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物质跨膜运输的方式
时间:2020-03-16 点击次数:963

细胞膜作为一个屏障,使细胞内液成分不完全相同于细胞外液,并保持相对稳定。但是,细胞在进行新陈代谢的过程中,需要不断选择性地摄入和排出多种多样的物质,这些物质的交换是通过细胞膜有选择性地进行的。物质通过细胞膜的运输途径大体是:脂溶性的小分子物质,可通过物理扩散透过细胞膜;水溶性的小分子物质或离子,需要借助相关蛋白质的介导才能完成跨膜运输;大分子物质或颗粒性物质,则通过细胞膜的整装转运进出细胞。

现将几种常见的物质跨膜运输方式分述如下:
(一)被动运输
在物质跨膜运输过程中,物质分子顺浓度梯度即从高浓度一侧运输到低浓度一侧,称为被动运输。被动运输时,物质运输所需的能量来自高浓度所含的势能。被动运输包括简单扩散和协助扩散两种。
1.简单扩散
细胞膜允许一些疏水分子和小而不带电的极性分子,以简单扩散方式通过细胞膜,溶质分子从高浓度一侧运输到低浓度一侧的物理过程,称为简单扩散。这种方式就像在无风的日子,烟囱冒出来的烟会向四周扩散一样。决定简单扩散的主要因素是细胞内外浓度梯度,一般而言,气体如O2、CO2、N2,以及小而不带电的极性分子如尿素等,能以简单扩散方式从细胞膜高浓度一侧扩散到低浓度一侧。
2.协助扩散
离子和一些比较大的分子,不能自由地通过细胞膜,需要通过镶嵌在细胞膜上的一些特殊的蛋白质协助它们顺浓度梯度进行。这叫做协助扩散,如,葡萄糖进入红细胞就是这种方式。
镶嵌在细胞膜上的协助物质进出细胞的特殊蛋白质称为载体蛋白。载体蛋白具有以下特点:
(1)专一性:载体蛋白具有与底物(溶质分子)特异性结合的位点,对底物具有高度选择性,每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合,所以每种载体蛋白通常只转运一种类型的分子。
(2)饱和性:由于细胞膜中载体蛋白的数量和转运速率有限,当被转运的底物浓度增加到一定程度时,载体蛋白都参与了底物的转运,这样底物的跨膜运输速度便达到大值,不再随底物浓度的增加而增大,这种现象称为载体蛋白的饱和性。
(二)主动运输
主动运输是指细胞膜通过本身的某种耗能过程,在特殊蛋白质的帮助下将物质逆浓度梯度跨膜运输的过程。溶液中的分子由低浓度一侧向高浓度一侧运输,就像举起重物或推物体沿斜坡上移一样,必须由外部供给能量。在细胞膜的主动运输中,这种能量只能由细胞代谢供给,这就是主动的含义。
主动运输普遍存在于动植物和微生物细胞中,保证了活细胞能够按照生命活动的需要,主动选择和吸收所需要的营养物质,排出代谢废物和对细胞有害的物质。例如,水生植物丽藻的细胞液中K+浓度比它们生活的池水高1065倍,但是它还能从池水中吸收K+;再如,人红细胞中Na+的浓度只有血浆的1/6,它依旧能排出Na+。

(三)胞吞,胞吐
载体蛋白虽然能够帮助许多离子和小的分子通过细胞膜,但是,对于一些大分子及一些颗粒性物质的跨膜运输却是无能为力的,如蛋白质、多核苷酸、多糖等。可是大部分细胞能够摄入和排出特定的大分子与颗粒性物质,这些大分子是怎样进出细胞的呢?
当细胞摄取大分子或颗粒性物质时,首先颗粒性物质附着在细胞膜表面,这部分细胞膜内陷形成小囊,包围着大分子,然后小囊从细胞膜上分离下来,形成囊泡,进入细胞内部,这种现象叫胞吞。
细胞需要外排的大分子或颗粒性物质,先在细胞内形成囊泡,然后囊泡移动到细胞膜处,与细胞膜融合,将大分子排出细胞,这种现象叫胞吐。如豚鼠胰腺腺泡细胞核糖体合成分泌蛋白,通过内质网加工形成囊泡运输到高尔基体,高尔基体包装形成囊泡,然后囊泡移动到细胞膜处,与细胞膜融合,将分泌蛋白排出细胞。
 

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