细胞生物学基础(3章4节)13药学班课件.ppt
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- 细胞生物学 基础 13 药学 课件
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1、第五章第五章 物质的跨膜运输与信号传递物质的跨膜运输与信号传递第一节第一节 物质的跨膜运输物质的跨膜运输第二节第二节 细胞通讯与信号传递细胞通讯与信号传递1.物质跨膜运输的类型物质跨膜运输的类型2.钠钾泵的结构和作用机理钠钾泵的结构和作用机理3.受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用4.受体和信号分子受体和信号分子5.cAMP信号通路和信号通路和 第一节第一节 物质的跨膜运输物质的跨膜运输1 1.被动运输被动运输(passive transport)2.2.主动运输主动运输(active transport)3.3.膜泡运输膜泡运输 一、被动运输一、被动运输1.概念:被动运输(概念:被动运输(p
2、assive transport)是通过简单扩散或)是通过简单扩散或 协助扩散实现物质由协助扩散实现物质由高高浓度向浓度向低低浓度方向的跨膜运浓度方向的跨膜运 转。转。2.特点:运输方向;跨膜动力;能量消耗;膜转运蛋白。特点:运输方向;跨膜动力;能量消耗;膜转运蛋白。3.类型:类型:简单扩散简单扩散(simple diffusion)协助扩散协助扩散(facilitated diffusion)(一)简单扩散(一)简单扩散1.概念概念:又称为自由:又称为自由扩散扩散(free diffusion),是疏),是疏水小分子或小的不带电荷的极性分子,不需要能量水小分子或小的不带电荷的极性分子,不需要
3、能量也不需要膜蛋也不需要膜蛋 白参与的跨膜运输方式。白参与的跨膜运输方式。2.特点特点:沿浓度梯度(或电化学梯度)扩散;沿浓度梯度(或电化学梯度)扩散;不需要提供能量;不需要提供能量;没有膜蛋白的协助。没有膜蛋白的协助。3.限制因素限制因素概念概念:也称促进扩散,是极性分子和无机离子在:也称促进扩散,是极性分子和无机离子在膜转运蛋白膜转运蛋白协助协助 下顺浓度梯度(或电化学梯度)的跨膜运输。下顺浓度梯度(或电化学梯度)的跨膜运输。特点特点:转运速率高;转运速率高;存在最大转运速率;存在最大转运速率;有膜转运蛋有膜转运蛋 白参与,有特异性。白参与,有特异性。膜转运蛋白膜转运蛋白是指镶嵌在膜上和物
4、质运输有关的跨膜蛋白。分为是指镶嵌在膜上和物质运输有关的跨膜蛋白。分为载载体蛋白体蛋白(carrier proteincarrier protein)和)和通道蛋白通道蛋白(channel proteinchannel protein)。)。(二)(二)协助扩散协助扩散 细胞质膜具有两个基本的特性 允许小分子物质通过扩散穿过细胞质膜,也可以让水通过渗透进出细胞质膜。扩散(diffusion)是指物质沿着浓度梯度从半透性膜浓度高的一侧向低浓度一侧移动的过程,通常把这种过程称为简单扩散。渗透(osmosis)的含义则是指水分子以及溶剂通过半透性膜的扩散。脂溶性:脂溶性越强,通过脂双层膜的速率越快。
5、相对分子质量:相对分子质量小,脂溶性高的分子才能快速扩散。根据实验结果,推测质膜的通透性孔径不会大于0.51.0nm,能够扩散的最小分子是水分子。物质的带电性:一般说来,气体分子(如O2、CO2、N2)、小的不带电的极性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性的分子等易通过质膜,大的不带电的极性分子(如葡萄糖)和各种带电的极性分子都难以通过质膜 载体蛋白(载体蛋白(carrier protein)载体蛋白(载体蛋白(carrier protein)是在生物膜上普遍存)是在生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶质分子结在的多次跨膜蛋白分子。可以和特定的溶质分子结合,通过构象改变介导溶质的合,通过
