1、醫(yī)學細胞生物學醫(yī)學細胞生物學（medical cell biology)醫(yī)學遺傳學與細胞生物學教研室醫(yī)學遺傳學與細胞生物學教研室李元杰李元杰 講師講師第四章第四節(jié)第四章第四節(jié)細胞膜與物質(zhì)轉(zhuǎn)運細胞膜與物質(zhì)轉(zhuǎn)運 跨膜運輸跨膜運輸（氣體、離子、小分子）（氣體、離子、小分子）物質(zhì)跨膜運輸?shù)膬煞N方式物質(zhì)跨膜運輸?shù)膬煞N方式 膜泡運輸膜泡運輸（大分子、顆粒物質(zhì)）（大分子、顆粒物質(zhì)）細胞內(nèi)細胞內(nèi)細胞外細胞外膜蛋白膜蛋白膜蛋白膜蛋白脂雙層脂雙層細胞膜細胞膜運輸顆粒運輸顆粒細胞內(nèi)細胞內(nèi)細胞外細胞外一、跨膜運輸一、跨膜運輸（transmembrane transport）氣體、離子和小分子運輸方式氣體、離子和小分子

2、運輸方式細胞內(nèi)細胞內(nèi)細胞外細胞外膜蛋白膜蛋白膜蛋白膜蛋白脂雙層脂雙層跨膜運輸?shù)脑瓌t跨膜運輸?shù)脑瓌t1、脂溶性越大的分子越容易穿膜、脂溶性越大的分子越容易穿膜 （水分子例外）；（水分子例外）；2、小分子比大分子容易穿膜、小分子比大分子容易穿膜；3、不帶電荷的分子容易穿膜；、不帶電荷的分子容易穿膜；4、弱電解質(zhì)比強電解質(zhì)容易穿膜、弱電解質(zhì)比強電解質(zhì)容易穿膜；5、離子和親水性分子不容易穿膜。離子和親水性分子不容易穿膜。 葡萄糖、帶電荷的離子葡萄糖、帶電荷的離子( (h,na+,k+,ca2+等等) )怎樣穿膜？怎樣穿膜？o2苯苯h2o 苯苯葡葡萄萄糖糖h na+細胞膜細胞膜轉(zhuǎn)運蛋白參與！轉(zhuǎn)運蛋白參與！

3、( (一一) )小分子和離子的跨膜機制小分子和離子的跨膜機制1.某些溶質(zhì)跨膜工具：轉(zhuǎn)運蛋白某些溶質(zhì)跨膜工具：轉(zhuǎn)運蛋白 通道蛋白通道蛋白（channel protein） 水通道、離子通道水通道、離子通道載體蛋白載體蛋白(carrier protein)葡萄糖載體葡萄糖載體“for the discovery of water channels” “for structural and mechanistic studies of ion channels”. 2.物質(zhì)轉(zhuǎn)運方向物質(zhì)轉(zhuǎn)運方向順濃度梯度順濃度梯度順電化學梯度順電化學梯度 被動運輸被動運輸（passive transport）“下坡下

4、坡”逆濃度梯度逆濃度梯度逆電化學梯度逆電化學梯度 “上坡上坡”主動運輸主動運輸（active transport）耗能耗能被動運輸被動運輸（passive transport）主動運輸主動運輸（active transport）物質(zhì)運輸物質(zhì)運輸（二）小分子跨膜運輸?shù)姆绞剑ǘ┬》肿涌缒み\輸?shù)姆绞奖粍舆\輸被動運輸: 1、簡單擴散：、簡單擴散： simple diffusion 2、協(xié)助擴散：、協(xié)助擴散：facilitated diffusion 2.1 通道蛋白協(xié)助擴散：通道蛋白協(xié)助擴散：ion channel facilitated diffusion2.2、載體蛋白協(xié)助擴散：、載體蛋白協(xié)助擴

