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锌离子跨膜转运机制

锌离子跨膜转运机制
锌离子跨膜转运机制

锌离子跨膜转运机制

锌是地球上所有生命必需的营养元素,也是重金属污染元素之一。在许多

生理生化反应中,锌都起着重要的作用,可以作为六大类功能酶中300 多种不

同的辅助因子成分而调节酶的活性。锌在植物细胞的不同部位和细胞中含量分

布不一,保内区室化分隔有利于保证缺锌和高锌胁迫下植物维持正常生理代谢[1]。细胞壁在控制自由态锌浓度上具有重要的作用。液泡是植物主要的分离储

藏重金属的部位,液泡的区室化作用起到解毒效果,与超富集重金属特性密切

相关[2]。

锌在植物中存在的形式常为自由态离子、低分子量有机物配合态复合物、

贮存金属蛋白以及与细胞壁结合的非溶形式;自由态锌离子的浓度一般较低。

植物体内可溶性锌占到58%~91%,具有较强的生理活性[3]。

目前研究表明,参与植物体内锌离子的跨膜运输蛋白至少有5类:锌铁控制运转相关蛋白(ZIP)、自然抵抗相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)、重金属ATPase酶(HMA)、阳离子扩散协助蛋白(CDF)、镁离子/H+反向转运蛋白(MHX)[4]。这些运输蛋白对于植物锌吸收、体内分配以及细胞内锌离子的稳态平衡具有重要作用。

严格控制金属离子的体内平衡网络系统,对于调节所有器官锌的利用率是非常必要的。膜转运蛋白在此过程中起重要作用,并且最近的研究已经证明许多基因家族都涉及植物中锌的吸收、转运和体内平衡。目前,已经在拟南芥、苜蓿、番茄、大豆、水稻和大麦等植物中发现了100多个ZIP基因家族。多数ZIP基因被锌缺乏所诱导,有时铁和锰的缺乏也会诱导ZIP高表达。ZIP基因家族的功能分析表明,该基因家族在从胞外向胞内转运并在胞内进行锌运输过程中起重要作用[5]。另外,其转运对象也包括其他二价阳离子,如:Fe2+、Mn2+及Cd2+等。ZIP蛋白长度为309--476个氨基酸,氨基酸数目不同主要是因为蛋白的第III、IV跨膜区间的“可变区”长度不同所致[6]。通常认为,可变区位于胞内,并富含组氨酸残基,可能与金属离子的结合、转运有关,使得阳离子底物能够通过。这个区域位于质膜外表面,在转运过程中可能是底物结合位点[7]。

阳离子扩散协助蛋白(cation diffusion facilitator,CDF)家族的许多成员专一性地将锌或其它金属离子从细胞内转运到胞外或细胞器内。因此,CDF蛋白对锌离子的转运方向与ZIP转运体相反。CDF家族分为3个亚家族,即亚家族I、II和III。亚家族I的成员绝大多数来源于真细菌和古细菌,而亚家族II和III的成员在真核生物中所占的比例相当。CDF家族蛋白最大的保守性体现在跨膜域I、II和V[8]。这3个区域的极性或带电荷氨基酸是最保守的.因此它们在底物转运过程中可能起着重要的作用。可能的转运机制与Zn/H+或K+的反向运输有关,酵母ZRCl蛋白就是一种Zn/H+逆向转运体。锌的溢出是一个依赖能量的过程,但由于在该蛋白上不存在由锌介导的核酸结构域,因此推测该转运过程可能与另一种转运激活机制相耦联[9]。

重金属ATPase酶家族(HMA)根据其底物特异性可以分为5个重要的家族,其中HMA4可以赋予细胞对锌的耐受性。P-ATPase酶是一种通过水解ATP进行跨膜运输的转运蛋白,在细胞膜系统上起离子泵的作用,所有P-ATPase的合

成都包括一个磷酸化介导的酶促反应,在转运离子过程中涉及磷酸化和去磷酸化中间反应,因此在有磷酸化结构域中发挥金属转运作用[9]。

在许多生物体中,质膜锌外流转运体是细胞和生物锌稳态中非常重要的组成成分。这些转运体介导细胞内锌的流出以防止细胞内金属离子的超积累,从而避免细胞锌过量造成的毒害。如前面提到的拟南芥中的HMA4转运体就与根茎叶维管组织的质膜锌外流有关。除了质膜的ZIP,现在又发现了一种新的锌内流转运体MHX。Western印迹显示MHX定位在液泡膜上。A.hailed叶片中的MHX蛋白水平比A.thaliana叶片中高很多。MHX表达受转录后调控。金属离子被贮存于根中液泡里从而避免在叶片中的超积聚[10]。

植物锌转运系统及其调控研究在酵母的基础上有了长足的进步。但仍然有很多重要的问题需要解决。首先,自由锌在细胞内有哪些形态,并且是如何装配到锌金属白上的,而锌金属蛋白上的锌是否是从金属伴侣蛋白获得?另外,对ZIP和CDF蛋白介导锌转运体跨膜的化机制也不是很清楚。虽然已经有一些证据初步揭CDF蛋白的工作机理,但对ZIPs仍然不清楚。因此,这些仍然需要科研工作者们在这一领域不断地开拓进取。

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了解动物体内的锌通路

龙源期刊网 https://www.wendangku.net/doc/d34630584.html, 了解动物体内的锌通路 作者:贾良梁等 来源:《国外畜牧学·猪与禽》2015年第09期 锌是动物营养中的必需微量元素,在机体的多项生物学功能中起着重要的作用。但其在肠道中是如何被吸收的?主导吸收的物质有哪些?我们将在本文中阐明锌通路是如何运作的。 中图分类号:S816.72 文献标识码:C 文章编号:1001-0769(2015)09-0069-02 根据O’Dell(1997)所述,元素的生物利用率(bioavailability)是指:某一元素在被摄入体内后,用于生化或生理功能的那部占该元素总摄入量的比率。作为第一步,生物可吸收率(bioaccessibility)可以被定义为摄入的元素中溶解于肠道环境并能够被肠上皮细胞吸收的部 分所占的比率。不可吸收(non-bioaccessible)微量元素经粪便排出。因此,生物可吸收率(bioaccessibility)是必需营养物质生物利用率的关键一步,日粮中生物可吸收(bioaccessible)元素含量低,意味着体循环中生物可利用(bioavailable)元素含量不高(图1)。一些微量矿物质,如锌的生物利用率有待进一步研究。锌在生物体内的代谢途径正日益得到深入理解,尤其受益于各种锌转运载体的发现。 1 小肠内的吸收 小肠被认为是锌的主要吸收部位。生物可吸收元素通常在胃期后溶解于肠腔中,并离子化,随后锌可以络合到其他日粮组分中,或以Zn2+的形式在肠道中转运。吸收金属元素的主要场所是十二指肠,对于某些物种来说(如鼠),该段具有最强的吸收能力。虽然回肠及空肠的总长远超过十二指肠的长度,十二指肠被认为是吸收锌元素的主要吸收场所。 2 转运蛋白基因 过去的20年间,从分子水平认识锌元在素肠道中的转运取得了显著进步。1995年以前,人们认为锌的转运是通过结合阴离子或氨基酸复合物与铁传递蛋白受体进行的。1995年,第 一个转运蛋白基因——ZnT1被发现。该ZnT蛋白能够减少细胞质内锌元素流出细胞或流入细胞器内。ZnT家族成员共有10个,但具有转运活性的蛋白只占其中的7种。ZnT1存在于质膜中,ZnT10也位于细胞表面。其他ZnT蛋白存在于细胞内的囊泡膜上,如内涵体膜、高尔基体膜。 3 Zip蛋白 锌依靠Zip家族(蛋白)从肠腔内吸收进入细胞内。哺乳动物的Zip家族有14个成员;其中具有转运活性的有9种。它们在细胞膜上起到“守门员”的作用,它们也位于细胞内囊泡(高尔基体)膜的表面。一些Zip蛋白的锌转运活性已得到确认,但是其机理尚未被完全认识。这

