生物膜和運輸

生物膜和運輸?shù)谝豁?，共九十頁?022年，8月28日生物膜的組成與結(jié)構(gòu)細胞膜 任何細胞都以一層薄膜（厚4-7nm）將其內(nèi)含物與環(huán)境分開，這層膜稱細胞膜(cellmembrane)。

內(nèi)膜系統(tǒng)--組成具有各種特定功能的亞細胞結(jié)構(gòu)和細胞器所具有的膜。

生物膜--細胞結(jié)構(gòu)的基本形式，對細胞內(nèi)很多生物大分子的有序反應(yīng)和整個細胞的區(qū)域化都提供了必需的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，使各個細胞器和亞細胞結(jié)構(gòu)既各自具有恒定、動態(tài)的內(nèi)環(huán)境，又相互聯(lián)系相互制約，從而使整個細胞活動有條不紊，協(xié)調(diào)一致地進行。

物質(zhì)運送、能量轉(zhuǎn)換、激素和藥物作用、細胞識別、腫瘤發(fā)生、細胞重復(fù)等都與生物膜有關(guān)。第二頁，共九十頁，2022年，8月28日生物膜（Biomembrane）

生物膜包括細胞（外）膜

(plasmamembrance)及細胞內(nèi)膜(細胞器膜)。

生物膜的形成對于生物體能量的貯存及細胞間的通訊起著中心作用。膜的生物活性來自于膜自身顯著的特性：膜連接緊密但有彈性；膜自我封閉，對極性分子有選擇性通透；膜的彈性允許膜在細胞生長和運動中改變形狀；暫時破裂且可自封閉的能力可保證兩個細胞或兩個膜狀包裹物的融合。第三頁，共九十頁，2022年，8月28日各類膜的電鏡

橫切面照片細胞體纖毛線粒體消化泡內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分泌泡第四頁，共九十頁，2022年，8月28日生物膜的基本功能(1)生物膜是細胞獨立空間的界限，并有選擇性阻隔效果；(2)生物膜是特定生物功能反應(yīng)進行的場所；(3)生物膜可探測傳遞電子信號及化學(xué)信號；(4)生物膜控制物質(zhì)的運輸；(5)生物膜為細胞間聯(lián)系的媒介。第五頁，共九十頁，2022年，8月28日膜的生化特性

膜不是被動的屏障，膜上含有一系列的特化蛋白質(zhì)啟動或催化一定的分子事件；膜上的泵可以逆跨膜梯度轉(zhuǎn)運特定的有機物和無機離子；能量轉(zhuǎn)化器可以把一種形式的能量轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量；質(zhì)膜上的受體能夠感受胞外信號，并轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)的分子事件。第六頁，共九十頁，2022年，8月28日膜的分子組成

生物膜幾乎所有的質(zhì)量都由蛋白質(zhì)和極性脂質(zhì)組成，少量的碳水化合物也是糖蛋白或糖脂的一部分。蛋白質(zhì)和脂類的相對比例因不同的膜而不同，反映著膜生物學(xué)作用的廣泛性。如神經(jīng)元的髓鞘主要由脂類構(gòu)成，表現(xiàn)為一種被動的電子絕緣體；但細菌、線粒體、葉綠體的膜上有許多酶催化的代謝過程發(fā)生，含有的蛋白質(zhì)比脂類要多。第七頁，共九十頁，2022年，8月28日生物膜的基本組成膜脂質(zhì)

:主要為三類，磷脂、糖脂及固醇類[或甘油磷脂、鞘脂和固醇]。蛋白質(zhì):主要為三類，貫穿性膜蛋白、附著性膜蛋白、附脂質(zhì)膜蛋白。糖類：糖類沒有單獨以糖分子存在于生物膜上，而是以共價鍵結(jié)合于蛋白質(zhì)或脂質(zhì)分子上，以糖蛋白及糖脂出現(xiàn)于生物膜上。第八頁，共九十頁，2022年，8月28日脂肪酸碳鏈的長短及不飽和程度與膜的流動性有關(guān)。磷脂分子結(jié)構(gòu)的兩性特征：

雙分子層排列為脂（質(zhì)）雙分子層。

生物膜的磷脂第九頁，共九十頁，2022年，8月28日生物膜甘油磷脂的結(jié)構(gòu)第十頁，共九十頁，2022年，8月28日生物膜中的膽固醇膽固醇動物>植物、質(zhì)膜>細胞器膜

