海南大学：《细胞生物学》课程教学资源（PPT课件）第5章 物质跨膜运输（transmembrane transport and signal transduction）

本章主要内容 必第一节 物质跨膜运输 、 被动运输 二、主动运输 三、膜泡运输 冬第二节 细胞通讯与信号传递 细胞通讯与信号识别 二、细胞内受体介导的信号传递 三、细胞表面受体介导的信号跨膜传递 四、细胞表面整联蛋白介导的信号传递 五、细胞信号传递的基本特征 主讲：汤华

主讲：汤 华 ™第一节 物质跨膜运输 一、被动运输 二、主动运输 三、膜泡运输 ™第二节 细胞通讯与信号传递 一、细胞通讯与信号识别 二、细胞内受体介导的信号传递 三、细胞表面受体介导的信号跨膜传递 四、细胞表面整联蛋白介导的信号传递 五、细胞信号传递的基本特征 本章主要内容

第一节物质的跨膜运输 (transmembrane transport) 细胞膜是细胞与细胞外环境之间的选择透过性屏障，保 证细胞对基本营养物质的摄取、代谢废物的排除、细胞内 离子浓度的调节，维持细胞内环境的相对稳定。 细胞必须与周围环境发生信息、物质与能量的交换，才 能完成特定的生理功能。 细胞具备一套物质转运体系，进行物质运输。细胞膜上 与物质转运有关的蛋白，占核基因编码蛋白的15-30%，用 在物质转运方面的能量，达细胞总消耗能量的三分之二。 物质运输三种途径：被动运输、主动运输、膜泡运输。 主讲汤华

主讲：汤 华 第一节 物质的跨膜运输 (transmembrane transport) ™细胞膜是细胞与细胞外环境之间的选择透过性屏障，保 证细胞对基本营养物质的摄取、代谢废物的排除、细胞内 离子浓度的调节，维持细胞内环境的相对稳定。 ™细胞必须与周围环境发生信息、物质与能量的交换，才 能完成特定的生理功能。 ™细胞具备一套物质转运体系，进行物质运输。细胞膜上 与物质转运有关的蛋白，占核基因编码蛋白的15-30%，用 在物质转运方面的能量，达细胞总消耗能量的三分之二。 ™物质运输三种途径：被动运输、主动运输、膜泡运输

被动运输 (passive transport) 被动运输：是指通过简单扩散或协助扩散实现物质由 高浓度到低浓度方向的跨膜转运。 类型：简单扩散（simple diffusion)、协助扩散 (facilitated diffusion) 基本特点 运输方向：高浓度至低浓度 跨膜动力：浓度梯度 必能量消耗：不需细胞提供代谢能量 主讲：汤华

主讲：汤 华 ™被动运输：是指通过简单扩散或协助扩散实现物质由 高浓度到低浓度方向的跨膜转运。 ™类型：简单扩散（simple diffusion）、协助扩散 （facilitated diffusion） 一、被动运输（passive transport） ™运输方向：高浓度至低浓度 ™跨膜动力：浓度梯度 ™能量消耗：不需细胞提供代谢能量 基本特点

1、简单扩散（simple diffusion) 简单扩散：也叫自由扩散（free diffusing.),是疏水 的小分子或者不带电荷的极性小分子通过细胞膜的一种简 单运输方式。 冬特点是：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需 要提供能量；③没有膜蛋白的协助。 ?物质的通透性主要取决于分子的大小和分子的极性。 脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极 性分子比极性分子容易透过，小分子比大分子容易透过。 主讲：汤华

主讲：汤 华 1、简单扩散（simple diffusion） ™简单扩散：也叫自由扩散（free diffusing），是疏水 的小分子或者不带电荷的极性小分子通过细胞膜的一种简 单运输方式。 ™特点是：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需 要提供能量；③没有膜蛋白的协助。 ™物质的通透性主要取决于分子的大小和分子的极性。 ™脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极 性分子比极性分子容易透过，小分子比大分子容易透过

SMALL 02 非极性的小分子如02、 HYDROPHOBIC C02 MOLECULES N2 C02、N2可以很快透过脂双 benzene 层。 SMALL H20 UNCHARGED 不带电荷的极性小分子， POLAR glycerol ethanol MOLECULES 如水、尿素、甘油等也可以 透过脂双层，但速度较慢。 LARGER amino acids UNCHARGED glucose POLAR 必分子量略大一点的葡萄糖、 nucleotides MOLECULES 蔗糖则很难透过。 H*,Na* IONS HCO3,K* 必带电荷的物质如：H+、 Ca2,CI- Mg2+ Na+、K+、CI-、HC03-是高 度不通透的。 synthetic lipid bilayer 主讲：汤华

主讲：汤 华 ™非极性的小分子如O2、 CO2、N2可以很快透过脂双 层。 ™不带电荷的极性小分子， 如水、尿素、甘油等也可以 透过脂双层，但速度较慢。 ™分子量略大一点的葡萄糖、 蔗糖则很难透过。 ™带电荷的物质如：H+、 Na+、K+、Cl-、HCO3-是高 度不通透的