物质跨膜运输方式教案

第四章细胞的物质输出和输入 第3节物质跨膜运输的方式 一、教学目标 知识方面:说明物质进出细胞的方式;简述主动运输对细胞生命活动的意义。 能力方面:进行图表数据的解读。 情感态度价值观:强调积极主动思考。 二、教学重点、难点及解决方法 1、教学重点:物质进出细胞的方式。 解决方法: (1)介绍扩散现象,列举氧和二氧化碳进出细胞的现象,总结出自由扩散的概念。 (2)葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层,却能通过细胞膜,总结协助扩散的概念。 (3)列举逆浓度梯度跨膜运输现象,总结出主动运输的概念。 2、教学难点:主动运输 解决方法:通过列举逆浓度梯度跨膜运输的现象,播放相关的多媒体动画,讲清主动运输的概念及特点。 三、课时安排:1课时 四、教学方法:直观教学法、讲授法。 五、教具准备:课件 六、学生活动 指导学生,阅读教材,回答相关问题。 七、教学程序 [问题探讨]给学生呈现P70图,提出下列讨论题: 1、什么样的分子能够通过脂双层?什么样的分子不能通过? 2、葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层,但是小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖,对此该如何解释? 学生讨论后回答。 讲述 (一)小分子或离子的跨膜运输 1.物质顺浓度梯度的扩散进出细胞,这种扩散统称为被动运输。 类型:自由扩散,协助扩散 (1)自由扩散 往清水中滴一滴蓝墨水,清水很快变为蓝色,这就是扩散。物质通过简单的扩散作用进出细胞,叫做自由扩散。不需要载体蛋白,也不需要消耗能量,只能顺浓度梯度运输,如O2、CO2、甘油、乙醇等。 特点:(1)物质转移方向是高浓度到低浓度 (2)不需要载体蛋白的协助 (3)不需要消耗能量

(2)协助扩散 葡萄糖不能通过无蛋白质的脂双层,却能通过细胞膜,是因为镶嵌在膜上的一些特有的蛋白质,能协助葡萄糖等物质顺梯度跨膜运输,进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散,叫做协助扩散。不需要消耗能量。自由扩散和协助扩散统称为被动运输。 特点:(1)物质转移方向是高浓度到低浓度 (2)需要载体蛋白的协助 (3)不需要消耗能量 总结自由扩散,协助扩散的异同。 2.主动运输 从低浓度一侧运输到高浓度一侧,需要载体蛋白的协助,同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种方式叫做主动运输。如Na+、K+、Ca2+的吸收。 特点:(1)物质转移方向是低浓度到高浓度 (2)需要载体蛋白的协助 (3)需要消耗能量

Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白研究进展的论文

Zn(Ⅱ)2Cys6锌簇蛋白研究进展的论文 【关键词】zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白转录因子真菌 锌指(zinc fingers)是指含有zn2+的可与dna相互作用的蛋白质基序(motif),含有锌指基序的转录因子是一个大家族。目前已发现10多种不同种类的锌指基序,zn(ⅱ)2cys6型锌指基序就是其中的一种,其组成是cysx2cysx6cysx5-12cysx2cysx6-8cys,此基序中的半胱氨酸与2个锌离子结合。含有此基序的转录因子被称为zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白,仅存在于真菌中。1982年分离出的第一个zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白是gal4p[1,2],gal4p是酿酒酵母(saccharomyces cerevisiae)半乳糖代谢相关基因的转录调节因子,在半乳糖存在下可以激活半乳糖代谢相关基因的转录。 zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白可参与调节真菌的基础代谢、次级代谢、药物抗性及减数分裂等过程,其中对真菌次级代谢中相关的zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白的研究将有助于了解真菌的次级代谢的调控过程。 1 zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白的结构及其作用方式 对已知的多种真菌的zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白的结构分析表明,从蛋白质的氨基端到羧基端分别由dna结合域(dbd,dna binding domain)、调控域(regulatory domain)和酸性域(acidic region)组成。其中dbd又可分为锌指结构域(zinc finger domain)、连接区域(linker region)以及二聚化区域(dimerization region),在二聚化区域常含有螺旋的螺旋结构(coiled coil)。zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白可以单体、同源二聚体或异源二聚体的方式与dna相互作用。个别锌簇蛋白的dbd结构域位于羧基端[3]。有时zn2+可被其它金属离子所替代,如cd2+可取代gal4p中的zn2+[4]。调控域与锌簇蛋白对靶基因的转录激活功能有关,如果缺失该区域,可能造成靶基因的表达被持续激活,即该区域可能是起到抑制转录激活的作用。羧基端的酸性域是转录激活域。 zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白结合于目标基因的启动子区的dna序列,所结合的dna元件的保守序列是单个或重复的三核苷酸序列cgg[5],结合的特异性与cgg三联体的方向、三联体之间的距离及cgg周围的碱基序列有关,常见的结合序列是cggn6ccg 或cggn11ccg。如转录因子leu3p(参与亮氨酸代谢的调节)和ppr1p(参与嘧啶代谢的调节)所辨认结合的2个cgg 的间距分别为4 bp和6 bp[6],按照cgg三联体的排列方向,这些dna序列可被分为反向重复(inverted repeat)、翻转重复(everted repeat)和正向重复(direct repeat)3种类型,如图1所示(其中hap1参与细胞色素c表达的调节)。二聚体zn(ⅱ)2cys6锌簇蛋白与dna序列相互作用的方式如图2所示。gal4p识别位点: cggaagactctcctccg ppr1p识别位点: tcttcggcaattgccgaaga 反向重复gccttctgagaggaggc 反向重复agaagccgttaacggcttct leu3p识别位点:tgccggtaccggcttgg hap1识别位点:gccggggtttacggacgatga 翻转重复acggccatggccgaacc 正向重复cggccccaaatgcctgctact 图1 部分锌簇蛋白识别的dna序列,图框中是cgg三联体[6](略) figure 1 zinc cluster proteins preferentially recognize cgg triplets 图2 锌簇蛋白与dna序列的结合方式[5,6](略) figure 2 model for dna binding of zinc cluster proteins 矩形代表二聚体相互作用区域,箭头部分代表与dna相互作用的区域,指明cgg的方向,矩形与箭头之间是连接区。