膽固醇兩性特點:

a.對膜中脂類的物理狀態(tài)有調(diào)節(jié)作用；

b.在相變溫度以上，阻撓脂分子脂酰鏈的旋轉(zhuǎn)和異構(gòu)化運動，降低膜的流動性；

c.在相變溫度以下，阻止磷脂脂酰鏈的有序排列，防止向凝膠態(tài)的轉(zhuǎn)化，保持了膜的流動性，降低其相變溫度。第十一頁，共九十頁，2022年，8月28日生物膜中膽固醇和鞘脂與磷脂的作用細菌\甘油衍生物

植物/

動物--是神經(jīng)鞘氨醇的衍生物磷脂分子插入膽固醇及相互作用極性頭部受膽固醇影響，流動性降低可流動區(qū)域含“寡糖”的極性頭部脂雙層疏水區(qū)第十二頁，共九十頁，2022年，8月28日膜脂的不對稱性及脂質(zhì)的多形性脂質(zhì)分布不對稱

膜兩層電荷數(shù)量，流動性的差異

與膜蛋白的定向分布與功能有關(guān)系

具兩性溶解度有限

a．磷脂加入水中，疏水部分表面積增大、在水-空氣界面形成單分子層[極性-水中-“烴”-空氣]；

b．多量的磷脂分子以微團和雙層存在：1.極性-水接觸；2.脂酰鍵靠近使疏水烴部分完全不與水相接觸。第十三頁，共九十頁，2022年，8月28日磷脂分子在水相介質(zhì)中的幾種形式雙層微囊單體水單層微團空氣膜雙分子層的形成第十四頁，共九十頁，2022年，8月28日每種膜都有一個

特征性的脂質(zhì)組成

各種來源的膜的化學(xué)分析顯示了一個共同的特征，即膜脂組成因不同的界、不同的種、不同的組織、特定細胞中不同的細胞器而不同。細胞有一種清楚的機制，可以精確控制膜脂合成的種類和數(shù)量，以及定位到特定的細胞器上。

第十五頁，共九十頁，2022年，8月28日不同組織質(zhì)膜的主要成分髓鞘草履蟲谷甾醇麥角固醇豆甾醇第十六頁，共九十頁，2022年，8月28日鼠肝細胞膜及細胞器膜的脂質(zhì)類型第十七頁，共九十頁，2022年，8月28日磷脂的不對稱分布--紅細胞質(zhì)膜內(nèi)外單層膜第十八頁，共九十頁，2022年，8月28日膜蛋白依與雙層脂質(zhì)之間立體結(jié)構(gòu)位置，分三類

:

貫穿性膜蛋白

(integralmembraneprotein)：以-螺旋結(jié)構(gòu)貫穿雙層脂質(zhì)，雙層脂質(zhì)區(qū)可含有至個氨基酸；可由氨基酸序列預(yù)測此種-螺旋結(jié)構(gòu)，例如鈉鉀泵。附著性膜蛋白（外周蛋白）(peripheralmembraneprotein)：蛋白質(zhì)以非共價附于膜脂或貫穿性膜蛋白上。附脂性膜蛋白（拋錨蛋白）(lipid-anchoredproteins):蛋白質(zhì)以共價鍵連于膜脂質(zhì)的fattyacid或prenylgroup上。第十九頁，共九十頁，2022年，8月28日外周蛋白和內(nèi)在蛋白外周蛋白質(zhì)

脂雙層表面：靜電力、范德華引力結(jié)合易分離，溶于水

內(nèi)在蛋白質(zhì)

靠疏水效應(yīng)與膜脂結(jié)合

蛋白質(zhì)分子上非極性基團的AA側(cè)鏈與脂雙層的疏水部分與水疏遠

疏水相互作用--這些非極性基團之間存在一種相互趨近的作用。

分布：埋與脂雙層疏水區(qū)（水不溶性）、部分嵌在脂雙層中、橫跨全膜。第二十頁，共九十頁，2022年，8月28日不同功能的膜含有不同的蛋白質(zhì)不同來源膜的蛋白質(zhì)組成比其脂質(zhì)組成的變化更大，反映在膜功能的特化上。如視網(wǎng)膜桿狀細胞對于接受光為高度特化，90%以上的膜蛋白是光吸收蛋白—視紫紅質(zhì)；特化較低的紅細胞質(zhì)膜約含20種顯著的蛋白及十幾種較少的蛋白，多數(shù)的蛋白為運輸載體，每一種蛋白運輸一種跨膜的溶質(zhì)。有些膜蛋白還與一個或多個脂共價結(jié)合，后者可能形成一種疏水的穩(wěn)定體系以保證蛋白質(zhì)存在于膜上。

