物质跨膜运输教学课件

物质跨膜运输教学第一章细胞膜的结构基础123细胞膜的基本组成膜蛋白的类型与功能膜的流动性与稳定性层结载调节磷脂双分子形成基本构通道蛋白、体蛋白、受体蛋白等胆固醇的作用与糖类分子的特殊功能细胞膜生命的守门员流动镶嵌模型层•磷脂分子形成双分子，构成基本屏障镶负责•膜蛋白嵌其中，特定功能结组横•膜构具有流动性，分可以向移动选择性通透性质进细关键•控制物出胞的特性维细内环稳•持胞境的定细环础•是胞与外界境交流的基磷脂双分子层的结构特点磷脂分子结构双层排列方式亲环层结亲每个磷脂分子由水性头部和疏水性在水境中自发形成双构，水组内尾部成，呈两性特征头部朝外，疏水尾部朝屏障功能数过许质过阻止大多极性分子和离子自由通，但允小分子和非极性物通膜蛋白的多样功能通道蛋白载体蛋白受体蛋白许质结过将质识别结细内转形成跨膜水性通道，允特定离子或小分子快与特定物合，通构象变化物从膜的并合特定信号分子，触发胞信号过侧转侧导速通一运到另一识别蛋白酶蛋白锚定蛋白细识别细应质连细细维细态稳参与胞间与黏附，如免疫系统中的抗原催化胞膜表面或附近的生化反，参与物接胞膜与胞骨架，持胞形与定识别谢代性细胞膜结构示意图图细详细结上展示了胞膜的构，包括层结磷脂双分子形成基本膜构受体蛋白接收外界信号调节通道蛋白形成离子通道胆固醇膜流动性载细识别体蛋白运输特定分子糖蛋白参与胞胆固醇与糖类分子在膜中的作用胆固醇的功能糖类分子的作用侧•插入磷脂分子之间，限制磷脂分子运•以糖蛋白和糖脂形式存在于膜外细识别标记动•形成胞，如血型抗原时过应细识别•在低温防止膜度凝固变硬•参与免疫反与胞间时过软细证•在高温防止膜度流动变•构成胞身份系统维稳•持膜的适度流动性与定性第二章被动运输机制顺浓度梯度，无需能量被动运输无需能量的物质流动被动运输的基本特征质浓物沿度梯度自发移动浓区浓区扩•从高度域向低度域散•不消耗ATP等能量分子终态状态•最达到动平衡质•适用于小分子物的跨膜移动简单扩散促进扩散渗透作用过辅扩小分子直接穿膜借助膜蛋白的助水分子的特殊散简单扩散详解扩散原理适用物质热质浓₂₂基于分子运动，物从高度向低小分子气体（O、CO）、脂溶性浓区质度域自发移动物（酒精、脂肪酸）、少量水分子扩散速率浓积与分子大小、度差、温度和膜表面成正比，与膜厚度成反比简单扩质过层这对较散不借助任何膜蛋白，物直接穿磷脂双分子种方式运输速率相对细换关慢，但于胞呼吸所需的气体交至重要促进扩散的载体与通道蛋白载体蛋白（通道蛋白（Carrier Channel））Proteins Proteins结•特异性合并运输特定分子•形成跨膜水性通道或孔道过将质侧转许过•通构象变化物从一移到另•允离子和小极性分子通侧钾一•示例离子通道、水通道蛋白转选择•示例葡萄糖运蛋白（GLUT）•特点高性，运输速率极快饱现•特点速率有上限，存在和象渗透作用水分子的特殊扩散渗透的基本概念势势水分子从水高处向水低处移动质浓区质浓区•通常是从低溶度域向高溶度域过细过•通胞膜的水通道蛋白（Aquaporin）快速通过数•每秒可通十亿个水分子渗透压与细胞状态细内渗压细胀缩状态对维细态关胞外透差异决定胞的，持胞形和功能至重要结水通道蛋白（Aquaporin）构渗透实验示意图高渗溶液中1细质质缩胞壁分离，原生体收细细缩水分子流出胞，胞萎等渗溶液中2细态胞形正常进水分子出平衡低渗溶液中细胀3胞吸水膨细细过胀植物胞胞壁限制度膨细动物胞可能发生溶血影响扩散速率的因素温度浓度梯度扩温度升高，分子运动加快，散速率增大浓扩度差越大，散速率越快分子大小扩分子越小，散速率越快表面积膜厚度积扩膜表面越大，散总量越大扩膜越薄，散速率越快第三章主动运输机制逆浓度梯度，需要能量主动运输能量驱动的逆浓度梯度运输主动运输的基本特征质浓物逆度梯度方向运输浓区浓区•从低度域向高度域移动•需要消耗ATP等能量分子执•由特殊的泵蛋白行积浓质•可以累高度的特定物主动运输的生理意义细积质废维细内环稳使胞能够累必需物，排出物，持胞境定，是生命活动的能量投入之一典型案例钠钾泵第一步结合细内侧结⁺时结泵蛋白在胞合3个Na离子，同合1个ATP分子第二步磷酸化为释结ATP水解ADP，放能量，磷酸基团与泵蛋白合，引起构象变化第三步释放与结合⁺释细时结细⁺构象变化使Na放到胞外，同合2个胞外的K离子第四步去磷酸化释将⁺释细内环磷酸基团放，泵蛋白恢复原构象，K放到胞，完成一个循其他主动运输类型初级主动运输次级主动运输释驱质浓为质直接利用ATP水解放的能量动物运利用一种离子的度梯度另一种物输提供能量钠钾⁺⁺协⁺协泵（Na-K