《物质跨膜运输的方式》教案

《第三节物质跨膜运输的方式》教学设计 开课教师:蔡文春开课级别:县级 开课时间:2017-12-8 开课班级:高一(4)班 一、设计思路 教材分析: 本节为《普通高中课程标准实验教科书生物1必修分子与细胞》(人民教育出版社)第四章《细胞的物质输入和输出》中第3节内容。课程标准的要求是说明物质进出细胞的方式。和图表数据的解读。本节课在第一节《物质跨膜运输的实例》和《细胞膜流动镶嵌模型》的基础上,从微观层面介绍了不同物质通过细胞膜的机制,体现生命物质性观点,强调了生命活动具有的物质基础,帮助学生树立辩证唯物主义观点,同时体现了生物体结构和功能的统一性。 教材先介绍了小分子物质跨膜运输的不同方式,之后又简单介绍了大分子物质进出细胞膜的方式,完整呈现了物质通过细胞膜的各种方式。并通过图形、文字结合的方式,将微观问题宏观呈现、抽象问题具体呈现,有利于学生对内容的理解,又提供给授课教师较大的发挥空间,使授课教师可以根据教学对象的学习能力来进行有针对性的呈现、梳理和提升知识。本节教材有较多的图表,教师可以充分利用这些图表,培养学生的观察能力、图表转换能力、逻辑分析能力和表达能力。本节课主动运输方式需要能量,这能量来自哪里为后续课程《细胞的能量“通货”—ATP》的学习埋下伏笔,因此本节课的教学在学生知识体系建构中起到承上启下的作用。 学情分析: 学生通过前面三章和本章前两节课的学习,已经明白细胞膜是一种选择透过性膜,通过细胞膜模型的建构过程,学生初步建立结构与功能相适应的观点,因此对生物膜结构和功能有一定的知识贮备。本班学生中等生较多,对生物有钻研的偏少,因此对主动运输的特点及意义以及对图表数据的分析和转换能力及探究能力偏弱,需要利用本节课加强训练。 教学策略: 如何将这些抽象的、学生肉眼难以观察到的知识在学生脑海里建构出来,是本节课设计的难点。在教学过程中,本人充分利用教学图片、动画和实验数据等,采用提问、设计问题串、讨论等教学方法,使学生主动接近物质通过细胞膜的运输方式。 本人首先通过生活实例导入本节课题,引发学生兴趣,继而通过对细胞膜结构的的简单复习,让知识复现,为理解本节内容做铺垫。通过扩散的概念将生命现象引入到对生命的物质本质的讨论,然后引入自由扩散和协助扩散的教学,教学过程中通过两组实验数据的讨论,让学生理解这两种方式的异同。怎样让学生理解难以肉眼看见的主动运输对于生命的意义,是本节课的教学难点。本节课通过创设学生熟悉的生活情景:①木材(或竹捆)从河的上游随水漂到下游;②船装白糖(或食盐、化肥)从河的上游漂到下游(不开发动机);③船装

转运蛋白在药物吸收过程中的作用

转运蛋白在药物吸收过程中的作用 摘要药物在人体内的吸收涉及到跨莫转运问题。药物的主要跨莫转运方式有被动运输和主动运输。一些相对分子质量较小,脂溶性好的药物可以直接通过被动扩散进入血液。然而相对分子质量较大,水溶性或离子型药物则必须借助专属的转运蛋白,通过主动运输进入人体。通过对人体内的转运蛋白的研究和利用,可以提高某些药物的生物利用度,增强药效。这对药物的研发和应用有十分重要的意义。 关键字转运蛋白;ABC转运蛋白;小肽转运蛋白 细胞膜的基本构架是磷脂双分子层,只允许一些小分子或脂溶性分子自由通过。区别于物理扩散,细胞和环境之间的物质交流是受细胞控制的。细胞膜上的转运蛋白控制细胞内、外物质交流,对转运底物具有特异性识别,可以耗能逆浓度梯度主动转运。 近年来,随着分子生物学技术的的发展,人们对存在于器官和组织中的转运蛋白的结构及其功能有了进一步的认识。根据其转运方式的不同,可将目前已发现的转运蛋白分为两类:。一类转运体可转运底物进入细胞,增加细胞内底物浓度,称之为小肽转运蛋白或寡肽转运蛋白(peptide transport,PEPT)。例如:有机阴离子多肽转运体(organic anion-transporting polypeptide tide,OATP),有机阳离子转运体(organic cation transporter,OCT)),寡肽转运体(oligopeptide transporter,PEPT)等。另一类转运体是通过直接降解ATP提供能量,促使蛋白构象转换、逆浓度梯度转运有机离子和小分子。人们称之为ABC转运蛋白(ATP binding cassette transport protein),例如:P-糖蛋白(P-glycoprotein,P-gp)。药物可以通过转运蛋白进入体循环,到达靶点。这对药物在的吸收以及提高生物利用度有着重要意义。 1ABC转运蛋白(ATP binding cassette transport protein) 1.1ABC转运蛋白的结构 ABC转运蛋白家族是一大类跨膜蛋白,其主要功能是利用ATP水解产生的能量将与其结合的底物转出质膜。 ABC转运蛋白的核心结构通常由4个结构域组成,包括2个高度疏水的跨膜结构域(transmembrane domain,TMD)和2个核昔酸结合域(nucleotide一binding domian,NBD)[1]。每一跨膜结构域一般由6个a螺旋构成,也存在由10个、17个、19个a螺旋组成的跨膜结构域。它们形成一个跨膜通道以实现底物分子的跨膜运输,同时还参与底物的识别过程。研究表明MSD由6对跨膜的α-螺旋组成, 且相互平行排列;而NBD是由高度保守的Walker A﹑ABC特异位点和Walker B组成。人ABC转运蛋白各亚家族成员均有其结构特点,ABCA和ABCC亚家族成员均为全转运子;ABCD﹑ABCG和ABCH亚家族都是半转运子;ABCB亚家族中不仅有全转运子也有半转运子;而ABCE和ABCF亚家族成员只有2个NBD,