第二十一頁，共九十頁，2022年，8月28日糖殘基細胞質(zhì)-螺旋細胞外細胞膜血型糖蛋白跨膜嗜鹽菌視紫質(zhì)蛋白：光能→化學(xué)能，M26000，235個AA組成，每個跨膜分布的視紫質(zhì)分子含有7條平行的柱形多肽α-螺旋垂直于膜平面。血型糖蛋白：跨膜蛋白，131個AA殘基，N-C-端較長的親水片段，N-100個糖殘基第二十二頁，共九十頁，2022年，8月28日糖類與膜蛋白結(jié)合，分布不對稱。

糖脂和糖蛋白的寡糖分布在非細胞質(zhì)的一側(cè)，在內(nèi)膜上的糖側(cè)向膜系內(nèi)腔。分布于質(zhì)膜表面的糖殘基形成一層多糖--蛋白質(zhì)復(fù)合物（又稱：細胞外殼）

生物膜組成中常見的單糖：半乳糖、甘露糖、巖藻糖（葡萄糖，唾液酸）、半乳糖胺。

功能：不清楚，推測與細胞表面行為有關(guān)。

多糖--細胞表面的天線，在接受外界信息以及細胞間相互識別方面有重要作用。第二十三頁，共九十頁，2022年，8月28日細胞外殼（糖萼）示意圖細胞質(zhì)吸附糖蛋白跨膜糖蛋白雙層脂細胞外殼（糖萼）糖殘基糖脂第二十四頁，共九十頁，2022年，8月28日膜的超分子結(jié)構(gòu)

所有生物膜擁有共同的基本特征：對多數(shù)極性分子或帶電分子不通透，允許非極性分子通透；約5-8nm厚，橫切電鏡照片近似三層結(jié)構(gòu)。第二十五頁，共九十頁，2022年，8月28日生物膜分子間作用力的類型靜電力：存在于一切極性的和帶電荷基團之間的吸引或排斥。疏水力：維持膜結(jié)構(gòu)的主要作用力

范德華引力：使膜中分子盡可能彼此靠近與疏水力相互補充。第二十六頁，共九十頁，2022年，8月28日生物膜分子結(jié)構(gòu)的模型（一）脂雙層模型

（a）紅細胞的全部脂質(zhì)都分布在膜上；

（b）丙酮將所有的脂質(zhì)分子都從膜中抽出；

（c）紅細胞的平均表面積估標準確；

（二）Danielli與Davson三夾板模型，在脂雙層的基礎(chǔ)上提出，解釋蛋白質(zhì)定位的問題。

①兩層磷脂分子的脂肪酸烴鏈伸向膜中心，極性端面向膜兩側(cè)水相。

②蛋白質(zhì)分子以單層覆蓋兩側(cè)，形成蛋白質(zhì)--脂質(zhì)--蛋白質(zhì)的“三明治”或"三夾板"的結(jié)構(gòu)。

第二十七頁，共九十頁，2022年，8月28日DaniellDanielli-Davson模型球蛋白磷脂脂第二十八頁，共九十頁，2022年，8月28日流動鑲嵌模型[FluidMosaicModel]

