细胞膜的物质转运
细胞膜的物质转运功能
经载体的易化扩散
载体也称转运体，是介导多种水溶性小分子物质或离子 跨膜转运的一类整合膜蛋白
经载体的易化扩散
经载体的易化扩散是指水溶性小分子物质在载体蛋白介 导下顺浓度梯度进行的跨膜转运，属于载体介导的被动 转运
经载体的易化扩散
由于载体转运时载体蛋白需经历“与底物结合-构象变化 -与底物解离”等一系列过程，因此物质经载体转运的速 率较慢
结构特异性
各种载体只能识别和结合具有特定化学结构的底物
饱和现象
由于细胞膜中载体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，底物的扩散速度便达到最 大值(Vmax)，不再随底物浓度的增加而增大，这种现象 称为载体转运的饱和现象
最大扩散速度Vmax能反映载体蛋白构象转换的最大速 率
扩散速度达Vmax—半(1/2Vmax)时的底物浓度，称为 米氏常数(Km)
肌肉活动时，含GLUT4的囊泡通过出胞而插入肌细胞 膜，可使肌细胞得到更多的葡萄糖
血中胰岛素水平增高时，GLUT4囊泡可在几分钟内启 动出胞而插入细胞膜，大大提高细胞转运葡萄糖的能力
有些糖尿病患者常伴有GLUT4数量或功能降低，此时 即使胰岛素水平正常仍不能有效转运葡萄糖，出现胰岛 素抵抗
特点
速度很慢
04
各种带电离子，尽管其直径很小，却也不能通透 膜脂质双层
O2、CO2、N2等高脂溶性小分子的跨膜扩散速 度很快
分子较大的非脂溶性物质，如葡萄糖、氨基酸等， 很难直接通过膜脂质双层
单纯扩散
转运速率
01
02
主要取决于被转运物在 膜两侧的浓度差和膜对
该物质的通透性
物质所在溶液的温度愈 高、膜有效面积愈大，
细胞膜与物质转运
细胞膜与物质转运细胞膜是细胞的外围结构，分隔了细胞内部与外部环境。
它是由磷脂双层组成的，具有选择性通透性，起到了筛选物质进出细胞的重要作用。
物质在细胞膜上的转运过程是细胞内正常生理活动的基础，无论是细胞的营养供给还是废物排除等，都需要依靠细胞膜与物质的相互作用来实现。
下面将详细探讨细胞膜与物质转运之间的关系及其机制。
一、被动运输被动运输是指物质通过细胞膜进出细胞时，不需要消耗能量的过程。
其中包括扩散、渗透和简单扩散等。
1. 扩散：扩散是指高浓度物质向低浓度物质自发传播的过程。
在细胞膜中，物质的扩散依靠其浓度梯度推动，直到细胞内外浓度相等。
扩散通过细胞膜上的离子通道、载体蛋白以及裸露脂质层等途径进行。
2. 渗透：渗透是指在细胞膜中溶质由高浓度向低浓度方向通过的过程。
在渗透过程中，只有水分子能够跨越细胞膜，而溶质则无法通过。
渗透是生物体维持水分平衡的重要机制。
3. 简单扩散：简单扩散是指非极性物质通过细胞膜的脂质层进行跨膜运输的过程。
由于脂质层具有亲疏性，非极性物质能够迅速通过细胞膜进出细胞，而不需要依赖于膜上的通道或载体蛋白。
二、主动运输主动运输是指物质进出细胞时需要消耗能量的过程。
其中包括主动转运和容器转运两种方式。
1. 主动转运：主动转运是指通过细胞膜上的载体蛋白，将物质从低浓度区域转移到高浓度区域的过程。
此过程需要耗费细胞内储存的能量(ATP)，以维持细胞内外物质浓度梯度。
2. 容器转运：容器转运是一种介于被动运输和主动运输之间的过程。
在容器转运中，细胞膜通过形成容器来将物质引入或排出细胞。
这些容器可以是囊泡、液泡等细胞器的一部分。
容器转运依赖于配体与受体的结合，使细胞内的物质经由适当的膜泡运输到目的地。