蛋白质的生物合成及转运

第十二章蛋白质的生物合成及转运 蛋白质的生物合成在细胞代谢中占有十分重要的地位。目前已经完全清楚,贮存遗传信息的DNA并不是蛋白质合成的直接模板,DNA上的遗传信息需要通过转录传递给mRNA。mRNA才是蛋白质合成的直接模板。mRNA是由4种核苷酸构成的多核苷酸,而蛋白质是由20种左右的氨基酸构成的多肽,它们之间遗传信息的传递与从一种语言翻译成另一种语言时的情形相似。所以人们称以mRNA为模板合成蛋白质的过程为翻译或转译(translation)。 翻译的过程十分复杂,几乎涉及到细胞内所有种类的RNA和几十种蛋白质因子。蛋白质合成的场所是核糖体,合成的原料是氨基酸,反应所需能量由A TP和GTP提供。蛋白质合成的早期研究工作都是用大肠杆菌的无细胞体系进行的,所以对大肠杆菌的蛋白质合成机理了解最多。真核细胞蛋白质合成的机理与大肠杆菌的有许多相似之处。 第一节遗传密码 任何一种天然多肽都有其特定的严格的氨基酸序列。有机界拥有1010~1011种不同的蛋白质,构成数目这么庞大的不同的多肽的单体却只有20种氨基酸。氨基酸在多肽中的不同排列次序是蛋白质多样性的基础。目前已经清楚,多肽上氨基酸的排列次序最终是由DNA上核苷酸的排列次序决定的,而直接决定多肽上氨基酸次序的却是mRNA。不论是DNA还是mRNA,基本上都由4种核苷酸构成。这4种核苷酸如何编制成遗传密码,遗传密码又如何被翻译成20种氨基酸组成的多肽,这就是蛋白质生物合成中的遗传密码的翻译问题。 一、密码单位 用数学方法推算,如果mRNA分子中的一种碱基编码一种氨基酸,那么4种碱基只能决定4种氨基酸,而蛋白质分子中的氨基酸有20种,所以显然是不行的。如果由mRNA 分子中每2个相邻的碱基编码一种氨基酸,也只能编码42=16种氨基酸,仍然不够。如果采用每3个相邻的碱基为一个氨基酸编码,则43=64,可以满足20种氨基酸编码的需要。所以这种编码方式的可能性最大。应用生物化学和遗传学的研究技术,已经充分证明了是 293

物质跨膜运输的方式

物质跨膜运输的方式(学案) 一、学习目标: (1)举例说明物质跨膜运输方式的类型及特点。 (2)说出被动运输与主动运输方式的异同点,用表格的方式进行总结归纳。 (3)阐述主动运输对细胞生活的意义。 (4)正确解读坐标数据图表。 重点:物质进出细胞膜的方式。 难点:主动运输 二、学习活动 (一)、自主学习,完成下列内容。 离子和小分子物质跨膜运输方式: 物质进出细胞的方式: 大分子物质的通过方式: (二)、小组讨论,合作探究 探究活动一 下面的物质分别是通过何种方式进出细胞的?请归类,并在相应的位置画出其跨膜运输的示意图。 氧气,二氧化碳,甘油,氮气,苯,维生素D,性激素,乙醇,葡萄糖,钾离子,碘,氯离子 (1)自由扩散(2)协助扩散(3)主动运输。

探究活动二:探究影响细胞物质跨膜运输速率的因素 (一)下表为自由扩散实验的数据,请分析数据,绘出物质运输的速率与浓度关系的坐标曲线。 结论:物质的运输速度与物质浓度差成_____关系, 自由扩散过程受________影响。 (二)下表为协助扩散实验的数据,请分析数据,绘出物质运输的速率与浓度关系的坐标曲线。 结论:在一定浓度范围内, 物质的运输速率 与物质浓度成____关系,协助扩散过程中物 质运输速率受________________限制。 (三)下表为胡萝卜在不同氧分压情况下从KNO 3溶液中吸收K +与 NO 3— 的数据,请根据数据绘出K +与 NO 3— 吸收速率与氧分压的坐标曲线。 结论:在一定范围内,物质的运输速率与________________和_________有关。 探究活动三:按照表格归纳出三种跨膜运输的方式。小组合作填写。 运输方式 概念 运输方向(浓度梯 是否需要载体 是否需要能量 举例 影响 因素 被动运输 自由扩散 协助扩散 主动运输 浓度差(mmol/L ) 5 10 15 20 25 30 运输速度(离子/秒) 2.4 4.7 7.3 9.5 12.2 14.4 浓度差(mmol/L ) 1.5 3 4.5 6 7.5 9 运输速度(离子/秒) 8 15 24 30 31 31 氧分压 0 2 4 6 8 10 K + 20 25 40 41 42 42 NO 3— 30 35 40 50 52 52 氧分压

第三章生物转运和转化

外源化学物在体内的生物转运与生物转化 2014年 基本概念 ?机体对外源性化合物的处置(disposition)过程,经过吸收 (absorption),分布(distribution),生物转化即代谢 (metabolism)和排泄(excretion)一系列过程(ADME过程)。 ?外来化学物从体外吸收、在体内分布和排泄出体外的过程称为生物 转运(biotransport)。 ?生物转化(biotransformation),亦称代谢转化(metabolic transformation),是指外来化学物(毒物)在体内经多种酶催化,转化形成其衍生物以及分解产物的过程。 ?消除(elimination):代谢过程与排泄过程的合称 ?毒物动力学(toxicokinetics)研究化学毒物在生物转运和生物转 化过程中,其数量随时间推移而发生动态变化的规律。 第一节 外源化学物在体内的生物转运 一生物膜和生物转运 脂质分子在水溶液中的排列 圆粒结构双分子层结构 ? (二)外来化学物通过生物膜的方式 简单扩散 ①被动转运 滤过 主动转运 ②特殊转运易化扩散 膜动转运胞吞 胞吐

被动转运之一 简单扩散(simple diffusion),又称顺流转运。在膜两侧的外来化学物从高浓度向低浓度扩散,直至达到动态平衡,此过程不消耗能量,也不与膜起反应。 Fick定律: R=K×A(c1-c2)/d 简单扩散的影响因素 (1)浓度梯度 (2)脂/水分配系数 (lipid-water partition coefficient) 是指当一种物质在脂相和水相的分配达到平衡时,其在脂相和水相中溶解度的比值。 (3)解离度和体液pH值 解离型,脂溶性低; 非解离型,脂溶性高。 外来化合物的离解程度取决于本身的离解常数(pKa)和体液的pH值。 有机酸:pKa-pH=log(非解离态HA)/(解离态A-) 有机碱:pKa-pH=log(解离态BH+)/(非解离态B) 被动转运之二 膜孔滤过(filtration) 是化学物通过细胞膜上的亲水性孔道的过程。 动力为生物膜两侧的液体静压梯度差和渗透压梯度差 与毒理学的关系 水溶性差的化合物低渗染毒 化合物的肾小球滤过特殊转运之一 主动转运(active transport) 特点 1.需要通过蛋白载体——结构的选择性,竞争性抑制,可饱和性 2.逆浓度差,需要耗能 与毒理学的关系 主动转运方式对于被吸收后化学物的不均匀分布及从肾和肝排

