细胞膜与物质的跨膜运输.ppt

第四章 细胞膜与物质的跨膜运输,相关的概念,细胞膜（cell membrane，又称质膜) 内膜系统（endo-membrane system) 生物膜(biological membrane) 单位膜（unit membrane),细胞膜 内膜系统,单位膜 生物膜有着共同的形态特征，在透射电镜下呈现为“两暗夹一明”的三层结构，即内外两个电子致密的“暗”层中间夹着电子密度低的“亮”层，其总厚度约为7.5nm，这三层结构称为单位膜。,第一节 细胞膜的化学组成 与分子结构,化学组成、分子结构 生物膜的特征 细胞膜的分子结构模型,化 学 组 成,脂类基本骨架 蛋白质功能的主要担负者 糖类细胞外被 水、无机盐、金属离子,主体,返回,(一)膜脂（membrane lipid）,1、组成 磷脂含量最高 胆固醇 糖脂 2、特点：双亲性分子 3、存在方式（水溶液中） 球状的胶态分子团 脂质双分子层 脂质体,1 磷脂 磷脂分子：均含有极性基团、磷酸基团和非极性基团，形成亲水头部和疏水尾部，称为双亲性分子或兼性分子。,磷脂,含量最高 头部磷脂酰碱基（亲水） 尾部疏水 两条烃链组成 长短 饱和状态,膜的流动性,返回,脂质体 (liposome),根据磷脂分子可在水相中形成稳定的脂双层的趋势而制备的人工膜 平面脂质体膜：单层脂质分子 球形脂质体（d=1um) 自我装配 自我封闭 5. 用途： 研究质膜功能的材料 基因转移 治疗疾病,外在膜蛋白 内在膜蛋白,占20%-30% 膜的内外表面，内表面为主 不与脂质的疏水区连接 水溶性蛋白 结合力较弱 离子键 静电作用 分离条件：温和 不破坏膜结构 改变离子强度、提高温度,占70%-80% 多数为跨膜蛋白 嵌入或贯穿脂双层，直接与脂质的疏水区相作用 双亲性分子 与膜结合紧密 去垢剂使膜崩解,多见于功能复杂的细胞膜,返回,生 物 膜 的 特 征,流动性膜脂和膜蛋白不断的运动 （fluidity） 生理常温生物膜是液晶态 要维持在一定的限度内，影响因素 不对称性生物膜的近胞质面和非胞质面在结构 (asymmetry) 和功能上存在差异,排列有序 可流动,返回,膜脂分子的运动,侧向(lateral diffusion) 翻转(flip-flop) 旋转(rotation) 弯曲(flexion) 伸缩振荡 旋转异构运动,膜蛋白分子的运动,方式：侧向运动 旋转（不耗能） 特点：速度慢 区域性 并非所有的蛋白质分子 在膜上都能自由的运动,返回,返回,影响膜流动性的因素,脂肪酸链的饱和程度和长度 不饱和脂肪酸越多 烃链越短 胆固醇的含量 防止烃链的凝集 防止在温度降低时流动性突然降低 增加膜的稳定性 卵磷脂和鞘磷脂的比值：比值越高，流动性越强。 膜蛋白的影响：嵌入疏水区，降低流动性 其他：环境温度、离子强度、酸碱度等。,相变温度越低 流动性越大,返回,生物膜的不对称性(asymmetry),1膜脂分布的不对称性： 卵磷脂、鞘磷脂膜外层 脑磷脂等内层 相对性不对称，含量比例上的差异。 2膜蛋白分布的绝对不对称性 内在膜蛋白 外在膜蛋白 3糖基均分布在非胞质面：绝对的不对称,返回,细胞膜的分子结构模型,片层结构模型 (lamella structure model) 单位膜模型 (unit membrane model) 液态镶嵌模型 (fluid mosaic model) 脂筏模型 (lipid rafts model),两暗：磷脂极性头部+蛋白 一明：脂类的疏水尾部,液态镶嵌模型(fluid mosaic model),1.脂双分子层构成膜的主体，它既有固体（晶体）的 有序性又有液体的流动性。 2.膜蛋白分子以各种形式与脂双分子层结合，有的贯 穿其中，有的镶嵌在其表面。 3.膜糖类（糖脂和糖蛋白）分布在非细胞质侧，形成 糖萼。 4.该模型强调了膜的流动性和不对称性。,一、简单扩散 二、易化扩散 三、主动运输,小分子 物质的跨膜运输,被动运输(passive transport )：高低、不耗能 简单扩散(simple diffusion)：一些物质不需要膜蛋白的帮助， 不需要消耗能量，顺浓度梯度自由扩散通过膜 的脂双层的跨膜运输方式 易化扩散(facilitated diffusion )：在膜转运蛋白的帮助下， 物质顺其浓度或电化学梯度进行跨膜运输， 不需要消耗能量 主动运输(active transport )：消耗细胞代谢所产生的能量， 借助细胞膜上载体蛋白的帮助，将物质逆浓 度梯度或电化学梯度运输的 方式。,一、膜的选择性通透和简单扩散,膜的选择通透性 易于通过膜的物质 脂溶性物质 不带电荷的小分子物质 不易通过膜的物质 带电荷物质 大分子物质,（一）特点 不需要膜蛋白的帮助 不需要消耗能量 顺浓度梯度自由扩散 （二）运输物质 非极性小分子 CO2、O2、N2 不带电荷的极性小分子 H2O 、乙醇、 尿素、固醇类激素,二、跨膜蛋白介导的跨膜运输 （一）膜转运蛋白（ membrane transport protein ） 定义 细胞中负责转运各种极性分子和离子如葡萄糖、氨基酸、核苷酸及细胞代谢产物的膜蛋白 特点 都是跨膜蛋白 ，通常每种膜转运蛋白只转运一种特定类型的物质 类型 载体蛋白(carrier protein ) 通道蛋白(channel protein ),离子通道介导的易化扩散,运输物质： 极性分子和离子，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等。 转运过程： 溶质分子特异的结合位点结合溶质 构象变化完成,载体蛋白介导的易化的扩散,Na-K-ATP酶 Ca2-ATP酶 HATP酶,定义 是一种离子泵，是细胞膜上进行主动运输的一种载体蛋白。它能主动地逆电化学梯度把Na+泵出细胞外，把K+ 摄入细胞内以维持细胞内高K低Na的离子梯度。,2.协同运输 (coupled transport ),一些转运蛋白在转运一种溶质分子的同时或随后伴随有另外一种物质的转运。 同向协同运输（symport ） 逆向协同运输（antiport）,同 向 协 同 运 输,小肠吸收上皮,1）葡萄糖和钠离子 的同向协同运输 2）载体蛋白介导的 易化扩散 3）钠-钾泵,Na顺浓度梯度转运 同时伴有葡萄糖或氨基酸的转运,对向协同运输调节细胞内的pH Na+-H+交换载体 清除细胞代谢过程中产生的H+，使细胞内pH值升高。 Cl-HCO3-交换载体 从细胞中排出HCO3-交换Cl-进入细胞，使细胞内pH 值降低。,结构性分泌途径 调节性分泌途径,思考题,结合图例，试述小肠上皮细胞从肠腔中摄入葡萄糖并将葡萄糖转运入血循环的过程中涉及的跨膜转运方式。 简述两种膜转运蛋白（载体蛋白和通道蛋白）在分子结构和转运功能方面有何不同。 以Na-K泵为例说明细胞膜的主动