细胞膜的物质转运功能
细胞膜的物质转运功能
细胞膜的物质转运功能
2） 通道介导的易化扩散
通道的开放和关闭是通过“闸门”来调控的，故通道又称门 控通道。根据引起闸门开闭动因的不同，通道可分为三类。
细胞膜的物质转运功能
2） 通道介导的易化扩散
电压门控通道
进行体力劳动
化学门控通道
机械门控通道
细胞膜的物质转运功能
3.主动转运
细胞通过本身的耗能过程，在膜蛋白的帮助下将物质分子或 逆离子逆浓度梯度或电位梯度进行的转运过程称为主动转运 （active transport）。
整合蛋白 整合蛋白则贯穿脂质双分子 层。整合蛋白占膜蛋白总量 的70%～80%。
细胞膜的物质转运功能
1.细胞膜化学成分
糖类：细胞膜含糖很少，绝大多数裸露在膜的外侧面。有些 糖链与脂质相连构成糖脂，有些糖链与蛋白质相连构成糖蛋白。
三层：内、外两侧各有一层厚度约 为2.5 nm的电子致密带，中间夹有一条厚约为2.5 nm的透明带， 细胞膜总厚度为7.5 nm左右。
细胞膜的物质转运功能
二、 细胞膜的物质转运方式
物质在细胞膜载体蛋白质（简称载体）的帮 助下顺浓度梯度的跨膜转运称为载体介导的易化 扩散（facilitated diffusion via carrier）。
细胞膜的物质转运功能
二、 细胞膜的物质转运方式
载体是一类贯穿脂质双分子层的整合蛋白， 载体在物质浓度高的一侧与被转运物质结合，通 过载体的构象改变将物质转运至浓度低的一侧， 然后载体与被转运物质分离，恢复原来的构型 （见图1-3）。
细胞膜的物质转运功能
二、 细胞膜的物质转运方式
（a）载体在膜的一侧与转运物质结合 （b）载体在膜的另一侧与转运物质分离
图 1-3 载体介导的易化扩散示意图
细胞膜的物质转运功能
• 钠-钾泵的生理意义主要表现在以下几点
– ①钠泵活动维持细胞内外钠、钾离子分布不均衡的状态，是可兴奋 细胞产生生物电的基础；
– ②为继发性主动转运提供能量来源； – ③维持细胞内晶体渗透压的稳定，防止细胞水肿； – ④为细胞代谢提供必需条件。钠泵活动造成的膜内高K+是许多代谢
• 通道的开放和关闭是由“闸门”来调控的，所以通道又可称为门控通 道。根据引起通道开与关的条件的不同，可将门控通道分类，如由膜 电位变化引起闸门开与闭的称为电压门控性通道；由化学物质引起闸 门开与闭的称为化学门控性通道。
经通道易化扩散
三、主动转运
• 主动转运（active transport）是指某些物质的分子或离子， 在细胞膜特殊蛋白质的帮助下，从细胞膜浓度低的一侧向 浓度高的一侧转运的过程。
分子物质从细胞膜浓度高的一侧向浓度低 的一侧转运的过程。
如:氧气 氮气
二氧化碳 水 乙醇 尿素 甘油
二、易化扩散
• 易化扩散（facilitated diffusion）是指脂溶性很 小的物质或者水溶性的物质，在细胞膜特殊蛋 白质的帮助下，从细胞膜浓度高的一侧向浓度 低的一侧转运的过程。
• 根据参与转运的蛋白质的构型不同，可将易化 扩散分为载体转运（carrier transport）和通道 转运（channel transport）两种。
（一）载体转运
• 载体转运又称载体介导的易化扩散，是指借助于细胞膜上的载 体蛋白质将物质从细胞膜高浓度的一侧向低浓度的一侧进行转 运的过程。
• 某些小分子的有机物质，如葡萄糖、氨基酸等在细胞膜两侧存 在着浓度差，但无法通过细胞膜的脂质双分子层，而载体蛋白 质分子上存在着一个或多个能与该物质结合的位点，物质在高 浓度的一侧与载体蛋白质结合，此时，载体蛋白质的构型发生 改变，立刻将物质运载到低浓度的一侧，随后两者分离，载体 蛋白质回复原来的结构，并可反复使用。
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，
细胞膜的跨膜物质转运功能
(2)分类:
①经通道的易化扩散 ②经载体的易化扩散
（1）经通道的易化扩散
转运的物质:各种带电离子
（2）经载体的易化扩散
转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质
பைடு நூலகம்
(3)载体运输的特点:
①特异性 ②饱和性 ③竟争性抑制
度一侧移动的过程。
(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。
注：∵膜对H2O具高度通透性，∴H2O除单纯 扩散外，还可通过水通道跨膜转运。
2.易化扩散(facilitated diffusion)
