细胞是人体的基本结构和功能单位,细胞的活动是人体一切生命活动的基础。
细?胞膜的物质转运功能细胞膜的成分:主要由脂质和蛋白质组成,还有少量糖类物质。脂质:要包括磷脂、胆固醇和少量糖脂,构成细胞膜的基本构架。膜蛋白:细胞膜的功能主要通过膜蛋白实现。分类:表面蛋白、整合蛋白(跨膜蛋白)。表面蛋白:附着于细胞膜表面,如膜骨架蛋白和锚定蛋白。整合蛋白:参与物质的跨膜转运、执行受体功能,如载体、通道、离子泵、G蛋白耦联受体等;或作为黏附分子。糖类:主要是寡糖和多糖链。并于膜蛋白或膜脂质结合形成糖蛋白或糖脂。细胞膜的基本结构:以液态的脂质双分子层为基架,镶嵌具有不同结构、不同功能的蛋白质(液态镶嵌模型)。细胞膜液态镶嵌模型图
图注:脂质主要成分为磷脂,此外还有糖脂和胆固醇。膜蛋白的功能包括:①物质转运,如通道蛋白;②细胞识别,如表面抗原;③信息沟通,如受体;④组织构建,如黏附分子。
一、单纯扩散单纯扩散是指脂溶性小分子物质从细胞膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程,又称为简单扩散。单纯扩散是物理扩散过程,不需要消耗细胞本身的能量,只有脂溶性小分子物质才能以此方式转运,如O2、CO2、NH3、乙醇等。单纯扩散示意图
二、易化扩散水溶性或脂溶性很小的小分子物质在膜蛋白的帮助下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程,称为易化扩散。根据参与的膜蛋白不同,将易化扩散分为两种,即经载体的易化扩散和经通道的易化扩散。“载体”和“通道”都是一些贯穿脂质双分子层的镶嵌蛋白质。可以打个比喻把细胞膜比喻成一条河,人是需要出入细胞的物质。人要过河可以有多种方法:1.直接游泳过河相当于自由扩散。2.可以借助工具:如坐船过河,相当于经载体的易化扩散如通过桥梁过河,相当于经通道的易化扩散1.经载体的易化扩散膜结构中存在载体蛋白(简称载体),载体能在细胞膜的一侧与被转运物质相结合,并引起载体蛋白结构改变,使结合的物质由膜的高浓度一侧转运至低浓度一侧。如葡萄糖、氨基酸等物质就是由相应的载体转运的。载体转运示意图
载体转运有三个特点:①特异性:一种载体一般只转运某一种物质。如葡萄糖载体只能转运葡萄糖,氨基酸载体只能转运氨基酸。②饱和性:当被转运物质增加到一定限度时,转运量不随之增加,这是由于载体数量有限的缘故。③竞争性抑制:一种载体同时转运两种或两种以上结构相似的物质时,一种物质浓度增加,会抑制另一种物质的转运。如何理解:还是过河,人要过河坐客船,还有货物也要过河用货船。人坐客船,货坐货船。这是特异性。船(载体)的数量是有限的,当人比较多时,船坐满了就是饱和了。饱和以后就不能再转运更多的人了。如果同一条船既能载人也能载货的话,人和货之间就存在竞争,当人多的时候老板就优选择载人,如果货物多的话老板就优先选择载货。载了一种物质,就会少载另一种物质,这就是竞争抑制。2.经通道的易化扩散膜结构中存在通道蛋白(简称通道),通道像贯通细胞内外并带有闸门装置的管道,开放时允许被转运的物质通过,关闭时物质转运停止。各种离子的易化扩散主要是通过这种方式进行的。细胞膜上的离子通道有Na+通道、K+通道、Ca2+通道等,它们可分别让不同的离子通过。通道转运示意图
通道的开闭是“闸门”控制的,故通道又称门控通道。门控通道又可分为:由膜两侧电位差变化引起闸门开闭的称为电压门控通道;由化学物质引起闸门开闭的称为化学门控通道;机械门控通道。单纯扩散和易化扩散都是顺浓度差或顺电位差进行的,细胞本身不消耗能量,都属于被动转运。比如水往低处流,是顺高度差,由重力做功完成,不需要额外消耗能量。
三、主动运转离子或小分子物质在膜上“泵”蛋白的参与下,逆浓度差或逆电位差的耗能转运过程,称为主动转运。比如水往高处流如果不对水施加外力做功是不能实现的,所以可以借助水泵的把水扬到高处,但必须要消耗能量。原发性主动转运
细胞膜上有多种离子泵,最主要的是钠-钾泵,简称钠泵。钠泵实际上是一种Na+-K+依赖式ATP酶。当细胞内Na+浓度增高和(或)细胞外K+浓度增高时Na+泵就被激活,将细胞外K+运至细胞内,同时将细胞内Na+运至细胞外,从而形成和保持细胞内高K+和细胞外高Na+的不均衡离子分布。
说明:ATP酶,可以分解ATP为ADP和磷酸,同时释放能量。钠泵主动转运示意图
正常状态下,细胞内K+的浓度为细胞外液中的30倍以上,而细胞外液的Na+浓度为细胞内的10倍以上。这种细胞内外Na+、K+分布的不均衡性正是维持细胞正常兴奋性的离子基础。(二)继发性主动转运继发性主动转运是由ATP间接供能的逆浓度差转运方式。利用钠泵活动形成的势能储备,来完成其他物质逆浓度梯度的跨膜转运。小肠内的葡萄糖逆浓度梯度由肠腔进人小肠上皮细胞,就是因为钠泵的持续活动,形成膜外钠离子的高势能。当钠离子顺浓度差进入膜内时,所释放出的能量用于葡萄糖分子的逆浓度差转运。由于葡萄糖主动转运所需的能量是间接来自于钠泵活动时消耗的ATP,所以这种类型的转运方式称为继发性主动转运。葡萄糖和氨基酸的继发性主动转运
1.同向转运:是指两种物质与细胞膜上的同向转运体(特殊蛋白质)结合,以相同方向通过细胞膜的转运。例如:小肠上皮细胞从肠腔中吸收葡萄糖和氨基酸,肾小管上皮细胞从小管液中重吸收葡萄糖都属于继发性主动转运。2.逆向转运:是指两种物质与细胞膜上逆向转运体结合,以相反方向通过细胞膜的转运,如Na+和H+、Na+和Ca2+等逆向转运。同向转运和逆向转运
物质的跨膜转运
四、入胞和出胞大分子物质或物质团块是通过出胞和入胞通过细胞膜。入胞:指大分子或物质团块从细胞外进入细胞内的过程,包括吞噬和吞饮两种形式。固体物质的入胞过程称为吞噬,如粒细胞吞噬细菌的过程;液态物质的入胞过程称为吞饮,如小肠上皮对营养物质的吸收。入胞——吞噬
出胞:大分子物质或物质团块通过细胞膜的运动从细胞内到细胞外的过程。出胞主要见于腺细胞的分泌活动以及神经递质的释放。出胞——分泌
入胞和出胞示意图
动画:物质的跨膜转运
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