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二、物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運
質(zhì)膜不僅在維持細胞正常的代謝活動中起重要的屏障作用,在物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運中也起重要的參與作用。脂溶性的和少數(shù)分子很小的水溶性物質(zhì)可直接穿越細胞膜;大部分水溶性溶質(zhì)分子和所有離子的跨膜轉(zhuǎn)運需要有膜蛋白介導(dǎo)來完成;大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊則以復(fù)雜的出胞或入胞的方式整裝進出細胞。
1.單純擴散
(1)概念:脂溶性的和少數(shù)分子很小的水溶性的物質(zhì)通過脂質(zhì)雙層由高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運的過程,稱為單純擴散。如氧氣、二氧化碳、水等的跨膜轉(zhuǎn)運。
(2)影響因素:某物質(zhì)通過膜的難易程度取決于它們的脂溶性和分子大小,擴散的方向和速度取決于膜兩側(cè)該物質(zhì)的濃度差和膜對該物質(zhì)的通透性。
(3)特點:不需要外力幫助,也不消耗能量,是一被動過程。
2.膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運:介導(dǎo)轉(zhuǎn)運的膜蛋白可分為載體蛋白(簡稱載體,也稱轉(zhuǎn)運體)和離子通道(簡稱通道)兩大類。有些載體具有ATP酶活性,稱為離子泵,離子泵由于具有分解ATP的能力,也稱為ATP酶。
(1)通道介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運:通道介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運都是被動的,也稱為經(jīng)通道易化擴散。這種跨膜轉(zhuǎn)運的特征是:①高速度;②離子選擇性;③門控。根據(jù)對不同刺激的敏感性,離子通道通常可分為化學門控通道、電壓門控通道以及機械門控通道等。
(2)載體介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運:跨膜轉(zhuǎn)運的特征是:①轉(zhuǎn)運速率存在飽和現(xiàn)象;②載體與溶質(zhì)的結(jié)合具有結(jié)構(gòu)特異性;③結(jié)構(gòu)相似的溶質(zhì)經(jīng)同一載體轉(zhuǎn)運時有競爭抑制。載體介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運可分為三種形式:
1)經(jīng)載體易化擴散:
2)原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運:特點是:①在物質(zhì)轉(zhuǎn)運過程中,細胞要代謝供能;②物質(zhì)轉(zhuǎn)運是逆電-化學梯度進行的。
在細胞膜上普遍存在的離子泵是鈉-鉀泵(sodium potassium pump),簡稱鈉泵,也稱Na+-K+ -ATP酶。鈉泵的主要功能包括:①鈉泵活動造成的細胞內(nèi)高K+是許多代謝反應(yīng)進行的必要條件;②維持胞內(nèi)滲透壓和細胞容積;③建立Na+的跨膜濃度梯度,為繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的物質(zhì)提供勢能儲備;④鈉泵活動造成的跨膜濃度梯度,是細胞發(fā)生電活動的前提條件;⑤鈉泵活動是生電性的,可直接影響膜電位,使膜內(nèi)電位的負值增大。
3)繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運:如葡萄糖在小腸黏膜上皮的主動吸收,就是由Na+-葡萄糖同向轉(zhuǎn)運體和鈉泵的耦聯(lián)活動而完成的。
3.出胞和入胞
出胞和入胞主要是依靠細胞本身的活動來完成的,也需要細胞代謝供能。
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