生物膜中兼性的膜脂形成一個脂質(zhì)雙分子層，非極性部分相對構(gòu)成雙分子層的核心，極性的頭部朝外；脂質(zhì)雙分子層結(jié)構(gòu)中，球狀蛋白以非正規(guī)間隔埋于其中；另一些蛋白則伸出（突出）膜的一面或另一面；還有一些蛋白跨越整個膜。蛋白質(zhì)在脂雙分子層中的方向是不對稱的，表現(xiàn)為膜蛋白功能的不對稱。脂質(zhì)與蛋白質(zhì)之間構(gòu)成一個流動的鑲嵌結(jié)構(gòu)。第二十九頁，共九十頁，2022年，8月28日流動鑲嵌模型[FluidMosaicModel]第三十頁，共九十頁，2022年，8月28日脂雙分子層是基本的結(jié)構(gòu)脂類與水相共存時會迅速形成一種脂雙分子層結(jié)構(gòu)而避開水的作用，生物膜的厚度（電鏡測定為5-8nm）是由3nm的脂雙分子層和蛋白的厚度決定的，所有證據(jù)都支持生物膜由脂雙分子層構(gòu)成。膜脂對于脂雙分子層兩面是不對稱的，但盡管不對稱，也不象蛋白質(zhì)，膜脂的不對稱不是絕對的。第三十一頁，共九十頁，2022年，8月28日兩性脂在水中形成的聚集體

(AmphipathicLipidAggregates)第三十二頁，共九十頁，2022年，8月28日膜脂在不斷地流動雖然脂雙層結(jié)構(gòu)的本身是穩(wěn)定的，但磷脂和固醇分子可在脂質(zhì)平面內(nèi)運動，它們的橫向運動很快，幾秒之內(nèi)就可環(huán)繞紅細胞的一周。雙分子層的內(nèi)部也是流動的，脂肪酸的碳氫鏈可通過碳碳旋轉(zhuǎn)而不斷地運動。另外一種運動就是跨雙分子層運動，即flip-flop。膜流動的程度依賴于膜脂的組成及溫度，低溫下的運動相對較少，脂雙分子層幾乎呈晶態(tài)[類晶體、半晶體]排列；溫度升到一定高度時，運動增加，膜由晶態(tài)向液態(tài)轉(zhuǎn)變。第三十三頁，共九十頁，2022年，8月28日膜的運動性：膜脂、膜蛋白。磷脂:液晶態(tài)→類晶態(tài)的凝膠狀態(tài)→液晶態(tài)（生理條件）相變溫度“溶解”。1.磷脂烴鏈圍繞C-C鍵旋轉(zhuǎn)而導(dǎo)致異構(gòu)化運動；

2.磷脂分子圍繞與膜平面相垂直的軸左右擺動,

極性部分--快；甘油骨架--慢

脂肪酸烴鏈--較快

3．磷脂分子圍繞與膜平面相垂直的軸作旋轉(zhuǎn)運動；

4．磷脂分子在膜內(nèi)作側(cè)向擴散或側(cè)向移動

5.磷脂分子在脂雙層中作翻轉(zhuǎn)（flip-flop）運動.膜脂的相變磷脂分子運動的幾種形式全反式(trans)gauche構(gòu)型示意A:全反式,B和C:A旋轉(zhuǎn)120。的構(gòu)型。g+，順時針旋轉(zhuǎn)，g-逆時針旋轉(zhuǎn)第三十四頁，共九十頁，2022年，8月28日膜脂的運動溫度引起側(cè)鏈熱運動脂雙層平面的擴散跨膜擴散：“翻跟頭”第三十五頁，共九十頁，2022年，8月28日膜蛋白透過或跨過脂雙分子層

生物膜通過冰凍蝕刻技術(shù)處理，電鏡下可以觀察到一個蛋白或多蛋白復(fù)合體的分布情況，一些蛋白質(zhì)僅存在于膜的一面，另一些則橫跨整個膜雙分子層，有些穿過膜的另一表面。 膜蛋白在脂雙分子層上可側(cè)向運動。第三十六頁，共九十頁，2022年，8月28日紅細胞上血型

糖蛋白的跨膜O-連接四糖：2Neu5Ac，Gal，GalNAcN-連接-螺旋第三十七頁，共九十頁，2022年，8月28日

冰凍蝕刻(freeze-etching)技術(shù)

在冰凍斷裂技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的復(fù)型技術(shù)，將冰凍斷裂樣品的溫度稍微升高，讓樣品中的冰在真空中升華，而在表面上浮雕出細胞膜的超微結(jié)構(gòu)。當(dāng)大量的冰升華之后，對浮雕表面進行鉑-碳復(fù)型，并在腐蝕性溶液中除去生物材料，復(fù)型經(jīng)重蒸水多次清洗后，置于載網(wǎng)上進行電鏡觀察。第三十八頁，共九十頁，2022年，8月28日冰凍蝕刻（Freeze-fracture)