有机阴离子转运体OATs研究进展

有机阴离子转运体OATs研究进展 摘要】肾脏转运体是体内各种外源性物质、代谢物等清除的重要途径,在维持 体内稳态中发挥着重要作用。有机阴离子转运体OATs是肾脏重要的有机阴离子 转运蛋白家族之一,介导众多内、外源性有机阴离子型化合物(环境毒素、药物及 其代谢产物)从细胞外液或血液进入肾小管,影响肾小管的分泌和重吸收功能,进 而影响药物疗效或产生毒副作用。本文对OATs主要成员分布、底物及其介导的 药物相互作用等研究进展进行综述。 【关键词】肾脏转运体;有机阴离子;相互作用 【中图分类号】R96 【文献标识码】A 【文章编号】 2095-1752(2017)02-0055-02 近年来,药物引起的肝肾功能损害已经引起了国内外学者的广泛关注。研究 发现,许多药物的肾毒性与OATs介导的转运过程被抑制有关。OATs能够转运各 种不能自由通过细胞膜的内、外源性阴离子物质。OATs底物结构多样,具有广泛的底物特异性,不同亚型转运体间的底物相互交叉。目前已经确证在肾脏表达的 且研究较多的OAT族转运蛋白主要是0AT1-4和URAT1。 1.OAT1 OAT1是肾脏的主要药物转运体之一,同时也是肾脏OATs家族中分布最广的 一种,被FDA列为与临床药物治疗密切相关的7个重要转运体之一。主要分布于 肾近曲小管。Eraly等通过OAT1基因在大鼠体内敲出实验证明OAT1在体内外对 近曲小管有机阴离子的分泌途径都至关重要。有机阴离子被分布在近端肾小管基 底侧的OAT1从血液中摄取到肾小管细胞内,影响肾小管滤过作用,最终影响药 物的排泄。对氨基马尿酸(PAH)是OAT1最经典的探针底物,但OAT2、3、4对 其亲和力较弱。OAT1底物覆盖范围广泛,不仅包括叶酸、环核苷酸等内源性物质;抗病毒药物(阿昔洛韦、齐多夫定)、利尿剂(氯沙坦、布美他尼)以及非留体类 抗炎药(乙酰水杨酸、吲哚美辛)、甲氨蝶呤、抗生素(青霉素、四环素)、重金 属螯合物顺铂等外源性药物也是其底物;此外,OAT1还介导了黄酮类、酚酸类 化合物等中药成分在肾脏的转运。肉桂酸、阿魏酸以及去氧胆酸也是OAT1的底物。丙磺舒、头孢羟氨苄、头孢唑林是其抑制剂。 许多药物的肾毒性与OAT1介导的转运过程被抑制有关。如β-内酰胺类、非 甾体类抗炎药及马兜铃酸等。临床上,丙磺舒与头孢菌素类药物合用,由于二者 都是OAT1的底物,丙磺舒可竞争性的抑制肾OAT1对头孢类的摄取,使得头孢 类药物的肾清除率下降,半衰期和血药浓度明显增加。非甾体抗炎药(吲哚美辛、酮洛芬)与甲氨蝶呤合用时,非甾体抗炎药会不同程度地抑制甲氨蝶呤在rOAT1 表达的卵母细胞的摄取,甲氨蝶呤的毒性会增大,常会引起急性肾衰竭。 Nadiya[1]等研究发现,马兜铃酸是OAT1和OAT3的底物。同时,Babu E[2]等给小鼠同时灌服马兜铃酸与OAT的专属性抑制剂丙磺舒后,发现马兜铃酸的血药浓度 明显增加,肾清除率明显降低,表明马兜铃酸明显抑制OAT介导的丙磺舒的摄取。马兜铃酸在肾脏的蓄积可能是肾毒性的产生的重要原因。中药党参中所含成分酚 酸也被证明能抑制hOATl,hOAT3,hOAT4介导的其他药物的转运。黄酮类成分 桑黄素和水飞蓟宾也是OAT1的抑制剂。 2.OAT OAT2主要分布于肝脏上,在肾脏表达较少,主要选择性地分布在肝细胞基底 侧膜和肾近曲小管基底膜上。OAT2底物大多为相对分子质量较小的亲水性阴离

锌离子跨膜转运机制

锌离子跨膜转运机制 锌是地球上所有生命必需的营养元素,也是重金属污染元素之一。在许多 生理生化反应中,锌都起着重要的作用,可以作为六大类功能酶中300 多种不 同的辅助因子成分而调节酶的活性。锌在植物细胞的不同部位和细胞中含量分 布不一,保内区室化分隔有利于保证缺锌和高锌胁迫下植物维持正常生理代谢[1]。细胞壁在控制自由态锌浓度上具有重要的作用。液泡是植物主要的分离储 藏重金属的部位,液泡的区室化作用起到解毒效果,与超富集重金属特性密切 相关[2]。 锌在植物中存在的形式常为自由态离子、低分子量有机物配合态复合物、 贮存金属蛋白以及与细胞壁结合的非溶形式;自由态锌离子的浓度一般较低。 植物体内可溶性锌占到58%~91%,具有较强的生理活性[3]。 目前研究表明,参与植物体内锌离子的跨膜运输蛋白至少有5类:锌铁控制运转相关蛋白(ZIP)、自然抵抗相关巨噬细胞蛋白(NRAMP)、重金属ATPase酶(HMA)、阳离子扩散协助蛋白(CDF)、镁离子/H+反向转运蛋白(MHX)[4]。这些运输蛋白对于植物锌吸收、体内分配以及细胞内锌离子的稳态平衡具有重要作用。 严格控制金属离子的体内平衡网络系统,对于调节所有器官锌的利用率是非常必要的。膜转运蛋白在此过程中起重要作用,并且最近的研究已经证明许多基因家族都涉及植物中锌的吸收、转运和体内平衡。目前,已经在拟南芥、苜蓿、番茄、大豆、水稻和大麦等植物中发现了100多个ZIP基因家族。多数ZIP基因被锌缺乏所诱导,有时铁和锰的缺乏也会诱导ZIP高表达。ZIP基因家族的功能分析表明,该基因家族在从胞外向胞内转运并在胞内进行锌运输过程中起重要作用[5]。另外,其转运对象也包括其他二价阳离子,如:Fe2+、Mn2+及Cd2+等。ZIP蛋白长度为309--476个氨基酸,氨基酸数目不同主要是因为蛋白的第III、IV跨膜区间的“可变区”长度不同所致[6]。通常认为,可变区位于胞内,并富含组氨酸残基,可能与金属离子的结合、转运有关,使得阳离子底物能够通过。这个区域位于质膜外表面,在转运过程中可能是底物结合位点[7]。 阳离子扩散协助蛋白(cation diffusion facilitator,CDF)家族的许多成员专一性地将锌或其它金属离子从细胞内转运到胞外或细胞器内。因此,CDF蛋白对锌离子的转运方向与ZIP转运体相反。CDF家族分为3个亚家族,即亚家族I、II和III。亚家族I的成员绝大多数来源于真细菌和古细菌,而亚家族II和III的成员在真核生物中所占的比例相当。CDF家族蛋白最大的保守性体现在跨膜域I、II和V[8]。这3个区域的极性或带电荷氨基酸是最保守的.因此它们在底物转运过程中可能起着重要的作用。可能的转运机制与Zn/H+或K+的反向运输有关,酵母ZRCl蛋白就是一种Zn/H+逆向转运体。锌的溢出是一个依赖能量的过程,但由于在该蛋白上不存在由锌介导的核酸结构域,因此推测该转运过程可能与另一种转运激活机制相耦联[9]。 重金属ATPase酶家族(HMA)根据其底物特异性可以分为5个重要的家族,其中HMA4可以赋予细胞对锌的耐受性。P-ATPase酶是一种通过水解ATP进行跨膜运输的转运蛋白,在细胞膜系统上起离子泵的作用,所有P-ATPase的合