三、离子通道细胞膜上的离子通道扮演着物质转运的重要角色。
离子通道是一种高度选择性的膜蛋白，具有特定的质子或离子通道，使得不同种类的离子能够快速地通过细胞膜。
细胞膜上的离子通道可以通过电化学梯度、浓度梯度或膜电位梯度驱动物质的转运。
第二章细胞膜的物质转运功能
递质和其它生物活性物质结合，并能引起特定生物学效 应的特殊结构。
指细胞拥有的能够识别和选择性结合某种配体（化 学物质）的蛋白质大分子，它与配体结合后，启动一系 列过程，最终引发细胞的生物学效应。
受体按照存在的部位不同可分为细胞膜受体、胞浆 受体和核受体。
1、静息电位的概念 1）概念：细胞静息时存在于细胞膜两侧的电位差 2）极化状态：细胞膜保持外正内负的电生理状态。 3）静息电位的范围：-10mv~ -100mv 极化状态：（如图）
2、产生静息电位的机理：
1）正常细胞所具有的特点 （1）细胞内钾离子的浓度是细胞外的30倍
细胞内蛋白质的浓度是细胞外的10倍 （2）细胞外钠、氯离子的浓度是细胞内的20倍 （3）蛋白质带负电且不能通过细胞膜 （4）带正、负电荷的水合离子有极小的通透性。被、易
变化的能力或特性。 （二）刺激与反应 1 适宜刺激与不适宜刺激
凡能被某种细胞接受的刺激就称为这种细胞的适宜 刺激；反之，称为不适宜刺激。 2 刺激引起兴奋的条件 （1）刺激的强度
阈值（threshold intensity）：能引起Na通道大量开 放而爆发AP的临界膜电位水平。
阈刺激：在一定时间内，引起组织细胞产生兴奋的最 低刺激强度。 阈下刺激；阈上刺激 （2）刺激的作用时间
强 度
0.8 A
0.4
B
0.4
0.8
时间
内膜 K+ ProK+ ProK+
外膜 Na+ ClNa+
ClNa+
内膜 -
-
-
外膜 +
+内膜
第五章细胞膜与物质转运
简单扩散
被动运输 离子通道扩散
物 质 进
穿膜
易化扩散
运输 主动运输 (膜载体蛋白，逆
出
浓度梯度，消耗
细
胞 膜
小泡 运输
ATP)
1、ATP驱动泵 [特点]
需“转运蛋白”（具有载体功能和 ATP酶活性）
ATP直接提供能量 [举例]
Na+-K+泵，Ca2＋泵，H＋泵等
钠钾（钠）泵血浆来自3Na+6
30
红细胞内
消耗ATP）
主动运输 （载体蛋白，逆浓
出
度梯度，消耗ATP）
细
胞
膜
简单扩散
被动运输 离子通道扩散
物 质 进
穿膜
易化扩散
运输 主动运输
出
细 胞 膜
小泡 运输
（一）简单扩散：指物质从高浓度一侧直接穿 过膜的脂双分子层向浓度较低的一侧转运。
[特点] 不耗能 不需膜蛋白 依靠物质浓度差（高至低）
[举例] 脂溶性物质如苯、醇、甾类激素； 气体分子如 O2、CO2、N2 、不带电的极性 小分子如尿素、H2O等。
（二）离子通道扩散：指极性很强的离子通过细
胞膜上特异离子通道蛋白从高浓度向低浓度方向
的转运。
[特点]
（1）需通道蛋白（跨膜蛋白,P64）
（2）选择性、门控性
（3）瞬间、大量运输（高效）
Na+
（4）顺电化学梯度
+＋ ＋ ＋ ＋＋＋
－－－
离子通道扩散
非选择性持续开放通道：线粒体或叶绿体外 膜、革兰氏阴性菌外膜
离子
人工脂质双层膜对各 种分子的相对通透性
Permeability coefficients (cm/sec) for the passage of various molecules through synthetic lipid bilayers.