6、构象改变介导溶质的主动主动和和被动被动跨膜运输。跨膜运输。相同点:相同点:特异性,有特异的结合位点;特异性,有特异的结合位点;有饱和动力曲线;有饱和动力曲线;受抑制剂的影响。受抑制剂的影响。不同点:不同点:可改变过程的平衡点;可改变过程的平衡点;不对溶质分子作任何共价修饰。不对溶质分子作任何共价修饰。和酶的异同点:和酶的异同点:通道蛋白(通道蛋白(channel protein)概念概念:通道蛋白(:通道蛋白(channel protein)是横跨质膜的亲水性通)是横跨质膜的亲水性通 道,允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过,道,允许适当大小的分子和带电荷的离子顺梯度通过,又称为离子通道
7、。又称为离子通道。特征特征:一是离子通道具有选择性;二是离子通道是:一是离子通道具有选择性;二是离子通道是门控门控的。的。类型类型:电压门通道电压门通道(voltage-gated channel)配体门通道(配体门通道(ligand-gated channel)压力激活通道压力激活通道(stress-activated channel)红细胞质膜载体蛋白促进葡萄糖扩散示意图 含羞草展开与收缩受电压门控通道的控制 二、主动运输二、主动运输1.概念概念:主动运输(:主动运输(active transport)是指由载体蛋白介导)是指由载体蛋白介导 的物质逆浓度梯度(或化学梯度)的由浓度低的一侧向
8、浓度的物质逆浓度梯度(或化学梯度)的由浓度低的一侧向浓度 高的一侧的跨膜运输方式。高的一侧的跨膜运输方式。2.特点特点:运输方向;运输方向;膜转运蛋白;膜转运蛋白;消耗能量;消耗能量;具有选择性和特异性。具有选择性和特异性。3.3.主动运输所需能量的来源主要有:主动运输所需能量的来源主要有:ATP直接提供能量直接提供能量 ATP间接提供能量间接提供能量协同运输协同运输 光能驱动光能驱动 ATP直接提供能量驱动的主动运输直接提供能量驱动的主动运输1.1.钠钾泵(钠钾泵(NaNa+-K-K+-ATP酶)酶)结构结构和和作用机制作用机制 作用作用:维持细胞的渗透性,保持细胞的体积;维持细胞的渗透性,
9、保持细胞的体积;维持低维持低NaNa+高高K K+的细胞内环境,维持细胞的静息的细胞内环境,维持细胞的静息 电位。电位。2.2.钙泵钙泵(Ca2+-ATP酶)酶)3.3.质子泵质子泵:P-型质子泵、型质子泵、V-型质子泵、型质子泵、H+-ATP酶(或酶(或F 型)型)钙泵钙泵(Ca2+-ATP酶)酶)结构:有10个跨膜区;激活:两种激活机制,Ca2+/钙调蛋白(CaM)复合物的 激活;蛋白激酶C激活。质子泵质子泵Na+/K+ATPase的结构 Na+/K+ATPase 工作原理示意图 Ca2+-ATPase的结构和功能位点 概念概念:协同运输(:协同运输(cotransportcotransp
10、ort)是指一种物质的运输伴随另)是指一种物质的运输伴随另 一种物质的运输。它是一类靠间接提供能量完成的主动一种物质的运输。它是一类靠间接提供能量完成的主动 运输方式。运输方式。能量能量:钠钾泵或质子泵通过消耗:钠钾泵或质子泵通过消耗ATPATP产生膜两侧的电化学浓度产生膜两侧的电化学浓度 梯度,驱动协同运输的进行。梯度,驱动协同运输的进行。动物细胞动物细胞中常常利用膜两侧中常常利用膜两侧NaNa+浓度梯度来驱动,浓度梯度来驱动,植物植物 细胞和细菌细胞和细菌常利用常利用H H+浓度梯度来驱动。浓度梯度来驱动。类型类型:共运输(同向协同(:共运输(同向协同(symportsymport)对运输
11、(反向协同(对运输(反向协同(antiportantiport)协同运输协同运输几种不同类型的跨膜运输 动植物细胞载体介导的物质运输的相似与差异 性质简单扩散协助扩散主动运输参与运输的膜成分脂蛋白蛋白被运输的物质是否需要结合否是是能量来源浓度梯度浓度梯度ATP水解或浓度梯度运输方向顺浓度梯度顺浓度梯度逆浓度梯度特异性无有有运输分子高浓度时的饱和性无有有动物细胞和植物细胞不仅结构有所差别,载体蛋白也有所不同。动物细胞质膜上有Na+-K+ATPase,并通过对Na+、K+的运输建立细胞的电化学梯度;但是在植物细胞(包括细菌细胞)的质膜中没有Na+-K+ATPase,代之的是H+-ATP酶,并通过对