有机阴离子转运蛋白1和3的研究进展

壶鱼堕堂垒查!!!!堡!旦蔓!!鲞箜!塑坚塑!鱼!!!!垒竖!!!;塑!:!!!:;!:型旦:!?371‘doi:lO.3969/j.issn.1008—0341.2009.04.041 有机阴离子转运蛋白1和3的研究进展 吕森森。李长贵 (青岛大学医学院附属医院内分泌科,山东青岛266003) 尿酸是嘌呤代谢的终末产物,主要在肝脏产生,通过肾小球滤过,在近端肾小管重吸收后再排泌到尿液中。尿酸的排泌主要依靠近端肾小管上皮细胞中的转运因子[1]。人有机阴离子转运蛋白1(hOATl)和人有机阴离子转运蛋白3(h0AT3)是体内主要的尿酸一阴离子转运因子,对这些转运因子进行研究,不仅可进一步了解高尿酸血症的发生机制,并可为未来的药物研制提供实验依据。 1OATl与OAT3的作用 现已证实,hURATl在近端肾小管上皮细胞管腔侧对尿酸的晕吸收过程中起重要作用,而近端肾小管基底侧的尿酸转运机制仍不甚清楚L2“】。hOATl(SLC22A6)和hOAT3(SLC22A8)是可溶性载体家族SLC22成员。在近端肾小管的基底侧细胞膜表达,介导内源性和外源性代谢物质的交换。JENNIFER等[5]研究发现,hOATl和hOAT3有几个共同的结构特点,包括:SLC22基因编码形成12个穿膜结构,包括5个胞内环结构和6个胞外环结构,其N、C端均位于细胞内,第一和第二穿膜结构间的胞外环具有多个糖基化位点,第六和第七穿膜结构间的胞内环具有多个磷酸化位点。在肾小管基底侧的尿酸转运中,bOATl和hoAT3将管周隙的有机阴离子通过基底膜转运到近曲肾小管上皮细胞中,再由此排泌到尿液中[1’3J.6]。 2OATl相关研究 原位杂交显示,OATl主要在肾脏皮质表达,在脑内有微弱的表达,但主要表达于肾近端小管基底膜。作用底物广泛,包括环核苷酸、二羧酸盐、Bz内酰胺酶抗生素、血管紧张素转换酶抑制剂、叶酸及抗肿瘤药甲氨喋呤。hOATl从管周隙摄取尿酸盐入肾小管上皮细胞,是尿酸盐分泌的第一步。XU等[31的研究证明,hOATl的第一个穿膜结构将转运因子锚定在细胞表面进而识别底物,糖基化位点是hOATl转运因子的功能结构区。研究同时发现hOATl转运因子的C末端结构,特别是近端区域,是一个高度保守序列,具有多方面功能:C末端最后15(536~550)~30(521~550)个氨基酸的缺失对hOATl的功能没有显著影响;但整个C末端45个氨基酸(506~550)的缺失会造成hOATl功能的丧失,提示506~520的15个氨基酸可能与hOATl的功能密切相关;研究显示,506位的谷氨酸被丙氨酸替代后转运因子hoATl的功能全部丧失,提示该位点的氨基酸可能通过与其他氨基酸形成盐桥维持hOATl的三级结构;而512位的亮氨酸如被相对分子质量较小的氨基酸如异亮氨 [收稿日期]2008—12-21,[修订日期]2009—05一II [作者简介]吕森森(1981一),女,在读硕士研究生。酸、缬氨酸或丙氨酸(L512I,I。512V,L512A)替代,则会导致hoATl转运活性的增强。诱变引起的转运活性改变主要是通过降低最大转运速度而并非改变转运因子与底物的亲和力实现的。该研究首次证明了hOATl转运因子C末端的重要性。RIZWAN等[73体外研究显示,hOATl的第十一个穿膜螺旋结构处466位的精氨酸被碱性氨基酸赖氨酸替代后hoATl在卵母细胞表面的表达并不改变,对氨基马尿酸的亲和力与野生型相似,但对氨基马尿酸的转运明显减少,这与XU等的研究结果相似。 有学者提出hOATl基因突变后导致尿酸盐转运功能的丧失可能与家族性青少年痛风性肾病(FJGN)有关。但至今未见此类病人hOATl突变的报道,因此认为h0ATl功能的改变与FJGN病人尿酸盐转运无关【8]。 3OAT3相关研究 oAT3主要表达于肝脏、肾脏、眼及脑组织,在肾脏中的表达量最大。h0Ar3mRNA的表达比hoATl的表达高8倍以上,且hQAT3吸收范围更广,是一个有机阴离子一二酸盐转 运子,底物包括通过肾代谢和排泄的多种化合物【9]:对氨基马尿酸、抗生素、利尿剂、雌激素硫酸盐等。00AS黼A等[10]对hOAT3转录调节研究结果显示,hOAT3启动区域碱基的缺失可引起转录活性的降低。这一区域主要包括~214~一77位的碱基,内含有一个高度保守的序列——cAMP应答元件(CRE)。电泳分析显示,CRE结合蛋白一1和转录活化因子ATF-1均可与CRE结合,CRE结合蛋白一1和转录活化因子ATF一1的磷酸化可以使hoAT3启动子的活性增强。此范围内的基因突变可导致hOAT3转录活性的降低。 hOAT3的变异在人群中相对较低。为明确h0AT3的遗传变异位点以及变异对其功能的影响,ANDREW等[111进行了大范围、多种族间样本研究。研究者们对10个不同地区的270名美国人(80名非裔,80名欧裔,60名亚裔,50名墨西哥人)进行DNA测序,发现了10种非同义突变,其突变形式均为单碱基置换。通过同源克隆获得hOAT3的cDNA序列,整合到哺乳动物表达的载体pcDNA5/FRT中进行亚克隆以获得表达hOAT3基因的质粒,导入HEK-293细胞后检测荧光标记的底物吸收情况。结果表明,3个位点的突变(Ar9149Ser,Gln239Stop,lle260Arg)可导致hOAT3功能的完全丧失。在亚裔中lle305Phe位点的突变率>3.5%,这种突变降低了h0AT3对底物的转运,并在一定程度上改变了hOAT3底物的特异性,多种药物的代谢排泄也随之发生改变。其他的多态性位点如715位点C—T突变使编码产物由谷氨酰胺转为终止密码子,非裔中842位点的T>C多态性发生频率约为6%。 万方数据

