细胞的物质运输

1. 离子泵（ion pump）
介导特定离子跨膜主动运输的载体蛋白，由ATP 分解直接提供能量，本质是ATP酶，具有载体和 酶的双重活性。
➢Na+-K+ pump (Na+-K+ ATPase)
➢Ca2+ pump (Ca2+ ATPase) ➢H+ pump (H+ ATPase，质子泵)
Na+-K+ pump (Na+-K+ ATPase)
Chap 3. 细胞的物质运输
细胞的物质运输
❖离子和小分子的跨膜运输 ❖生物大分子和颗粒物质的跨膜运输 ❖细胞内的物质运输
第一节、离子和小分子的跨膜运输
• 细胞质膜具有选择性地进行物质跨膜运输、调节细胞 内外物质和离子浓度的平衡及渗透压平衡的能力。
• 膜对物质的通透性由物质本身的性质和膜的结构属性 共同决定。小分子和离子跨膜运输的基本类型分为被 动运输和主动运输。
Voltage gated K+ channel
K+通道有四个亚单位，每个亚基有6个跨膜α螺旋(S1-S6) ， 连接S5-S6段的发夹样β折叠 ，构成通道的内衬，大小可允 许K+通过。
配体门控通道（ligand-gated channel）
通道蛋白作为受体与细胞外或细胞内的配体结合，引起 门控通道蛋白发生构象变化， “门”打开。又称离子通 道型受体。
总的结果是每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+， 转进两个K+。生电钠泵
钠钾泵的工作原理
•Na+-K+ ATP酶反复进行快速的构象变化，1000次/s， 细胞内1/3的ATP用于钠泵的活动。 •Mg2+和少量膜脂有助于提高其活性。 •Na+-K+泵分布于动物细胞质膜，作用： ①维持细胞的渗透性，保持细胞的体积； ②维持低Na+高K+的细胞内环境； ③维持细胞的静息电位。
➢被动运输（passive transport） ➢主动运输（active transport）
一、被动运输（passive transport）
• 被动运输指物质从高浓度一侧通过质膜运输到 浓度低的一侧。不需细胞代谢供能，动力来自 浓度梯度和电位差。
• 单纯扩散（simple diffusion） • 易化/协助扩散（facilitated diffusion）
Ca2+ pump (Ca2+ ATPase)
1. 单纯扩散（simple diffusion）
顺浓度差或电化学梯度自由穿越脂质双分子层的 运输方式 ，不需要膜上特定蛋白参与。
特点： • 脂溶性越强的分子越容易通过； • 非极性分子比极性分子更容易通过； • 小分子比大分子容易通过； • 不带电荷的分子容易通过。
膜的通透性
允许通过质膜的主要是小的脂溶性 分子和小的不带电荷的极性分子
2. 易化/协助扩散（facilitated diffusion）
• 一些非脂溶性物质需要借助一定的载体即膜转运蛋白 顺浓度梯度运输。
• 特点： ①比单纯扩散转运速率高； ②特异性； ③饱和性。 • 膜转运蛋白： ①载体蛋白 ②通道蛋白。
载体蛋白（carrier protein）
与特异性的分子结合后通过自身构象的改变介导该物质 的跨膜转运。也可介导主动运输。
•美国科学家因离子通道的研究获2003年诺贝尔化学奖
Types of gated channel
电压门控通道（ voltage-gated channel ）
•特点：细胞内或细胞外特异离子浓度或电位发生变 化时，致使其构象变化，“门”打开。闸门的开闭主 要受膜电位的变化控制。 •电压门控通道具有三种状态：开放、关闭和失活。 •Na+、K+、Ca2+三种电压门控通道结构相似。
二、主动运输（active transport）
• 主动运输的特点：
– 逆浓度梯度（逆化学梯度）运输； – 需要能量； – 都有载体蛋白参与。
• 主动运输的类型（能量来源）：
– ATP驱动的主动运输——离子泵（ion pump） – 离子梯度驱动的主动运输——协同运输（ cotransport ） – 光驱动的泵（见于细菌）
Na+-K+泵本质就是Na+-K+ATP酶，由2个大亚基、2个小亚 基组成的4聚体，大亚基为跨膜蛋白，内侧有结合Na+和 ATP的位点，外侧有结合K+和乌本 pump作用原理
Na+-K+ATP酶通过磷酸化和去磷酸化过程发生构象的变 化，导致与Na+、K+的亲和力发生变化。在膜内侧Na+ 与酶结合，激活ATP酶活性，使ATP分解，酶被磷酸化， 构象发生变化，于是与Na+结合的部位转向膜外侧；这 种磷酸化的酶对Na+的亲和力低，对K+的亲和力高，因 而在膜外侧释放Na+，而与K+结合。K+与磷酸化的酶结 合后促使酶去磷酸化，酶的构象恢复原状，于是与K+结 合的部位转向膜内侧，K+与去磷酸化状态的酶亲和力降 低，使K+在膜内被释放，而酶又与Na+结合。
例如ACh受体是由4种不同的 亚单位组成的5聚体蛋白质， 形成一个结构为α2βγδ的梅花 状通道样结构，其中的两个α 亚单位是同两分子ACh相结 合的部位。
ligand-gated channel——Nicotinic acetylcholine receptor
神经肌肉连接处：由ACh配体门控通道开放而出现终板电 位时，可使肌细胞膜中的电压门控Na+通道和K+通道相继 激活，出现动作电位；引起肌质网 Ca2+通道打开，Ca2+进 入细胞质，引发肌肉收缩。
特点：特异性；可逆性；饱和性。
通道蛋白（ channel protein ）
•是跨膜的亲水性通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度 通过，又称离子通道（ Ion Channel ）。对离子具有选 择性和高度亲和力
•有些通道蛋白长期开放，如钾泄漏通道，水通道
•有些通道蛋白平时处于关闭状态，仅在特定刺激下才打 开，称为门控通道（gated channel）。根据刺激信号的 类型分为：配体门控通道（ligand-gated channel）、电 压门控通道（ voltage-gated channel ）、压力门控通道 （ stress-gated channel ）等