于Na+K+-泵,Ca+泵的工作与ATP水解
8、相偶联,每消耗1分子ATP,可从胞内转
