转运蛋白(transporters)或穿透酶(permeases)
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
红细胞葡萄糖转运蛋白介导被动运输(Passive Transport)
葡萄糖进入红细胞是通过葡萄糖特异性转运蛋白的协助扩散来实现的。
红细胞的葡萄糖转运蛋白(glucose transporter, GluT1)结构模型
外周蛋白
固醇
脂双层
膜内在蛋白 (单跨膜螺旋)
与脂质共价连 接的外周蛋白
膜内在蛋白 (多跨膜螺旋)
第21章 生物膜与物质运输
第21章 生物膜与物质运输
生物膜功能：
1. 能量转换 —— 氧化磷酸化(线粒体)、光合磷酸化(叶绿体) 2. 信息识别与传递 —— 生物信号 (G-蛋白偶联受体和第二信使、视
觉、 嗅觉、味觉的信号传导、致癌基因、肿瘤抑制基因等)
一个溶质的耗能运输与另一溶质的释放流
反应偶联。
动相偶联，释放的能量由初级主动运输提
ATP水解释放能量驱动溶质X逆 电化学梯度运动。
供的。 初级主动转运建立X离子的浓度梯度，X顺
电化学梯度移动为第二溶质S逆电化学梯度
主动转运是一种能量消耗途径。
运动提供能量。
如太阳光的吸收、氧化反应、ATP分解等。
一、被动运输与主动运输
③当胰岛素水平下降， GluT4通过胞吞作用重新从 质膜上移回胞内，形成囊泡。
心肌 骨骼肌
肌糖原
脂肪细胞 三酰甘油
这些细胞膜含有葡萄糖转运蛋白GluT4
GluT4
① GluT4贮存在细 胞内的囊泡膜上。
Ⅰ型糖尿病人不能释放胰岛素，导致 肌肉和脂肪组织对葡萄糖的吸收率很 低，后果血糖增高。
⑤内涵体出芽形成小囊泡， 以备胰岛素水平升高时， 重新移到细胞表面。
CO2离开红细胞并 被呼出
碳酸氢根从血浆中 进入红细胞
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
主动运输(active transport)：物质逆浓度或逆电化学梯度的运输，需
要供给能量 (needs to provide energy from surrounding)
G = 2.3 RT lg (C2/C1) + ZF V 如：C2 > C1, G > 0, 过程不能自发进行，需要供给能量
氯离子与碳酸氢根离子交换蛋白：膜内在蛋白，有12个疏水 片段，形成12个跨膜螺旋。
在呼吸组织中 碳酸酐酶 在肺中
协同运输：转运蛋白调节2种阴离子同时移动。 反向运输(antiport)：两种底物向相反方向移动。 同向运输(symport)：两种底物同时沿相同方向移动。
单向运输(uniport)：只运转一种底物。
一、被动运输与主动运输
糖尿病人的葡萄糖转运缺陷
第21章 生物膜与物质运输
*GluT2：将肝糖原分解的葡萄糖转运 出肝细胞。能够根据胞内葡萄糖增加 相应增加葡萄糖向外转运速率。
GluT4：肌肉和脂肪中的葡萄糖转运的蛋白，能被胰岛素激活。
摄入葡萄糖过量 胰腺释放胰岛素
②当胰岛素与受体结合，囊泡 移到膜表面并与其融合，从而 增加质膜表面GluT4数量。
第21章 生物膜与物质运输
一、被动运输与主动运输 二、小分子物质的运输 三、生物大分子的跨膜运输 四、离子载体 五、生物膜运输的分子机制
第21章 生物膜与物质运输
第21章 生物膜与物质运输
生物膜的组成
生物膜流动镶嵌模型(fluid mosaic model)
非极性脂 肪酰链 糖脂
糖蛋白的 寡糖链
极性磷 脂头部
主动运输特点：
主动运输需要两个体系：
① 专一性：专一运输特定物质；
① 参与运输的传递体
② 运输速度可以达到“饱和”状态； ② 由酶或酶系组成的能量传递系统
③ 方向性；
④ 选择性抑制；
⑤ 需要提供能量。
一、被动运输与主动运输
第21聚集直接与放热的化学
血浆葡萄糖浓度：5 mM， 葡萄糖扩散速度是未催化扩 散的5万倍
GluT1：红细胞膜内在蛋白(Mr 45 000)， 有12个疏水片段，形成12个跨膜螺旋，
螺旋片段表面上极性和非 极性氨基酸残基的分布， 形成两亲性螺旋
5-6个两亲性螺旋边边相 加，极性面向内，构成跨 膜通道，Glc与极性氨基 酸残基形成氢键。
3. 物质运输—— 生物膜具有通透性和高度选择性
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
被动运输(passive transport)：顺浓度梯度方向的跨膜运送物质。
物质的运输速率既依赖于膜两侧运送物质的浓度差，又与被运送物 质例的：分1.子带大电小或、极电性荷物和质在—脂—双转层运中蛋的白溶解度有关。
2. 红细胞葡萄糖转运 —— 葡萄糖转运蛋白（GluT1） 3. 红细胞的Cl-和HCO3-转运 —— 阴离子交换蛋白
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
在膜蛋白协助下的被动运输 (passive transport)
带与的电水溶或结质合极性物质 —— 转运蛋白
溶质的简单扩散被选择性渗透障碍所阻止。
④小囊泡与内涵体融合。
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
氯离子与碳酸氢根离子的协同转运(Cotransport)
红细胞的另一种协助扩散系统
分解代谢产生的 CO2进入红细胞
碳酸氢根溶解 在血浆中
氯离子与碳酸氢根离子交换蛋白 (chloride-bicarbonate exchanger) 又称阴离子交换蛋白 (anion exchange (AE) protein)
无转运蛋白的 简单扩散
有转运蛋白的简单扩散
极性或带电的溶质： ① 去除水合层中与水分子相互作用； ② 通过溶解性较差的溶剂扩散。
过程需要高能量∆G‡。
转运蛋白
协助扩散(facilitated diffusion)或被动转运 (passive transport)：极性化合物和离子的跨 膜通道是由膜蛋白组成的，降低转运的活化 能。
第21章 生物膜与物质运输
初级主动运输
1. P-型ATP酶的Na+K+的主动协同运输 2. P-型ATP酶的Ca2+泵 3. F-型的ATP合酶 4. ABC转运蛋白：多药物转运蛋白
P-型 V-型
P：磷酸化 V：液泡
F-型
F：能量伴生因子
次级主动运输
乳糖和H+的同向运输
1.糖和氨基酸的运送——大肠杆菌的乳糖和H+的同向运输