撕開膜雙層第三十九頁，共九十頁，2022年，8月28日冰凍斷裂復(fù)型(freeze-fracturereplication)技術(shù)

先將生物樣品在液氮中快速冷凍，以防形成冰晶。再將冷凍的樣品迅速轉(zhuǎn)移到冷凍裝置中迅速抽成真空。在真空條件下，用冰刀橫切冰凍樣品，使樣品內(nèi)層分開露出兩個表面。冰刀切開的兩個面分別稱為P面(protoplasmic)和E面(exoplasmic)?？汕宄赜^察到鑲嵌蛋白。第四十頁，共九十頁，2022年，8月28日膜內(nèi)[嵌入]蛋白不溶于水

膜蛋白可分為兩類，外周蛋白[peripheralproteins]和膜內(nèi)[嵌入]蛋白（integralproteins），前者與膜結(jié)合松散，可逆，很容易釋放，是水溶性的；后者與膜結(jié)合緊密，由膜上釋放時要用特別的試劑[去污劑、有機溶劑、變性劑等]，即使嵌入蛋白由膜上釋放出來，一旦去除變性劑或去污劑會立即引起蛋白沉淀（不溶聚積物）析出。第四十一頁，共九十頁，2022年，8月28日外周蛋白和膜內(nèi)

[嵌入]蛋白外周蛋白嵌入（膜內(nèi)）蛋白去污劑糖蛋白pH改變、螯合劑、尿素、碳酸鹽可除去外周蛋白第四十二頁，共九十頁，2022年，8月28日外周蛋白與膜的連接可逆許多外周蛋白通過與嵌入蛋白的親水區(qū)域或膜脂的極性頭部以靜電作用或氫鍵結(jié)合到膜上，通過溫度的改變或破壞靜電或破壞氫鍵作用[如加入螯合劑、尿素、碳酸鹽或改變pH]可被釋放出來。這些外周蛋白可作為膜結(jié)合酶的調(diào)節(jié)因子、或作為連接膜內(nèi)蛋白與胞間結(jié)構(gòu)的中介物、或一些膜蛋白的流動性。

第四十三頁，共九十頁，2022年，8月28日膜內(nèi)（嵌入）蛋白與膜脂

通過疏水作用維系在膜中

嵌入蛋白通常富含疏水氨基酸區(qū)域（可在中間段，也可在氨基端或羧基端），有些可有多個疏水序列，如-螺旋，可橫貫整個膜脂雙分子層。第四十四頁，共九十頁，2022年，8月28日膜內(nèi)[嵌入]蛋白（IntegralMembraneProteins)第四十五頁，共九十頁，2022年，8月28日有些外周膜蛋白

共價泊錨在膜脂上

有些膜外周蛋白與膜脂有一個或多個共價結(jié)合位點，如長鏈脂肪酸、或磷脂酰肌醇糖基化衍生物。連接的脂提供了一個疏水的錨以插入脂雙分子層。

第四十六頁，共九十頁，2022年，8月28日脂連接的膜蛋白磷脂酰肌醇鞘糖脂第四十七頁，共九十頁，2022年，8月28日膜蛋白是不對稱的

糖蛋白分布的不對稱反映了功能的不對稱；許多膜蛋白在雙分子層上有一定的取向，很少發(fā)生翻轉(zhuǎn)的情況，及時有，flip-flop也非常慢。蛋白質(zhì)分布的不對稱往往還與組成膜上的泵相關(guān)。

第四十八頁，共九十頁，2022年，8月28日膜蛋白的運動性膜蛋白的側(cè)向擴散;

膜蛋白的旋轉(zhuǎn)擴散,膜蛋白圍繞與膜平面相垂直的軸進行旋轉(zhuǎn)運動。

膜蛋白旋轉(zhuǎn)擴散慢于側(cè)向擴散。膜蛋白的側(cè)向擴散又顯著慢于膜脂的側(cè)向擴散。膜脂合適的流動性是膜蛋白正常功能表現(xiàn)的必要條件。第四十九頁，共九十頁，2022年，8月28日膜蛋白的擴散運動第五十頁，共九十頁，2022年，8月28日紅細胞氯-碳酸氫鹽