跨膜物质转运1

第二章细胞的基本功能 第一节细胞膜的物质转运功能 细胞膜(cell membrane,也称质膜、生物膜、单位膜) 电镜下三层:内外侧致密带、中间透明带各 2.5nm,总厚 7.0-7.5nm 一、细胞膜的结构和化学组成 液态镶嵌模型(1972年S i n g e r和N i c h o l s o n提出) 膜以液态的脂质双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质。 记下:脂质双层二维流体蛋白镶嵌糖链裸露 (一)脂质双分子层 1.构成:由双嗜性脂质分子两两相对排列成双分子层 脂质以磷脂类为主(总量的70%以上)、胆固醇(一般低于30%)和少量糖脂。 2.特点:液态(同层横向移动的流动性) 稳定性(可自动形成和维持,能承受较大张力。) 3.功能:屏障作用和传递信息 (二)蛋白质(55%) 结构:α螺旋或球形 存在形式:表面蛋白、整合蛋白 表面蛋白(Peripheral proteins)占20%—30%,以静电引力或离子键与整合蛋白结合,附着于膜表面,主要在内表面。

整合蛋白(Integral proteins)占70%—80%,肽链一次或几次穿膜为特征。 蛋白质功能:①转运物质②传递信息③能量转化④免疫标志(三)糖类(2%-10%) 形式:糖蛋白或糖脂表示免疫信息或传递信息 二、细胞膜的跨膜物质转运功能 (一)被动转运(passive transport) 定义:物质经扩散作用,顺电化学梯度不消耗能量所进行的跨 膜转运。 扩散特点:扩散量与浓度差、温度和膜的通透性呈正相关。 1.单纯扩散(simple diffusion) ①定义:一些高脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。 ②转运的物质:O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素等少数几种。 2.易化扩散(facilitated diffusion) (1)定义: 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需在特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。 (2)分类:①由通道介导的易化扩散②由载体介导的易化扩散 由通道介导的易化扩散 定义:离子物质借助于膜上的蛋白质离子通道所进行的扩散。 通道是一类贯穿脂质双层、中央带有亲水性孔道的膜蛋白

物质跨膜运输的方式练习题(供参考)

物质跨膜运输的方式 一、选择题 1.(2012·泉州高一期末)如图表示一个动物细胞内外不同离子的相对浓度,由图分析可知维持细胞内外浓度依靠() A.自由扩散B.主动运输 C.协助扩散D.渗透作用 【解析】动物细胞内外不同离子的相对浓度存在差异,即存在浓度差,该浓度差的维持依靠主动运输。 【答案】 B 2.(2013·山东省实验中学高一期末)关于概念图的分析正确的是() A.①和②所示的过程都需要消耗细胞内释放的能量 B.只有①所示的过程能逆浓度梯度运输物质 C.大分子只有通过①所示的过程才能进入细胞 D.蜜饯腌制时蔗糖进入细胞与过程①和②有关 【解析】图中①代表主动运输,②表示协助扩散,②过程需要载体,不消耗ATP;主动运输能逆浓度梯度运输物质;大分子物质以胞吞或胞吐的方式通过膜;蜜饯腌制时细胞已经死亡,细胞膜的选择透过性消失。 【答案】 B 3.下图表示植物细胞正常生活过程中的细胞膜对物质的运输。物质运输的方向如箭头所示,黑点的数量表示物质的浓度,则该物质可能是() A.甘油B.叶绿素 C.花青素D.Na+ 【解析】此物质的运输方向是从低浓度到高浓度,由细胞内向细胞外,需要载体蛋白,而且消耗能量,是主动运输。甘油的运输方式是自由扩散,叶绿素、花青素分别是存在于叶绿体、液泡中的色素,不在细胞间转运。Na+可由细胞内运输到细胞外,且运输方式是主动运输。

【答案】 D 4.(2012·浙江高考)人体肝细胞内CO2分压和K+浓度高于细胞外,而O2分压和Na+浓度低于细胞外,上述四种物质通过主动运输进入细胞的是() A.CO2B.O2 C.K+D.Na+ 【解析】可通过肝细胞内外各种物质的关系作出判断,K+逆浓度从细胞外进入到细胞内部,其跨膜运输方式为主动运输。 【答案】 C 5.(2013·青岛高一检测)细胞内的生物大分子物质(如胃蛋白酶原)的出胞方式是() A.胞吐B.自由扩散 C.协助扩散D.主动运输 【解析】细胞膜是一种选择透过性膜,水分子以及细胞要选择吸收的离子、小分子物质可以通过,对于生物大分子物质,则不能以跨膜运输的方式进出细胞,只能以胞吞和胞吐的形式进出细胞。 【答案】 A 6.下图是植物根从土壤中吸收某矿质离子示意图。据图判断,该离子跨膜进入根毛细胞的方式为() A.自由扩散B.协助扩散 C.主动运输D.被动运输 【解析】本题考查了物质的运输方式。根据图中信息:需要载体,消耗能量以及由低浓度向高浓度运输,即可判定该离子跨膜进入根毛细胞的方式为主动运输。 【答案】 C 7.下图表示在一定范围内细胞膜外某物质浓度变化与该物质进入细胞膜内速度的关系,据图分析,下列说法正确的是() A.该物质进入细胞的方式是自由扩散