(1)概念: 物质在膜蛋白质的“帮助”下,由高浓
细胞膜的跨膜物质转运功能
（一）被动转运(passive transport) 概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。 特点： ①不耗能（依赖电-化学梯度的势能） ②顺电-化学梯度进行 分类： ①单纯扩散 ②易化扩散
1.单纯扩散(simple diffusion)
(1)概念:物质直接透过细胞膜由高浓度一侧向低浓
细胞膜的跨膜物质转运功能
细胞膜的跨膜物质转运功能细胞膜的跨膜物质转运是细胞内少量物质从比较高的浓度向比较低的浓度运输的过程，它的作用有助于维持细胞的正常功能和物质平衡。
细胞膜的材料运输可以通过主动和被动机制实现，而这些机制需要很多跨膜蛋白参与。
跨膜物质转运中，细胞膜蛋白被分为七种类型：转运蛋白（Transporters），受体蛋白（Receptor Proteins），膜外蛋白（Outer Membrane Proteins），膜内蛋白（Inner Membrane Proteins），电子载体蛋白（Electron Carrier Proteins），激动蛋白（Excitatory Proteins）和抑制蛋白（Inhibitory Proteins）。
转运蛋白是跨膜物质转运最典型的蛋白，它们能够从一个浓度更低的位置将物质转移到一个浓度更高的位置。
它们具有多功能的作用，可根据物质的属性而调整运输速率。
色素蛋白（Chromoproteins）和自由基转运蛋白（Free Radical Transporters）是转运蛋白的例子。
受体蛋白是另一种通过细胞膜的蛋白，它们的主要作用是增强另一个细胞内介导的运输过程。
这些受体蛋白通过特定的药物分子来识别物质，当受体蛋白与特定的药物分子结合时，激活的信号传递路径可以帮助细胞从环境中收集营养。
示范受体蛋白必须把物质从低浓度的环境运输到高浓度的环境。
膜外蛋白一般分布在细胞膜外侧，它们通过与特定的细胞淋巴系统或器官特异性分子结合来完成细胞外界环境信息的传递。
这类蛋白可增加或减少毛细血管的内分泌激素，根据能量变化的信号分布，保持细胞间的能量平衡，例如促酶电泳和粘附蛋白。
膜内蛋白一般分布在细胞膜内侧，它们是细胞隔离到细胞外界百分之百自治乐园的重要保护组织。
它们由非结构性抗体超家族和抗原降解酶超家族组成，它们可以响应细胞内可靠和有害的外界物质，抵御细菌和病毒的侵袭，参与细胞信号应答和免疫，以及对人体健康起重要作用。
细胞膜的物质转运功能教案
细胞膜的物质转运功能教案一、教学目标1.了解细胞膜的结构和组成；2.掌握细胞膜的物质转运方式；3.理解细胞膜的物质转运对细胞生理功能的重要性。
二、教学内容1.细胞膜的结构和组成（10分钟）-细胞膜是由磷脂双分子层和蛋白质组成的半透膜结构；-磷脂分子具有亲水性头部和疏水性尾部，形成双层结构；-蛋白质可以嵌入磷脂双分子层中或位于细胞膜的表面。
2.细胞膜的物质转运方式（30分钟）（1）主动转运-需要消耗能量（ATP）；-可以将物质从低浓度区域转运至高浓度区域；-分为原位转运和辅助转运。
（2）被动转运-不需要消耗能量；-物质沿浓度梯度进行转运；-分为扩散和渗透压平衡。
（3）背袋转运-需要结合特殊的蛋白质携带物质跨过细胞膜；-可以将物质从高浓度区域转运至低浓度区域。
3.细胞膜的物质转运对细胞生理功能的重要性（20分钟）-细胞膜的物质转运可以实现物质的进出调控，维持细胞内外环境的稳定；-物质转运是细胞吸收养分、排除废物和维持体内平衡的关键过程；-不同类型的细胞膜转运蛋白质在细胞内外环境变化时发挥不同的调节作用。
三、教学方法1.讲授结合示意图，生动形象地介绍细胞膜的结构和组成；2.利用案例分析，引导学生思考不同物质转运方式的特点；3.进行小组讨论，让学生展示对细胞膜物质转运的理解和应用。
四、教学评估1.设计选择题，测试学生对细胞膜的结构和组成的理解程度；2.要求学生分析一个具体物质在细胞膜上的转运方式，并解释其原因；3.观察小组讨论过程，评估学生对细胞膜物质转运的理解和表达能力。
五、教学延伸1.鼓励学生进行细胞膜转运相关研究课题的探究，培养科学研究意识；2.组织实验或模拟实验，让学生亲自操作观察不同物质在细胞膜上的转运过程；3.指导学生阅读相关科研论文和新闻报道，了解细胞膜转运在医药领域的应用前景。
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