细胞膜物质转运的主要方式及特点
细胞膜物质转运的主要方式及特点细胞膜是细胞内外环境的分界线，起到选择性通透和物质转运的作用。
细胞膜物质转运是指细胞膜上的蛋白质通道或转运体介导的物质运输过程。
细胞膜物质转运的主要方式包括主动转运、被动转运和细胞吞噬。
1. 主动转运主动转运是指物质在细胞膜上通过转运蛋白质，逆浓度梯度进行运输的过程。
主动转运需要耗费细胞内能量(ATP)，因此也被称为能动转运。
主动转运可分为原位转运和囊泡转运两种方式。
（1）原位转运：原位转运是指转运蛋白质在细胞膜上直接将物质从细胞外转运到细胞内或从细胞内转运到细胞外。
这种转运方式常见的例子是钠钾泵。
钠钾泵能将细胞内的三价阳离子钠离子和二价阳离子钾离子通过ATP的耗能驱动，从而使细胞内钠离子浓度下降，钾离子浓度上升。
（2）囊泡转运：囊泡转运是指物质通过细胞膜上的囊泡进行转运的过程。
在囊泡转运中，物质首先被包裹在囊泡中，然后囊泡与细胞膜融合，将物质释放到细胞内或细胞外。
囊泡转运在细胞内物质分泌、摄取和吞噬等过程中起到重要作用。
2. 被动转运被动转运是指物质在细胞膜上通过扩散的方式进行运输的过程，不需要耗费细胞内能量。
被动转运可分为简单扩散和依赖载体蛋白的facilitated diffusion。
（1）简单扩散：简单扩散是指物质通过细胞膜的磷脂双层直接进行扩散的过程。
简单扩散是依靠物质的浓度梯度，在细胞膜上自由扩散。
只有无电荷、小分子量和脂溶性的物质才能通过简单扩散进入细胞或离开细胞。
（2）facilitated diffusion：facilitated diffusion是指物质通过细胞膜上的载体蛋白质进行转运的过程。
在facilitated diffusion中，物质通过与载体蛋白质的结合和解离实现跨越细胞膜。
facilitated diffusion主要用于大分子、带电荷或极性物质的转运。
3. 细胞吞噬细胞吞噬是指细胞通过细胞膜上的吞噬小囊进行物质摄取的过程。
在细胞吞噬中，细胞通过将物质包裹在吞噬小囊中，形成吞噬泡。
细胞常见的转运形式
细胞膜具有较为复杂的物质转运功能，常见的转运形式有：单纯扩散、易化扩散、主动转运、出胞和胞吞作⽤。
从能量消耗⾓度可分为被动转运和主动转运，被动转运是指物质顺电-化学梯度、不消耗能量的跨膜转运过程，⽽主动转运则是指物质逆电-化学梯度、消耗能量的跨膜转运过程。
⼀、单纯扩散 1.概念：单纯扩散是指脂溶性的⼩分⼦物质顺浓度差通过细胞膜的扩散过程。
单纯扩散的多少取决于膜两侧该脂溶性物质的浓度差及其通过细胞膜的难易程度。
浓度差决定着物质能否扩散、扩散⽅向及扩散速率。
2.转运对象：CO2、O2、N2、⼄醇、尿素等。
3.特点：简单的物理扩散，不需要细胞提供能量，其能量来源于浓度差形成的势能，是⼀个被动过程。
⼆、易化扩散 易化扩散是指⼀些⾮脂溶性或脂溶性较⼩的⼩分⼦物质，在膜上载体蛋⽩和通道蛋⽩的帮助下，顺电-化学梯度，从⾼浓度⼀侧向低浓度⼀侧扩散的过程。
它包括两种⽅式，即经载体中介的易化扩散和经通道中介的易化扩散。
（⼀）经载体中介的易化扩散 1.概念：许多重要的营养物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等在膜上载体蛋⽩的介导下，由⾼浓度⼀侧向低浓度⼀侧的跨膜转运。
2.特征：①结构特异性⾼；②饱和现象；③竞争性抑制；④顺浓度梯度。
（⼆）经通道中介的易化扩散 1.概念：溶液中带电离⼦，借助于离⼦通道蛋⽩的介导，顺浓度梯度或电位差的跨膜转运过程。
通道是⼀类贯穿脂质双分⼦层，中央带有⽔性孔道的跨膜蛋⽩。
以通道中介的易 化扩散引起的跨膜转运是细胞⽣物电现象发⽣的基础。
2.转运对象：带电离⼦，如Na+、K+、Ca2+、Cl-等 3.特征：①结构特异性不如载体严格；②⽆饱和现象；③通道具有静息、激活和失活 等不同功能状态；④具有离⼦选择性和门控特性。
三、主动转运 主动转运是细胞通过耗能的过程将物质逆浓度梯度或电位梯度进⾏的跨膜转运过程。
可分为原发性主动转运和继发性主动转运两类。
（⼀）原发性主动转运 1.概念：细胞直接利⽤代谢产⽣的能量将物质逆浓度梯度或电位梯度进⾏跨膜转运的过程。
4模块细胞膜的物质转运功能
第3章4模块细胞膜的物质转运功能掌握：1.概念：单纯扩散、易化扩散、入胞、出胞、受体。
2.细胞膜物质转运方式的特点。
一、细胞膜的物质转运细胞在新陈代谢过程中，不断有各种物质进出细胞。
细胞膜以不同的方式允许这些物质选择性地进出细胞，从而维持细胞内液和外液不同的物质成分和比例，并满足细胞新陈代谢对物质的需要。
常见的细胞膜转运物质的形式介绍如下。
（一）单纯扩散单纯扩散是一种最简单的物质转运方式，是指脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的现象，它是一种物理现象。
单纯扩散的动力是该物质在细胞膜两侧的浓度差，或称浓度梯度，又称化学驱动力。