5、散：carrier protein facilitated diffusion主動運輸主動運輸:3、離子泵：、離子泵：ion pump4、協(xié)同運輸、協(xié)同運輸：coupled transport 特點特點 不耗能不耗能不需膜蛋白不需膜蛋白依靠物質(zhì)濃度差。依靠物質(zhì)濃度差。 舉例舉例 水水脂溶性物質(zhì)脂溶性物質(zhì)氣體物質(zhì)氣體物質(zhì)簡單擴散簡單擴散 1、簡單擴散、簡單擴散simple diffusion被動運輸被動運輸簡單擴散簡單擴散被動運輸被動運輸人工脂雙層人工脂雙層對不同分子的相對通透性對不同分子的相對通透性不同分子通過不同分子通過人工脂雙層的滲透系數(shù)人工脂雙層的滲透系數(shù)決定物質(zhì)對膜通透性的因素決定物質(zhì)

6、對膜通透性的因素脂溶性：脂溶性：正相關(guān)于膜通透性；正相關(guān)于膜通透性；( (乙醇與丙醇乙醇與丙醇) )極性：極性：非極性物質(zhì)易透過；非極性物質(zhì)易透過；（co2）分子大小分子大小：小分子比大分子易透過；：小分子比大分子易透過；導電性：導電性：不帶電的物質(zhì)易透過。不帶電的物質(zhì)易透過。（o2）被動運輸被動運輸一種物質(zhì)對膜的通透性取決于上述因素的綜合。一種物質(zhì)對膜的通透性取決于上述因素的綜合。如：水分子；如：水分子； na+、k+等帶電荷離子。等帶電荷離子。易化擴散、促進擴散、幫助擴散；易化擴散、促進擴散、幫助擴散；借助細胞膜上的膜轉(zhuǎn)運蛋白的構(gòu)象，運輸借助細胞膜上的膜轉(zhuǎn)運蛋白的構(gòu)象，運輸一些非脂溶性和親

7、水性的物質(zhì)；一些非脂溶性和親水性的物質(zhì)；糖類、氨基酸、核苷酸、無機離子；糖類、氨基酸、核苷酸、無機離子；轉(zhuǎn)運蛋白分為：通道蛋白和載體蛋白。轉(zhuǎn)運蛋白分為：通道蛋白和載體蛋白。被動運輸被動運輸2、協(xié)助擴散、協(xié)助擴散facilitated diffusion2.1、離子通道協(xié)助擴散、離子通道協(xié)助擴散ion channel facilitated diffusion 特點特點 需要通道蛋白需要通道蛋白選擇性；可控性選擇性；可控性瞬間、大量通過瞬間、大量通過（開放間斷性）（開放間斷性）不耗能不耗能跨膜蛋白質(zhì)，跨膜蛋白質(zhì)，螺旋蛋白構(gòu)成，螺旋蛋白構(gòu)成，中心具有親水通道中心具有親水通道被動運輸被動運輸通道蛋白

8、的結(jié)構(gòu)通道蛋白的結(jié)構(gòu)通道蛋白模式圖通道蛋白模式圖通道蛋白肽鏈以通道蛋白肽鏈以螺旋螺旋7次穿膜，中間形成親水通道次穿膜，中間形成親水通道被動運輸被動運輸&電壓門控通道電壓門控通道(voltage-gated channel) 靠膜電位靠膜電位 如如na+、k+、ca2等離子通道等離子通道電化學梯度電化學梯度通道蛋白的類型通道蛋白的類型被動運輸被動運輸& 配體門控通道配體門控通道(ligand-gated channel) 依靠化學物質(zhì)依靠化學物質(zhì)(配體配體)與受體的結(jié)合與受體的結(jié)合 如乙酰膽堿通道。如乙酰膽堿通道。配體閘門通道配體閘門通道細胞外細胞外細胞內(nèi)細胞內(nèi)& 機械門

9、機械門控控通道通道(mechanical-gated channel) 內(nèi)耳聽覺毛細胞內(nèi)耳聽覺毛細胞（聲音（聲音內(nèi)耳內(nèi)耳毛細胞下方基膜震動毛細胞下方基膜震動纖毛纖毛觸及上方覆膜觸及上方覆膜纖毛傾斜纖毛傾斜機械作用使纖毛離子通道開放）機械作用使纖毛離子通道開放）被動運輸被動運輸神經(jīng)肌肉連接處的閘門通道神經(jīng)肌肉連接處的閘門通道被動運輸被動運輸 閘門開放時間極短，有利于一些順序性活動，即一個通道離閘門開放時間極短，有利于一些順序性活動，即一個通道離子的流入可以引起另一個通道的開放。子的流入可以引起另一個通道的開放。休休 息息 特點特點 %需需“載體蛋白載體蛋白”（鑲嵌蛋白）（鑲嵌蛋白）%高度特異性（