ATPase）同运输（同向运输）Na-葡萄糖转钙⁺同运体泵（Ca²ATPase）⁺⁺质⁺反向运输（逆向运输）Na-Ca²交子泵（H ATPase）换体•药物外排泵（MDR蛋白）赖级依初主动运输建立的离子梯度，是一种间接利用ATP能量的方式钠钾泵工作机制动画示意钠钾泵的重要生理功能维细静传导持胞膜息电位，支持神经信号调节细积细肿胀胞体，防止胞为级钠驱质次主动运输提供离子梯度，间接动葡萄糖、氨基酸等物的吸收维细渗细稳态持胞透平衡，保障胞第四章囊泡运输（膜泡运输）大分子的包装运输囊泡运输概述囊泡运输的基本特征质颗适用于大分子物和粒的运输过内•通膜的陷或突出形成膜泡•需要消耗ATP提供能量现细环质换•实胞与外界境的物交细内结质转•参与胞各膜性构间的物运胞吞作用Endocytosis胞吐作用Exocytosis细内将质摄细内细内细将质释细胞膜陷形成囊泡，外界物入胞胞囊泡与胞膜融合，物放到胞外胞吞作用的三种形式吞噬作用Phagocytosis吞饮作用Pinocytosis细过伪将颗围细摄围胞通足固体粒包并吞入胞膜凹陷形成小泡，取周液体细内质胞和溶解物细数细•主要见于白胞吞噬病原体•发生在大多胞中识别标颗选择细•需要特定受体目粒•非性吸收胞外液较较饮•形成大的吞噬体•形成小的吞泡受体介导的胞吞RME细结胞表面受体特异性合配体，形成窝包被小选择摄质•高度性取特定物摄常见于低密度脂蛋白LDL取•包被蛋白（如网格蛋白）参与胞吐作用细胞排出物质囊泡形成内质质高尔基体或网合成并包装物囊泡运输细导细胞骨架引囊泡向胞膜移动膜泡对接识别结细特定蛋白并合胞膜膜融合导细SNARE蛋白介膜泡与胞膜融合内容物释放内细囊泡容物排放到胞外胞吐作用的重要生理功能细过胞吐作用是胞分泌的基本机制，参与多种重要生理程质释神经突触处神经递的放细岛胰腺β胞胰素的分泌细细释免疫胞胞因子的放受体介导胞吞示意图配体结合1结细特异性配体（如LDL）合到胞表面受体2受体聚集结区合配体的受体在膜上聚集形成富集包被小窝形成3细质侧网格蛋白（clathrin）等蛋白在胞聚集，形成包被4膜泡形成内终细膜陷深入，最脱离胞膜形成被包被的囊泡包被脱离5级内网格蛋白解聚并回收利用，形成初体6囊泡分选内细容物根据用途被送往不同胞器或回收到膜膜泡运输的生理意义与应用生理意义应用与前景细营养摄细来质质纳胞取如巨噬胞吞噬外物药物递送系统脂体、米载细体胞分泌功能如胰腺分泌消化酶开细讯传疫苗发抗原递送与呈递胞间通外泌体递信息分子疗细转组质环基因治核酸分子的胞膜分更新膜蛋白与脂的循更新导免疫防御吞噬病原体，抗原提呈诊断标标志物外泌体生物志物课堂实验与互动洋葱细胞渗透实验钠钾泵模拟游戏膜泡运输动画观察观浓细态组钠钾过验过察不同度溶液中洋葱表皮胞的形变化，学生扮演不同分，模拟泵工作程，体通3D动画模拟，深入了解胞吞与胞吐的分子渗转关讨论理解透作用原理能量消耗与离子运的系机制，其生理意义物质跨膜运输的综合比较质质运输方式物流动方向能量需求适用物简单扩顺浓质散度梯度无需能量小分子气体、脂溶性物进扩顺浓促散度梯度无需能量葡萄糖、氨基酸、离子渗顺势透作用水梯度无需能量水分子浓主动运输逆度梯度需要ATP离子、小分子有机物赖浓颗囊泡运输不依度需要ATP大分子、粒关键蛋白质与分子机制总结载体蛋白通道蛋白过现饱许过通构象变化运输特定分子，呈和动力学特征形成穿膜通道，允特定分子或离子快速通转转钾例如葡萄糖运蛋白GLUT、核苷运蛋白例如通道、水通道蛋白AQP、离子通道泵蛋白受体蛋白浓质识别转导利用ATP水解能量逆度梯度运输物特定配体，启动胞吞或信号钠钾⁺⁺质钙岛转例如泵Na-K ATPase、子泵、泵例如LDL受体、胰素受体、铁蛋白受体物质跨膜运输的前沿研究与挑战新型膜蛋白结构膜运输与疾病关纳米技术应用解析系质•脂体药物递送冻镜术维细•冷电技突破•囊性纤化与氯离子•胞膜仿生材料进计通道•膜蛋白晶体学展•人工离子通道设单传•神经退行性疾病与离•分子动力学模拟•分子运输感器结测子通道•高通量构定•癌症与药物外排泵谢转•代疾病与葡萄糖运结束语理解跨膜运输，揭开生命活动的秘密跨膜运输的核心地位学习意义与未来展望质细环物跨膜运输是胞与境交流的桥掌握运输机制有助于梁，支撑着生命活动的方方面面过•理解生理与病理程获谢开针对疗•能量取与代•发性药物与治方法传导细讯计创术•信号与胞通•设新生物材料与技内环稳态维•体境持将续产传导跨膜运输研究持推动生命科学与医进•神经冲动的生与学步。