物质跨膜运输的方式

第3节物质跨膜运输的方式 教案 A 教学目标 一、知识目标 1.举例说明物质跨膜运输的类型及特点。 2.说出被动运输与主动运输的异同点。 3.阐述主动运输对细胞的意义。 二、能力目标 运用类比和对比的方法进行学习,抓住关键,掌握本质。 三、情感目标 物质进出细胞的方式反映了细胞膜的功能,这是在细胞膜结构的基础上进一步的学习,树立生物膜结构与功能相适应的生物学观点。 教学重点、难点 教学重点 物质进出细胞的方式。 教学难点 主动运输。 教学方法 探究法、讲述法、演示法。 课时安排 1课时 教学过程 板书:第3节物质跨膜运输的方式 引入 观察与思考 演示实验:向一杯清水中加入某种棕色液体,观察到什么实验现象? (扩散是物质从高浓度向低浓度移动的现象。通过扩散,整杯清水中都有了棕色物质分子的存在。) 我们怎样判断出这是什么物质呢? (可以闻出这是醋的味道。说明醋分子除了在水中扩散,还进入了我们的肺泡,进入我们的嗅觉细胞。) 那么这些分子是怎样进入我们的人体细胞的?会遇到什么障碍吗? 回顾旧知识 生物膜流动镶嵌模型:(磷脂双分子层)构成膜的基本支架;(蛋白质)分子 镶在磷脂双分子层表面,有的嵌入或横跨磷脂双分子层。脂质与蛋白质可以(运动),故膜的结构特点是具有(流动性)。

生物学基本的观点是:结构与功能相适应,这节课我们要探究的问题就是:物质怎样进行跨膜运输来出入细胞? 学生阅读观察并思考讨论“问题探讨”,学生回答。 提示 1.从图上可以看出,氧气、二氧化碳、氮气、苯等小分子(苯还是脂溶性的)很容易通过合成的脂双层;水、甘油、乙醇等较小的分子也可以通过;氨基酸、葡萄糖等较大的有机分子和带电荷的离子则不能通过合成的脂双层。 2.葡萄糖不能通过人工合成的无蛋白的脂双层,但小肠上皮细胞能大量吸收葡萄糖,推测小肠上皮细胞的细胞膜上有能够转运葡萄糖的蛋白质。 3.通过观察此图还可联想并提出,细胞需要的离子是否也通过细胞膜上的蛋白质来运输等问题。 (学生阅读教材70页、71页内容)思考: 1.物质跨膜运输的方式有哪几种? 2.什么是主动运输,被动运输? 3.被动运输的特点和种类。 (教师结合学生的理解和回答进行讲解) 一、被动运输 (一)自由扩散 生答师讲 能够通过脂双层膜的物质中,我们已知水进入细胞的方式是渗透作用,是顺相对含量梯度的。其他物质也都是以这种简单的扩散作用进入细胞膜的,把这种方式叫做自由扩散。 学生总结自由扩散特点。 生答师讲 自由扩散中,物质的运输方向是从浓度高的向浓度低的运输。物质运输的动力是浓度差。以自由扩散进出细胞的物质,通常是一些小分子物质,气体或是脂溶性物质。 思考 不能通过脂双层膜,但细胞又需要的物质,比如葡萄糖怎样进入细胞? 生答师讲 实验表明,葡萄糖不能通过磷脂双分子层的人工膜,但如果在人工膜中加入某种蛋白质,葡萄糖则可以通过膜从高浓度处向低浓度处扩散。该实验说明什么? 学生分析资料,得出结论:说明葡萄糖可以借助载体通过脂双层。 (二)协助扩散 进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散,叫做协助扩散。物质的运输方向是从浓度高的向浓度低的运输,需要载体协助。如葡萄糖进入红细胞。 自由扩散与协助扩散都是物质从高浓度向低浓度运输,浓度差是运输动力,均属于被动运输。 思考与讨论:学生思考讨论回答。 提示:

跨膜转运

第三章 药物代谢动力学 药物代谢动力学,简称为药动学,研究药物体内过程及体内药物浓度随时间变化的规律。药物由给药部位进人机体产生药理效应,然后由机体排出,其间经历吸收、分布、代谢和排泄四个基本过程,这个过程称为药物的体内过程。其吸收、分布和排泄称药物转运,代谢和排泄合称消除(elimination)。

药物在体内虽然不一定集中分布于靶器官,但在分布达到平衡后药理效应强弱与药物血浆浓度成比例。医生可以利用药动学规律科学地计算药物剂量以达到所需的血药浓度并掌握药效的强弱久暂。这样可以比单凭经验处方取得较好的临床疗效。 第一节 药物的跨膜转运 药物跨膜转运是指药物在吸收、分布、生物转化和排泄时多次穿越生物膜的过程。生物膜的结构是以液态的脂质双分子层为基架,其中镶嵌着不同生理功能的蛋白质。脂质分子以磷脂较多,并赋予细胞膜一定的流动性和通透性,极有利于脂溶性药物通过;蛋白质分子组装成物质载体和离子通道,载体参与某些药物跨膜转运,离子通道则是某些药物作用的靶位。药物的跨膜转运方式主要有被动转运和主动转运两种: (一)被动转运 被动转运是指药物由高浓度一侧向低浓度一侧的跨膜转运。包括简单扩散、滤过和易化扩散。 1.简单扩散 又称脂溶扩散。指脂溶性药物可溶于细胞膜的脂质而透过细胞膜,大多数药物的转运方式属简单扩散。扩散速度除取决于膜的性质、面积及膜两侧的浓度梯度外,还与药物的性质有关。分子量小的(小于200D)、脂溶性大的、极性小的(不易离子化)药物较易通过。药物多是弱酸性或弱碱性化学物质,它们在体液环境中可溶解生成离子型分子,这种离子型药物不易跨膜转运,并被限制在膜的一侧,形成离子障现象,而非离子型药物可自由通过。药物的离子化程度与其pKa(弱酸性或弱碱性药物解离常数的负对数值)及其所在溶液的pH有关。改变体液环境pH可以明显影响药物的离子化程度,进而影响其跨膜转运。一般来说,弱酸性药物在酸性环境下不易解离,非离子型多,脂溶性大,容易跨膜转运;而在碱性环境下易解离,离子型多,脂溶性小,不易跨膜转运。而弱碱性药物则相反,在酸性环境下易解离,不易透过细胞膜;在碱性环境下不易解离,易透过细胞膜。 2.滤过 滤过又称水溶扩散。指直径小于膜孔的水溶性小分子药物,借助膜两侧的流体静压和渗透压差被水携至低压侧的过程。如水、乙醇、乳酸等水溶性物质,02、CO2等气体分子可通过膜孔滤过扩散。 3.易化扩散 易化扩散又称载体转运。指一些不溶于脂质而与机体生理代谢有关的物质如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等借助细胞膜上的某些特异性蛋白质-通透酶而扩散。其特点有:①不耗能;②载体具有高度特异性;③饱和现象,即作为载体的通透酶或离子通道其转运能力

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