植物细胞跨膜离子运输

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1、第四章植物细胞跨膜离子运输（Mechanismforionstransportacrossbiologicalmembrane)各种营养元素植物细胞第一节生物膜的物理化学特性第二节细胞膜结构中的离子跨膜运输蛋白第三节植物细胞的离子跨膜运输机制第四节植物细胞氮、磷、钾、钙的跨膜运输系统和机制研究进展教学要求与重点要求掌握植物细胞膜的结构和跨膜运输蛋白，细胞离子跨膜运输的意义，离子跨膜运输的机理。第一节　生物膜的物理化学特性一生物膜的化学组成与生物膜的“两亲性”和“绝缘性”二跨膜电化学势梯度和膜电位http://v.youku.com/v_s

2、how/id_XMTMyNTk2Mzg4.htmlhttp://v.youku.com/v_show/id_XMTMyNTk2Mzg4.html细胞膜细胞膜是活细胞与环境间进行物质与能量交换的界限。活细胞的膜对所通过的各种物质具有严格的选择性及调控机制，使得细胞质内相对稳定的微环境得以维持。一生物膜的化学组成与生物膜的“两亲性”和“绝缘性”生物膜由蛋白质、脂类、糖、水和无机离子等组成一个磷脂酰碱基（称为头部）磷酸碱基极性，亲水非极性，疏水两条脂肪酸链（称为尾部）磷脂分子结构特点（1）“两亲性”膜脂水系统中会形成的双分子层磷脂结构生物膜的基

3、本结构自我装配自我闭合流动性（2）“绝缘性”疏水层带电离子亲水部分疏水性较强或具有两亲性的物质较易通过膜结构而亲水性的带电物质（如各种离子）通过脂质双层膜时阻力很大膜的相对通透性增高膜对溶质的相对通透性极强亲水性难通过膜Relativepermeability(cm/s)?人工膜生物膜H2O10-2H2OGlycerol10-4Glycerol10-6K+10-8Cl-10-10Na+Cl-K+Na+膜的相对通透性增高人工膜生物膜H2O10-2H2OGlycerol10-4Glycerol10-6K+10-8Cl-10-10Na+Cl-K

4、+Na+膜对溶质的相对通透性极强亲水性难通过膜跨膜运输功能蛋白Relativepermeability(cm/s)图4－3水分子通过生物膜的机制示意图。A：水分子通过膜脂分子间隙穿过脂质双分子层；B：水分子通过膜上的水通道蛋白穿过膜结构。（A）（B）水分子水通道蛋白二跨膜电化学势梯度和膜电位中性分子或粒子化学势浓度带电粒子电化学势（离子浓度和电势）化学势梯度和电势梯度两者合称电化学势梯度ABK+Cl-Non-permeableanionABABInitialstateIntermediatestateEquilibriumstate当膜一

5、侧有不可通透的阴离子时，由半透膜相隔的两相间离子跨膜运输最终不可能达电化学势到平衡假设细胞从环境中吸收了较多的阳离子,而致使细胞内该离子浓度较高。按照化学势梯度,细胞内的阳离子应向外扩散;按电势梯度,由于细胞内有较高的负电荷,则这种阳离子又应该从细胞外向内扩散。究竟向什么方向扩散呢?这要取决于化学势梯度与电势梯度相对数值的大小－－楞斯特(Nernst)方程式典型的植物细胞,在细胞膜的内侧具有较高的负电荷,而在细胞膜的外侧具有较高的正电荷。跨膜电势或电位差(electricmembranepotential)在离子发生跨膜扩散的过程中或最终

6、达到动态平衡时,都有可能产生可跨膜扩散的阴阳离子的不平衡的状态,因此造成膜两侧可跨膜扩散的电荷分布的不平衡,或者说膜两侧之间存在电位差.跨膜电位形成的本质是电荷在膜两侧的分布不均匀,且膜对这些不均匀分布的电荷载体(离子)有一定的通透性.活细胞电位也被称作扩散电位(diffusionpotential),因为膜两侧的不均匀分布的任何一种离子都有自电化学势较高的一侧向低的一侧进行扩散的趋势.patchclampapparatus活细胞膜电位研究细胞生理活动的重要指标之一.细胞膜的“超极化”和“去极化”(hyperpolarizationand

7、depolarization)两个用膜电位为指标描述细胞生理状态下的重要概念.超极化:跨膜电位处于与原来的静息状态下的跨膜电位更负(绝对值更高)的状态细胞的整体生理活动较为活跃.去极化:跨膜电位处于较原来的参照状态下的跨膜电位更正(膜电位的绝对值较低)状态.第二节　细胞膜结构中的离子跨膜运输蛋白离子跨膜运输蛋白或离子运载体（iontransporter）镶嵌在生物膜中的大量功能蛋白中执行离子跨膜运输过程的功能蛋白。离子通道（ionchannel）离子载体（ioncarrier）离子泵（ionpump）Thethreeclassesofm

8、embranetransportproteins:channels,carriers,andpumps.一离子通道离子通道：由多肽链中的若干疏水性区段在膜的脂质双层结构中形成的跨膜孔道结构。依