细胞膜的物质转运功能
细胞膜的物质转运功能
细胞膜的主要物质转运功能包括：
1. 跨膜转运：细胞膜能够将溶质跨越膜，从细胞外转移到细胞内或者从细胞内转移到细胞外。
膜内蛋白质通道和载体蛋白质等结构体可协助物质通过细胞膜。
2. 承运转运：细胞膜上存在一种被称为转运体的蛋白质，它们可将各种分子或离子穿过细胞膜，如糖类、氨基酸、脂质等。
3. 分泌：细胞膜可分泌各种物质，包括酶、激素等。
4. 吞噬：吞噬是指细胞膜通过改变形态将外界固体物质包裹在细胞内部形成胞吞体，其中溶酶体可降解吞噬的物质。
5. 呼吸作用：细胞膜可对货物进行透过和离子选择，支持细胞呼吸过程中的生成和消耗能量。
6. 细胞识别：细胞膜上的一些分子（如糖蛋白、黏蛋白等）具有特殊的受体，通过与外界分子进行特异性结合，完成细胞识别功能。
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细胞膜的物质转运功能
液态镶嵌模型学说——细胞膜是以液态的脂质双分子层为骨架，其中镶嵌着不同生理功能的蛋白质。
（一）单纯扩散
1.概念：脂溶性小分子物质由膜的高浓度区一侧向膜的低浓度区一侧顺浓度差跨膜的转运过程称为单纯扩散。
2.转运物质：除O2、CO2、NO、CO、N2等气体外，还有乙醇、类固醇类激素、尿素等。
3.特点：
① 顺浓度差，不耗能；
② 无需膜蛋白帮助；
③ 最终使转运物质在膜两侧的浓度差消失。
（二）易化扩散
是指某些非脂溶性或脂溶性较小的物质，在特殊蛋白的“帮助”下，由膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程。
1.以载体蛋白为中介的易化扩散（载体转运）：
◇例子“血液中的葡萄糖和氨基酸进入到组织细胞”
◇特点：
（1）载体蛋白质有结构特异性；
（2）饱和现象；
（3）竞争性抑制。
2.以通道为中介的易化扩散（通道转运）：
主要通过通道蛋白质（简称通道）进行的。
其转运物质的能力受膜两侧电位差或化学物质的影响，故有电压门控通道和化学门控通道之分。
◇特点：
（1）相对特异性；
（2）无饱和性；
（3）有开放、失活、关闭不同状态。
◇例子：Na+、K+、Ca2+等都经通道转运。
Na+通道阻断剂——河豚毒素
K+通道阻断剂——四乙铵
Ca2+通道阻断剂——异搏定
（三）主动转运
1.概念：主动转运是指细胞通过本身的耗能过程，在细胞膜上特殊蛋白质（泵）的协助下，将某些物质分子或离子经细胞膜逆浓度梯度或电位梯度转运的过程。
2.钠泵的本质
钠泵就是镶嵌于细胞膜上的Na+-K+依赖式ATP酶。
Na+-K+依赖式ATP酶（钠泵）
3.钠泵活动的生理意义：
①由钠泵形成的细胞内高K+和细胞外的高Na+，这是许多代谢反应进行的必需条件。
②维持细胞正常的渗透压与形态。
③它能建立起一种势能贮备。
这种势能贮备是
可兴奋组织具有兴奋性的基础，这也是营养物质（如葡萄糖、氨基酸）逆浓度差跨膜转运的能量来源。
4.主动转运的类型
（1）原发性主动转运是指直接利用ATP的能量逆浓度差和电位差对离子进行的主动转运过程。
原发性主动转运是人体最重要的物质转运形式，除钠泵外，还有Ca2+泵（或称Ca2+-Mg2+依赖式ATP酶）、H+泵（质子泵）和碘泵等。
（2）继发性主动转运指物质逆浓度梯度转运所需的能量不是直接来自ATP，而是来自膜外的高势能。
如：“小肠吸收葡萄糖和氨基酸、肾小管重吸收葡萄糖和氨基酸为继发性主动转运”
※转运的都是小分子物质
（四）出胞和入胞
大分子物质或物质团块进出细胞的过程。
※递质释放；激素分泌※吞噬作用；
【例题】葡萄糖跨膜转运的方式有（）
A.单纯扩散
B.易化扩散
C.易化扩散和主动转运
D.主动转运
E.入胞作用
[答疑编号700412010101]
【答案】C
【例题】神经末梢释放递质乙酰胆碱是通过什么方式（）
A.主动转运
B.单纯扩散
C.易化作用
D.入胞作用
E.出胞作用
[答疑编号700412010102]
【答案】E
【例题】Na+通过离子通道的跨膜转运过程属于（）
A.单纯扩散
B.易化扩散
C.主动转运
D.出胞作用
E.入胞作用
[答疑编号700412010103]
【答案】B
【例题】细胞膜内外Na+和K+浓度差的形成与维持是由于（）
A.膜在安静时对K+的通透性大
B.膜在兴奋时对Na+的通透性增加
C.Na+、K+易化扩散的结果
D.细胞膜上Na+-K+泵的作用
E.细胞膜上ATP的作用
[答疑编号700412010104]【答案】D。