单纯扩散的速率除了与化学驱动力有关之外，还与细胞膜对该物质的通透性有关。
在人体内，以单纯扩散方式进出细胞的物质很少，比较肯定的有O2和CO2等气体分子。
单纯扩散的特点是物质顺浓度差转运，不需要细胞代谢提供能量，没有膜蛋白的参与。
单纯扩散时不消耗细胞本身的能量，扩散时所需能量来自高浓度物质本身所包含的势能。
（二）易化扩散非脂溶性物质或脂溶性小的物质，在特殊膜蛋白质的帮助下，由高浓度一侧通过细胞膜向低浓度一侧扩散的现象，称为易化扩散。
例如，细胞外液中的高浓度葡萄糖进入细胞，Ca 2+、K +、Na +等离子在某些情况下迅速地顺着浓度差进出细胞膜，都是通过这种方式扩散的。
易化扩散所借助的膜蛋白主要有载体和通道两种，因而易化扩散可分为以下两种形式。
1.经载体的易化扩散经载体的易化扩散是某些分子量较大但脂溶性很低的物质跨膜被动转运的方式之一。
例如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等物质，一般不能以单纯扩散方式通过细胞膜，而是由称为载体的膜蛋白介导穿越细胞膜。
这种跨膜转运的具体过程为细胞膜上的某些具有载体功能的蛋白质与某些物质结合，发生结构变异，将该物质由高浓度一侧运向低浓度一侧，再与该物质分离。
载体蛋白质在运输中并不消耗能量。
载体转运模式示意图以载体为中介的易化扩散具有以下特点：①高度的结构特异性，即某种载体只选择性地与某种物质作特异性结合，对于分子组成或结构不同的其他物质，没有结合能力或不易结合，对于结构相同而旋光特性不同的物质也不易结合。
简述细胞膜的物质转运功能
简述细胞膜的物质转运功能细胞膜是细胞内部和外部环境之间的重要界面，它不仅能够保护细胞内部结构，还具有物质转运的重要功能。
细胞膜通过多种机制，实现了物质在细胞内外之间的选择性转运，维持了细胞内环境的稳定。
细胞膜的物质转运功能主要由膜蛋白质介导。
膜蛋白质分为两类：通道蛋白和转运蛋白。
通道蛋白形成了细胞膜上的孔道，可以让特定溶质通过。
转运蛋白则通过与溶质结合，改变蛋白的构象，实现溶质的跨膜转运。
通道蛋白是一类高度选择性的蛋白质，能够实现溶质的高效传递。
通道蛋白可以根据溶质的大小、电荷和亲疏水性等特性选择性地让特定的物质通过。
例如，细胞膜上的离子通道能够实现离子的快速转运，维持细胞内外的电位差和离子浓度差。
此外，还有一些特定的通道蛋白，如水通道蛋白（水脑、水通道蛋白）能够实现水分子的快速转运，调节细胞的渗透压和细胞内外水分平衡。
另一类膜蛋白质是转运蛋白，它们能够与溶质结合，通过改变蛋白的构象来实现溶质的跨膜转运。
转运蛋白根据溶质的特性分为被动转运蛋白和主动转运蛋白。
被动转运蛋白利用溶质浓度梯度驱动溶质跨膜转运，而主动转运蛋白则需要耗费能量，反对溶质的浓度梯度，实现溶质的跨膜转运。
例如，葡萄糖转运蛋白是一种主动转运蛋白，它能够将葡萄糖从低浓度区域转运到高浓度区域，维持细胞内外葡萄糖浓度的平衡。
除了通道蛋白和转运蛋白，细胞膜还有其他一些物质转运机制。
一种重要的机制是胆固醇介导的转运。
胆固醇是细胞膜中重要的组成成分，它能够调节细胞膜的流动性和通透性。
胆固醇通过与膜磷脂相互作用，调节膜的流动性，影响溶质的跨膜转运。
细胞膜还可以通过囊泡运输和外泌体分泌等机制实现物质的转运。
囊泡运输是细胞内外物质交换的重要方式，通过囊泡的融合和分裂，实现物质的转运。
外泌体分泌是细胞释放物质的一种方式，细胞通过膜包裹物质，形成外泌体，然后释放到细胞外。
细胞膜的物质转运功能在维持细胞内外环境平衡、维持细胞正常功能发挥等方面起着重要作用。
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①扩散速率高 ②无饱和性 ③不依靠特殊膜蛋白质的“帮助” ④不需另外消耗能量 ⑤扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈 正
相关，用扩散通量（mol or mol数/min.cm2)表 示。 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。
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膜
膜外
内
Na+ ↑
K+ ↑
道转运与钠-钾泵转运模式图
钠泵主动转运模式图
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四、入胞和出胞作用
大分子或物质团块出入细胞膜的方式。 1、入胞作用：包括吞噬和吞饮（胞吞作 用和胞饮作用），为进入细胞内的过程。 如激素、神经递质、消化液的分泌。 2、出胞作用（胞吐作用）：为排出细胞 的过程。 分 为：吞噬=转运物质为固体;
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3、主动转运