10、載體易位機制）高度特異性（載體易位機制）%飽和性飽和性%不耗能不耗能2.2、載體蛋白協(xié)助擴散、載體蛋白協(xié)助擴散carrier protein facilitated diffusion載體蛋白易位機制載體蛋白易位機制水溶性小分子借膜上載體蛋白的幫助水溶性小分子借膜上載體蛋白的幫助,順濃度梯順濃度梯度以不耗能的方式向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運度以不耗能的方式向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)運.被動運輸被動運輸 舉例舉例 非脂溶性物質(zhì)，如非脂溶性物質(zhì)，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸葡萄糖、氨基酸、核苷酸進入紅細進入紅細胞。是細胞攝取葡萄糖和氨基酸的主要方式胞。是細胞攝取葡萄糖和氨基酸的主要方式. .葡萄糖結(jié)合葡萄糖結(jié)合到載體上到載體上載體變

11、構(gòu)載體變構(gòu)載體變構(gòu)載體變構(gòu)葡萄糖釋放葡萄糖釋放至細胞內(nèi)至細胞內(nèi) 高度選擇特異性，只與某一種物質(zhì)暫時性的、高度選擇特異性，只與某一種物質(zhì)暫時性的、 可逆的結(jié)合和分離。可逆的結(jié)合和分離。 飽和性飽和性。(3)蛋白變性劑對膜轉(zhuǎn)運蛋白變性劑對膜轉(zhuǎn)運蛋白有抑制作用。蛋白有抑制作用。特點特點被動運輸被動運輸 特點特點 需需“轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運蛋白”的參與的參與。需要分解需要分解atp提供能量提供能量。3、離子泵、離子泵 ion pump具有離子的結(jié)合具有離子的結(jié)合位點和位點和 atp酶活性酶活性造成親和力造成親和力的變化的變化主動運輸主動運輸舉例舉例 na+-k+泵，泵，ca2泵，泵，h泵等泵等k+的電化的電化

12、學梯度學梯度na+的電的電化學梯度化學梯度細胞質(zhì)細胞質(zhì)atp酶去磷酸化酶去磷酸化na+與與atp酶結(jié)合酶結(jié)合atp酶磷酸化酶磷酸化na+釋放至膜釋放至膜外外atp酶構(gòu)象酶構(gòu)象變化（親變化（親k+構(gòu)象）構(gòu)象）k+ 與與atp酶結(jié)合酶結(jié)合k釋放至膜釋放至膜內(nèi)內(nèi)atp酶構(gòu)象酶構(gòu)象變化（親變化（親na+構(gòu)象）構(gòu)象）na+-k+泵作用過程泵作用過程1) 維持細胞的滲透壓，保持細胞的體積；維持細胞的滲透壓，保持細胞的體積；2） 維持低維持低na+高高k+ +的細胞內(nèi)環(huán)境，維持細胞的的細胞內(nèi)環(huán)境，維持細胞的 靜息電位；靜息電位；3） 維持細胞內(nèi)外維持細胞內(nèi)外na+ +、k+ +離子濃度差。離子濃度差。 na

13、+-k+泵作用泵作用主動運輸主動運輸鈣離子泵鈣離子泵原理與鈉鉀泵相似，每分解一個原理與鈉鉀泵相似，每分解一個atp分子，分子，泵出泵出2個個ca2+ +。 主動運輸主動運輸4、協(xié)同轉(zhuǎn)運（伴隨運輸）、協(xié)同轉(zhuǎn)運（伴隨運輸）cotransport 溶質(zhì)分子溶質(zhì)分子（葡萄糖或氨基酸）與（葡萄糖或氨基酸）與na+一起一起相伴相伴進入細胞進入細胞內(nèi)的內(nèi)的主動運輸主動運輸現(xiàn)象。現(xiàn)象。主動運輸主動運輸na+葡萄糖葡萄糖 特點特點 需需“轉(zhuǎn)運蛋白轉(zhuǎn)運蛋白”（同向運輸載體），不直接利用（同向運輸載體），不直接利用atp，利用利用na+ 跨膜電化學梯度驅(qū)動。跨膜電化學梯度驅(qū)動。 需需na+泵消耗泵消耗atp轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運