12、H+的运输建立细胞的电化学梯度,使细胞外H+的浓度比细胞内高;H+泵在周围环境中创建了酸性pH,然后通过H+质子梯度驱动的同向运输,将糖和氨基酸等输入植物的细胞内。在动物细胞溶酶体膜和植物细胞的液泡膜上都有H+-ATP酶,它们作用都一样,保持这些细胞器的酸性。物质的跨膜运输和膜电位物质的跨膜运输和膜电位膜电位:细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。膜电位:细胞膜两侧各种带电物质形成的电位差的总和。静息电位:细胞在静息状态下的膜电位。静息电位:细胞在静息状态下的膜电位。动作电位:细胞在刺激作用下的膜电位。动作电位:细胞在刺激作用下的膜电位。极化:在静息电位状态下,质膜内为负值,外为正值的现极
13、化:在静息电位状态下,质膜内为负值,外为正值的现象。象。去极化:由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消去极化:由于离子的跨膜运输使膜的静息电位减小或者消失。失。反极化:离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位的反极化:离子的跨膜运输导致瞬间内正外负的动作电位的现象。现象。超极化:离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。超极化:离子的跨膜运输导致静息电位超过原来的值。三、膜泡运输三、膜泡运输膜泡运输完成膜泡运输完成大分子大分子和和颗粒性物质颗粒性物质的跨膜运输,因质膜形成的跨膜运输,因质膜形成囊泡而得名,又称囊泡而得名,又称批量运输(批量运输(bulk transport)。)。根据物质的运
14、输方向分为:根据物质的运输方向分为:胞吞作用胞吞作用(endocytosis)胞吐作用胞吐作用(exocytosis)(一)(一)胞吞作用胞吞作用概念概念:胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡(胞吞泡),:胞吞作用通过细胞膜内陷形成囊泡(胞吞泡),将外界物质裹进并输入细胞的过程。将外界物质裹进并输入细胞的过程。类型类型:胞饮作用(胞饮作用(pinocytosispinocytosis)吞噬作用(吞噬作用(phagocytosisphagocytosis)胞饮作用胞饮作用特点:胞吞物为液体和溶质;特点:胞吞物为液体和溶质;形成的胞吞泡小(直径小于形成的胞吞泡小(直径小于150nm););连续发生的过程
15、;连续发生的过程;网格蛋白和结合素蛋白。网格蛋白和结合素蛋白。有被小泡有被小泡胞吞泡的形成:配体和受体结合胞吞泡的形成:配体和受体结合网格蛋白聚集网格蛋白聚集有被小窝有被小窝去被的囊泡和胞内体融合去被的囊泡和胞内体融合 吞噬作用吞噬作用特点:胞吞物为特点:胞吞物为大分子大分子和和颗粒颗粒物质;物质;形成的胞吞泡大(直径大于形成的胞吞泡大(直径大于250nm););信号触发过程;信号触发过程;微丝和结合蛋白。微丝和结合蛋白。作用:防御侵染和垃圾清除工。作用:防御侵染和垃圾清除工。胞饮作用和吞噬作用的胞饮作用和吞噬作用的区别区别 特特 征征 物质物质 胞吞泡的大小胞吞泡的大小 转运方式转运方式 胞
16、吞泡形成机制胞吞泡形成机制胞饮作用胞饮作用 溶液溶液 小于小于150nm 150nm 连续的过程连续的过程 网格蛋白和接合素蛋白网格蛋白和接合素蛋白吞噬作用吞噬作用 大颗粒大颗粒 大于大于250nm 250nm 受体介导的信受体介导的信 微丝和结合蛋白微丝和结合蛋白 号触发过程号触发过程(二)受体介导的胞吞作用(二)受体介导的胞吞作用受体介导的胞吞作用:配体和受体结合受体介导的胞吞作用:配体和受体结合网格蛋白聚集网格蛋白聚集有被小窝有被小窝去被的囊泡和去被的囊泡和胞内体胞内体融合融合有被小泡有被小泡胞内体胞内体是动物细胞内由膜包围的细胞器,其作用是传输由胞是动物细胞内由膜包围的细胞器,其作用是
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