交換體的局限運動血影（幽靈）蛋白粘連素（蛋白）氯-碳酸氫鹽交換蛋白連接復(fù)合物(肌動蛋白)第五十一頁，共九十頁，2022年，8月28日細胞與細胞相互作用

--四種膜內(nèi)蛋白作用類型配體結(jié)合域黏附域類免疫球蛋白域凝集素域,結(jié)合碳水化合物第五十二頁，共九十頁，2022年，8月28日膜融合是許多生物過程的中心事件

生物膜一個明顯的特征是可與另一個膜融合而不失去其完整性。膜雖是穩(wěn)定的，但不是靜止的，內(nèi)膜系統(tǒng)中膜狀結(jié)構(gòu)不斷地從高爾基復(fù)合體上分泌形成；外吞、內(nèi)飲、細胞分裂、精卵細胞融合、膜包裹病毒進入宿主細胞等都涉及膜的重新形成，而它們最基本的行為就是兩個膜片段的融合而不失去完整性。

第五十三頁，共九十頁，2022年，8月28日膜的融合（MembrraneFusion)高爾基體分泌泡:胞吐作用內(nèi)涵體和溶酶體的融合:內(nèi)吞作用病毒感染精卵細胞融合植物小液泡的融合細胞分裂兩質(zhì)膜的分開第五十四頁，共九十頁，2022年，8月28日膜融合事件

膜融合需要：膜相互識別、表面靠近并相對、雙層結(jié)構(gòu)部分破壞、兩個雙分子層融合為一個連續(xù)的脂雙分子層。受體調(diào)節(jié)的內(nèi)吞或分泌還需要融合發(fā)生在合適的時間或者是對特異信號的反應(yīng)。

融合蛋白(fusionprotein)參與膜融合，引起特異識別和短暫、局部脂雙層結(jié)構(gòu)變形促使膜融合。融合蛋白可搭起膜融合的橋，并帶來融合區(qū)域脂雙分子層的暫時恢復(fù)。

膜聯(lián)蛋白(annexin)(一種Ca2+活化后可與膜磷脂結(jié)合的蛋白)是一類緊挨質(zhì)膜的蛋白質(zhì)，需要Ca2+，與脂雙分子層的磷脂結(jié)合，可通過交叉連接兩個不同膜的脂質(zhì)分子。

第五十五頁，共九十頁，2022年，8月28日病毒進入宿主細胞的膜融合HIV外被蛋白gp120與宿主淋巴細胞CD40作用細胞因子受體CCR5與CD40-gp120結(jié)合促進gp41氨基端是膜融合而插入宿主質(zhì)膜gp41構(gòu)象改變形成發(fā)夾結(jié)構(gòu),兩者的膜靠近HIV與宿主細胞膜融合,RNA基因組和酶進入宿主引起感染第五十六頁，共九十頁，2022年，8月28日跨膜運輸

生物細胞都要從環(huán)境獲得物質(zhì)作為生物合成和能量消耗，還需釋放其代謝物到環(huán)境中去。質(zhì)膜可以識別并允許細胞所需物如糖、氨基酸、無機離子等進入細胞，有時這些成分進入細胞是逆濃度梯度的，即它們是被“泵”入細胞的，同樣一些分子是被“泵”出細胞的。小分子物質(zhì)的跨膜通過跨膜通道[channels]、載體[carriers]或泵[pumps]進行的。

第五十七頁，共九十頁，2022年，8月28日滲透作用

(OsmosisDefined)1、滲透作用是在溶質(zhì)濃度梯度、或壓力梯度、或在兩者下任何差異性通透膜水分子的移動。2、假設(shè)在袋內(nèi)及袋外均裝蒸溜水，溶質(zhì)濃度內(nèi)外相同，故無水濃度梯度--並且任何方向均無凈移動。第五十八頁，共九十頁，2022年，8月28日溶質(zhì)通過透過性膜的移動不帶電帶電第五十九頁，共九十頁，2022年，8月28日簡單擴散

特點：順濃度梯度(電化學(xué)梯度)方向擴散(由高到低);不需能量

;無膜蛋白協(xié)助。

具有極性的水分子容易穿膜可能是因水分子小?第六十頁，共九十頁，2022年，8月28日擴散作用

(SimpleDiffusion)