2、协助扩散（facilitated diffusion) 冬协助扩散：是各种极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、 核苷酸及细胞代谢物等，在特异的膜转运蛋白“协助”下， 顺浓度梯度或电化学梯度减小的方向跨膜运输。 冬特点：高浓度向低浓度，不需 载体蛋白 提供能量，需膜转运蛋白参与。 介导的扩散 膜转运蛋白与溶质结合有特异 解 Vmax 性。 比自由扩散转运速率高，存在 好 hVma× 最大转运速率。在一定限度内运 简单扩散 输速率同物质浓度成正比，如超 过一定浓度，运输速率不再增加。 KM 被转运分子的浓度→ 主讲汤华

主讲：汤 华 ™协助扩散：是各种极性分子和无机离子，如糖、氨基酸、 核苷酸及细胞代谢物等，在特异的膜转运蛋白“协助”下， 顺浓度梯度或电化学梯度减小的方向跨膜运输。 2、协助扩散（facilitated diffusion） ™特点：高浓度向低浓度，不需 提供能量，需膜转运蛋白参与。 ™膜转运蛋白与溶质结合有特异 性。 ™比自由扩散转运速率高，存在 最大转运速率。在一定限度内运 输速率同物质浓度成正比，如超 过一定浓度，运输速率不再增加

膜转运蛋白可分为两类：一类为载体蛋白，它既可介导被 动运输，又可介导主动运输；另一类为通道蛋白，只能介导 被动运输。 载体蛋白(carrier proteins):生物膜上普遍存在的多次 跨膜蛋白分子，与特定的溶质分子结合，通过构象改变介导 溶质分子的跨膜转运。 载体蛋白有特异性结合位点，只能结合并转运特异的溶质 分子。 solute lipid state A state B bilayer OUTSIDE concentration gradient INSIDE carrier protein mediating solute-binding site passive transport 主讲：汤华

主讲：汤 华 ™载体蛋白(carrier proteins)：生物膜上普遍存在的多次 跨膜蛋白分子，与特定的溶质分子结合，通过构象改变介导 溶质分子的跨膜转运。 ™载体蛋白有特异性结合位点，只能结合并转运特异的溶质 分子。 ™膜转运蛋白可分为两类：一类为载体蛋白，它既可介导被 动运输，又可介导主动运输；另一类为通道蛋白，只能介导 被动运输

通道蛋白(channel protein):跨膜的亲水性通道，允许 适当大小的分子和离子顺浓度梯度通过，又称离子通道。 只介导被动运输。 冬驱动力：溶质的浓度梯度、跨膜电位差。 特点：1)具有选择性，转运速率高；2) 通道蛋白是门 控的，由开和关两种构象调节活性。 电位门通道(voltage-gated channel). 配体门通道ligand-gated channel) 压力激活通道(stress-.activated channel). 主讲汤华

主讲：汤 华 ™通道蛋白(channel protein)：跨膜的亲水性通道，允许 适当大小的分子和离子顺浓度梯度通过，又称离子通道。 只介导被动运输。 ™驱动力：溶质的浓度梯度、跨膜电位差。 ™特点：1）具有选择性，转运速率高；2）通道蛋白是门 控的，由开和关两种构象调节活性。 ™电位门通道(voltage-gated channel） ™配体门通道(ligand-gated channel） ™压力激活通道(stress-activated channel）

冬电位门通道：细胞内外特异离子浓度发生变化时，或其 他刺激引起膜电位变化时，致使其构象变化，“门打开。 配体门通道：表面受体与特定配体(1 igand)结合，引起 门通道蛋白发生构象变化，结果使“门”打开。分为阳离子 通道（如乙酰胆碱的受体）和阴离子通道（如甘氨酸的受体）。 压力激活通道：细胞接受各种机械力刺激，如摩擦力、 压力、牵拉力、重力、剪切力等，将机械刺激信号转化为 电化学信号，引起细胞反应。 主讲：汤华

主讲：汤 华 ™电位门通道：细胞内外特异离子浓度发生变化时，或其 他刺激引起膜电位变化时，致使其构象变化，“门”打开。 ™配体门通道：表面受体与特定配体(ligand)结合，引起 门通道蛋白发生构象变化，结果使“门”打开。分为阳离子 通道(如乙酰胆碱的受体)和阴离子通道(如甘氨酸的受体)。 ™压力激活通道：细胞接受各种机械力刺激，如摩擦力、 压力、牵拉力、重力、剪切力等，将机械刺激信号转化为 电化学信号，引起细胞反应

(A)voltage- (B)ligand-gated (C)ligand-gated (D)stress- gated (extracellular (intracellular activated ligand) ligand) CLOSED CYTOSOL OPEN 火 CYTOSOL 主讲：汤华

主讲：汤 华