主动转运是指细胞膜通过其本身的某种 耗能过程而将某种物质由低浓度的一侧 移向高浓度一侧的过程，即逆浓度梯度 的转运。对膜内、外几种离子成分进行 测定，在正离子方面，细胞内K＋浓度比 细胞外的高得多（约为30倍），相反， 细胞内Na＋浓度则比细胞外的低得多 （约为12倍）；在负离子方面，细胞外
复合物向膜表面的“有被小窝”移动 “有被小窝”处的膜凹陷
凹陷膜与细胞膜断离=吞食泡 吞食泡与胞内体的膜性结构相融合
1、单纯扩散
是最简单的物质转运方式。是指脂溶 性物质由膜的高浓度一侧向低浓度侧 扩散的现象。
由于膜的基质是类脂双分子层，因此只有为 数有限的一些脂溶性物质，例如O2和CO2 等才能以上述单纯的扩散方式通过膜。
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单纯扩散（simple diffusion）
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C1-浓度比细胞内的为高。
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细胞膜存在某种形成和维持两 侧离子浓度差的机制，这种机 制依赖于细胞正常代谢提供的 能量。有人形象化地把这一机 制比喻为“泵”。能逆着浓度 梯度将细胞内的Na＋移出膜外， 同时将细胞外的K＋移入膜内的 机制，称为“钠-钾泵” （钠钾依赖式ATP酶泵），简称 “钠泵”。
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细胞的基本功能
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第一节细胞膜的基本结构和功能
细胞的基本结构：细胞膜、细 胞质、细胞核
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一、细胞膜
有选择透过性，又称原生质膜、生物膜，是细胞内 液和细胞外液的屏障，又称细胞界膜，能保持细胞 的完整性和细胞内环境的相对稳定性。 细胞的吸收、分泌、物质转运及其他生理功能都与 细胞膜的活动有关。 电镜下，细胞膜可分为外、中、内三层，外、内为 电子密度大的致密带，中层为密度小的疏松带，这 三层结构的膜不仅存在于细胞表面，也构成细胞内 各种膜性结构，如内质网膜、线粒体膜、高尔基复 合体膜、核膜等。 这三层结构统称为生物膜，又称单位膜。
2）饱和现象。在一定的浓度梯度范围内， 扩散通量与浓度梯度成正比。但当浓度梯度增高到 一定限度时，扩散通量不再随之增大。
3）竞争性抑制。如果某一通道蛋白质对结 构相似的A、B两种物质都有转运能力，则当A物质 的转运被加强时， B物质的转运就会相应地削弱， 反之亦然，这一现象也可以用结合位点的数目有限 来解释。 因此，易化扩散不是单纯的物理现象，而是非常类 似于酶促反应。但是易化扩散也象单纯扩散一样， 只能顺着浓度梯度进行，是属于被动转运机制。
吞饮=转运物质为液体。
出胞
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粗面内质网合成蛋白性分泌物 高尔基复合体
膜性结构包被=分泌囊泡 囊泡向质膜内侧移动
囊泡膜与质膜的某点接触并融合 融合处出现裂口 分泌物排出
囊泡的膜成为细胞膜的组成部分
Hale Waihona Puke 入胞资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
细胞膜上的受体对物质的“辨认” 发生特异性结合=复合物
2、易化扩散（被动转运）
非脂溶性物质或脂溶性小的物质， 在特殊蛋白质的帮助下，由高浓度 一侧通过细胞膜向低浓度一侧扩散 的现象。
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经通道的易化扩散
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易化扩散特点：
1）特异性。通道蛋白质具有高度的结构特 异性而与被转运的物质之间具有对应关系。
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膜结构—液态镶嵌模型
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细胞膜的特性： 1、流动性 2、不对称性
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（一）细胞膜的物质转运功能
1、单纯扩散 2、易化扩散 3、主动转运
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