14、na+，造成膜內(nèi)外，造成膜內(nèi)外na+濃度差。濃度差。na+-葡萄糖同葡萄糖同向轉(zhuǎn)運載體向轉(zhuǎn)運載體葡萄糖葡萄糖轉(zhuǎn)運載體轉(zhuǎn)運載體小腸腔中小腸腔中的葡萄糖的葡萄糖小腸上皮細胞小腸上皮細胞毛細血管毛細血管或細胞間隙或細胞間隙舉例舉例小腸上皮細胞吸收葡萄糖和氨基酸等。小腸上皮細胞吸收葡萄糖和氨基酸等。小腸上皮細胞小腸上皮細胞小腸腸腔小腸腸腔血液血液主動運輸主動運輸同向協(xié)同運輸（共轉(zhuǎn)移）：如同向協(xié)同運輸（共轉(zhuǎn)移）：如na+和葡萄糖；和葡萄糖；反向協(xié)同運輸（對轉(zhuǎn)移）：如反向協(xié)同運輸（對轉(zhuǎn)移）：如na+和和+ 。 小分子物質(zhì)逆濃度梯度轉(zhuǎn)運；小分子物質(zhì)逆濃度梯度轉(zhuǎn)運； 需要消耗代謝能量；需要消耗代謝能量； 需要

15、膜上的特異性載體蛋白。需要膜上的特異性載體蛋白。特點特點主動運輸主動運輸主動運輸與被動運輸比較主動運輸與被動運輸比較被動運輸被動運輸 主動運輸主動運輸運輸方向運輸方向是否耗能是否耗能載體蛋白載體蛋白通道蛋白通道蛋白類類 型型順濃度梯度順濃度梯度逆濃度梯度逆濃度梯度消耗代謝能消耗代謝能不消耗代謝能不消耗代謝能有或無載體有或無載體蛋白通道蛋白蛋白通道蛋白必須有載體蛋白必須有載體蛋白直接主動運輸直接主動運輸間接主動運輸間接主動運輸簡單擴散簡單擴散易化擴散易化擴散 比較比較 性質(zhì)性質(zhì)簡單擴散簡單擴散促進擴散促進擴散主動運輸主動運輸參與運輸?shù)哪こ蓞⑴c運輸?shù)哪こ煞莘葜鞍椎鞍椎鞍椎鞍妆贿\輸?shù)奈镔|(zhì)是被運輸

16、的物質(zhì)是否需要結(jié)合否需要結(jié)合否否是是是是能量來源能量來源濃度梯度濃度梯度濃度梯度濃度梯度atp水解或濃水解或濃度梯度度梯度運輸方向運輸方向順濃度梯度順濃度梯度順濃度梯度順濃度梯度逆濃度梯度逆濃度梯度特異性特異性無無有有是是運輸?shù)姆肿痈邼膺\輸?shù)姆肿痈邼舛葧r的飽和性度時的飽和性無無有有是是不同運輸機制的主要特性不同運輸機制的主要特性兩種運輸方式的生物學意義兩種運輸方式的生物學意義主動運輸主動運輸：維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，維持細胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定， 快速調(diào)整不同細胞內(nèi)環(huán)境的，快速調(diào)整不同細胞內(nèi)環(huán)境的， 對細胞的生命活動非常重要。對細胞的生命活動非常重要。被動運輸：被動運輸：順濃度梯度轉(zhuǎn)運物質(zhì)順濃度梯度轉(zhuǎn)運物質(zhì), , 使細胞內(nèi)外環(huán)境差距縮小。使細胞內(nèi)外環(huán)境差距縮小。被動運輸被動運輸-減少細胞與周圍環(huán)境的差別；減少細胞與周圍環(huán)境的差別；主動運輸主動運輸-創(chuàng)造細胞