分子或離子朝濃度較低處自由運動稱為擴散作用。小分子擴散作用說明物質(zhì)通過細胞膜以達最大體積。物質(zhì)擴散方向取決于其本身濃度梯度，與其他物質(zhì)無關(guān)。每種物質(zhì)的擴散是獨立的，與其他物質(zhì)是否存在并無關(guān)系。當(dāng)沒有濃度梯度時，任何方向之凈移動為零。擴散作用為物質(zhì)進出細胞的短距離運輸方式。第六十一頁，共九十頁，2022年，8月28日協(xié)助擴散

特點：順濃度梯度擴散；不需細胞提供能量；需特異膜蛋白協(xié)助轉(zhuǎn)運，以加快運輸速率。轉(zhuǎn)運膜蛋白①.載體蛋白亦稱通透酶(permease) ②.通道蛋白(chnnelprotein)。載體蛋白的運輸特點： ①比自由擴散轉(zhuǎn)運速率高。 ②存在最大轉(zhuǎn)運速率;一定限度內(nèi)運輸速率同物質(zhì)濃度成正比。超過一定限度，濃度增加也不增加運輸速率,因膜上載體蛋白的結(jié)合位點已飽和。 ③有特異性，即與特定溶質(zhì)分子相結(jié)合。第六十二頁，共九十頁，2022年，8月28日被動運輸是由膜蛋白促進的

順濃度梯度的擴散簡單擴散因膜把胞內(nèi)和胞外環(huán)境隔開所阻止，膜是一種選擇性通透屏障，要通過脂雙分子層，極性分子或帶電溶質(zhì)必需解除水化膜的水的作用，然后透過約3nm的介質(zhì)（膜）。水是一種例外，可很快透過生物膜，機制尚不清楚，膜兩側(cè)溶質(zhì)濃度差異大時，滲透壓的不平衡引起膜兩側(cè)水的流動，直至兩側(cè)的滲透壓相等。極性溶質(zhì)或離子的過膜運輸由膜上的蛋白降低活化能而對特異的物質(zhì)提供過膜路徑而過膜的雙分子層，引起促進擴散。第六十三頁，共九十頁，2022年，8月28日親水溶質(zhì)通過生物膜脂雙層的能量變化除去水化膜的簡單擴散跨膜蛋白降低溶質(zhì)跨膜運輸?shù)幕罨艿诹捻?，共九十頁?022年，8月28日紅細胞葡萄糖滲透酶（GlucosePermease）調(diào)控被動運輸

紅細胞中能量產(chǎn)生的代謝依賴于葡萄糖不斷地由血漿中進入紅細胞，葡萄糖通過滲透酶由促進擴散進入細胞，這一膜蛋白有12個疏水區(qū)域（Mr=45000），可能跨膜12次，可使葡萄糖進入細胞內(nèi)的速度大于沒有時的50000倍。第六十五頁，共九十頁，2022年，8月28日通透酶(Permease)

與特定溶質(zhì)分子相結(jié)合;如葡萄糖的通透酶只與D-Glc結(jié)合（亦可與D－半乳糖、D－甘露糖等結(jié)合),但不能和L－Glc等L型異構(gòu)體結(jié)合。 通透酶與酶不同:被運輸?shù)奈镔|(zhì)不改變構(gòu)型，而運輸?shù)鞍妆旧韺l(fā)生構(gòu)象的可逆變化。第六十六頁，共九十頁，2022年，8月28日葡萄糖運輸進

入紅細胞模型D-Glc與T1特異結(jié)合，降低構(gòu)象改變的活化能T1轉(zhuǎn)變?yōu)門2，影響Glc跨膜通道Glc由T2釋放到胞質(zhì)T2構(gòu)象變回T1第六十七頁，共九十頁，2022年，8月28日氯化物和碳酸氫鹽跨紅細胞

膜的運輸為協(xié)同運輸（Cotransport）

紅細胞存在另一種促進擴散系統(tǒng)—陰離子交換體，對于肌肉及肝臟中CO2回到肺中的運輸是必需的。CO2由血漿進入紅細胞轉(zhuǎn)化為HCO3-，HCO3-重新回到血漿中被運輸?shù)椒谓M織。因HCO3-比CO2的溶解度大，這種變化增加了由組織到肺的CO2運輸?shù)难萘浚诜沃蠬CO3-重回紅細胞被轉(zhuǎn)化為CO2，被緩慢呼出。氯化物-碳酸氫鹽交換體也被稱為陰離子交換蛋白，可增加HCO3-對紅細胞膜的透過，這一系統(tǒng)也被稱為協(xié)同運輸系統(tǒng)。

第六十八頁，共九十頁，2022年，8月28日紅細胞膜膜上氯-碳酸氫鹽交換體第六十九頁，共九十頁，2022年，8月28日主動運輸

(ActiveTransport)能量推動導(dǎo)致改變的蛋白質(zhì)推動溶質(zhì)快速通過膜。通常由ATP供給蛋白質(zhì)能量。一種主動運輸系統(tǒng)鈉一鉀泵

(sodiumpotassiumpump)有助于維持細胞內(nèi)高濃度鉀及低濃度鈉。鈣泵

(calciumpump)有助于使細胞內(nèi)鈣濃度至少比細胞外低一千倍。主動運輸中，離子、帶電分子、大分子逆著濃度梯度運送過細胞膜。負責(zé)主動運輸系統(tǒng)者為橫跨雙層脂質(zhì)的運輸?shù)鞍踪|(zhì)。有高度選擇能力，選擇運送的離子及分子的種類。

7.當(dāng)特殊溶質(zhì)連接于適當(dāng)位置，蛋白質(zhì)則開始作用并接受能量的推動。

第七十頁，共九十頁，2022年，8月28日主動運輸（ActiveTransport）引起物質(zhì)的逆濃度梯度運輸

主動運輸是逆濃度梯度運輸，引起物質(zhì)的積累。主動運輸直接或間接地依賴于一些放能過程，非熱力學(xué)自動發(fā)生，往往伴隨有光的吸收、氧化作用、ATP水解或其他順濃度梯度的運輸。在初級主動運輸中，物質(zhì)的積累直接與放能反應(yīng)（如ATPADP+Pi）相連接；次級主動運輸發(fā)生于由初級主動運輸引起的逆濃度積累的順濃度梯度運輸。特點：逆濃度梯度、需能、都有載體蛋白。第七十一頁，共九十頁，2022年，8月28日三類主要運輸系統(tǒng)單傳遞同向傳遞對輸?shù)谄呤?，共九十頁?022年，8月28日ATP供能的主動運輸II、Na+－K+泵:維持低Na+高K+的細胞內(nèi)環(huán)境。結(jié)構(gòu)：2大亞基2小亞基四聚體、。每一循環(huán)消耗一個ATP，運出3Na+，運進2K+。Mg2+和少量膜脂有助于其活性提高。

意義:a.維持細胞的滲透壓。b.造成膜電位可提供肌肉和神經(jīng)細胞傳導(dǎo)電沖動。c.可提供糖、AA等水溶性小分子間接主動運輸?shù)哪茉?。第七十三頁，共九十頁?022年，8月28日ATP供能的主動運輸 IIII、Ca2+－ATPase(鈣離子泵):將Ca2+泵出細胞或泵至內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中,分解1個ATP分子，泵出2個Ca2+

。III、

質(zhì)子泵：P－type:載體蛋白暫時與ATP的磷酸基團結(jié)合,位于動物細胞的內(nèi)吞體、溶酶體、高爾基體的囊泡膜上和植物液泡膜上。V－type:直接利用ATP,但不與磷酸基團結(jié)合，位于真核細胞質(zhì)膜上。H+-ATPase:相反方式發(fā)揮生理功能,位于線粒體和葉綠體上，H＋沿濃度梯度運動，將所釋放的能量與ATP合成偶聯(lián)起來，如在線粒體中的氧化磷酸化作用和葉綠體中的光合作用磷酸化作用，稱為H＋-ATP酶更合適。第七十四頁，共九十頁，2022年，8月28日兩種類型的主動運輸?shù)谄呤屙摚簿攀摚?022年，8月28日有三種形式的運輸ATPases

Na+K+-ATPase是一種運輸?shù)鞍椎牡湫托问剑≒rototype）被稱為P-typeATPase（可以可逆磷酸化）；另一類為V-typeATPase—Protonpumps(V-vacuole)；第三種，ATP-splittingprotonpumps，對細菌、線粒體和葉綠體中的能量消耗反應(yīng)起中心作用，即F-typeATPases（F：energy-couplingfactors），