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
细胞膜的结构和物质转运功能
细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜是所有生物细胞的外壳，它不仅保护了细胞的内部结构，还负责细胞内外物质的交换和信号传递。
细胞膜的结构和物质转运功能是细胞生命活动的基础。
本文将从细胞膜的结构、物质转运功能以及相关的研究进展等方面进行阐述。
一、细胞膜的结构细胞膜是由磷脂双层组成的，磷脂分子具有亲水性和疏水性两种特性。
在水中，磷脂分子排列成双层结构，亲水性的磷酸基团朝向水相，疏水性的脂肪酸基团则朝向内部。
这种排列方式形成了细胞膜的基本结构。
除了磷脂分子外，细胞膜还包含许多蛋白质、糖类和胆固醇等分子。
这些分子在细胞膜上分布不均，形成了许多不同的结构和功能区域。
例如，膜蛋白可以形成通道、受体、酶等结构，参与物质转运和信号传递等生命活动。
二、物质转运功能细胞膜的物质转运功能是指细胞膜通过不同的机制，将物质从细胞内或外转移到另一侧。
这种物质转运可以是主动的或被动的，也可以是选择性的或非选择性的。
下面将分别介绍几种常见的物质转运机制。
1.扩散扩散是一种被动的物质转运机制，它是指物质从高浓度区域自发地向低浓度区域移动。
这种移动是无序的，不需要能量输入。
扩散可以通过细胞膜上的通道蛋白、载体蛋白或直接通过磷脂双层进行。
扩散的速度取决于物质的浓度梯度、分子大小和极性等因素。
2.运输蛋白运输蛋白是一种主动的物质转运机制，它需要能量输入。
运输蛋白可以将物质从低浓度区域转移到高浓度区域，这种转移是有选择性的。
运输蛋白分为两种类型：一种是离子泵，它可以将离子从低浓度区域转移到高浓度区域，例如Na+/K+泵；另一种是转运体，它可以将小分子物质从低浓度区域转移到高浓度区域，例如葡萄糖转运体。
3.胆固醇转运胆固醇是一种重要的细胞膜成分，它可以调节细胞膜的流动性和稳定性。
胆固醇的转运是通过载体蛋白实现的。
载体蛋白将胆固醇从细胞内转移到细胞膜上，然后再将其转移到细胞外。
这种转运可以被药物所干扰，例如他汀类药物可以抑制胆固醇合成，从而降低胆固醇的含量。
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。
举例说明细胞膜的各种物质转运形式
举例说明细胞膜的各种物质转运形式细胞膜是细胞的重要组成部分，它不仅是细胞的保护屏障，还能够调节细胞内外物质的转运。
细胞膜上的不同转运蛋白质能够实现不同的物质转运形式，本文将以举例的方式详细介绍细胞膜的各种物质转运形式。
一、被动扩散被动扩散是指物质沿着浓度梯度自由扩散，不需要能量消耗。
细胞膜上的许多小分子（如氧气、二氧化碳、甘油等）和水可以通过被动扩散进出细胞。
例如，氧气可以自由扩散进入细胞，供细胞进行呼吸作用。
二、主动运输主动运输是指物质逆浓度梯度运输，需要能量消耗。
细胞膜上的ATP酶能够将ATP水解成ADP和磷酸，释放出能量，使物质能够逆浓度梯度运输。
主动运输又可分为原位运输和转运蛋白介导的运输。
1. 原位运输原位运输是指细胞膜上的ATP酶作用于膜内或膜外的物质，使其逆浓度梯度运输。
例如，钾离子泵是一种原位运输蛋白，它能够将细胞内的钾离子向膜外运输，同时将膜外的钠离子向细胞内运输，维持细胞内外的离子平衡。
2. 转运蛋白介导的运输转运蛋白是一种能够与特定物质结合并将其跨越细胞膜的蛋白质。
转运蛋白介导的运输可以分为被动转运和主动转运两种形式。
（1）被动转运被动转运是指转运蛋白将物质沿浓度梯度运输，不需要能量消耗。
例如，葡萄糖转运蛋白就是一种被动转运蛋白，它能够将葡萄糖从高浓度区域运输到低浓度区域，满足细胞的能量需求。
（2）主动转运主动转运是指转运蛋白将物质逆浓度梯度运输，需要能量消耗。
例如，钙离子转运蛋白是一种主动转运蛋白，它能够将细胞内的钙离子向膜外运输，维持细胞内外的钙离子浓度差，参与细胞信号传导等生命活动。
三、内吞作用和外泌作用内吞作用和外泌作用是指细胞通过细胞膜将物质从细胞内部运输到细胞外部或从细胞外部运输到细胞内部的过程。
1. 内吞作用内吞作用是指细胞通过细胞膜将物质从细胞外部运输到细胞内部的过程。
细胞膜上的一些蛋白质（如受体蛋白）能够将特定的分子结合在细胞膜上，形成一个与细胞外部环境隔离的小囊泡，然后将其运输到细胞内部进行消化或处理。
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物质转运是指细胞膜通过一系列的机制和通道，将物质从细胞内转运到细胞外或从细胞外转运到细胞内。
细胞膜物质转运是维持细胞内外环境稳定和实现细胞功能的重要过程。
主要方式包括主动转运、被动转运和细胞外液体转运。
1. 主动转运主动转运是指细胞膜通过ATP能量消耗来推动物质的转运。
其中最重要的方式是离子泵的运输。
离子泵是一种跨膜蛋白，它通过利用ATP的能量将离子从低浓度区域转运到高浓度区域。
常见的离子泵包括钠钾泵、钙离子泵等。
这些离子泵的特点是选择性转运，即只将特定的离子转运过细胞膜，并且能够迅速调节细胞内外离子的平衡，维持细胞内稳定的离子浓度。
2. 被动转运被动转运是指物质在细胞膜中通过浓度梯度的驱动力自发地进行转运。
被动转运不需要消耗能量，物质会沿着浓度梯度自动从高浓度区域向低浓度区域转运。
被动转运可以分为简单扩散和载体介导的转运两种方式。
简单扩散是指小分子物质通过细胞膜的脂双层自由扩散，不需要任何载体蛋白的参与。
简单扩散的特点是依赖物质的浓度梯度，浓度梯度越大，扩散速率越快。
同时，物质的分子大小和脂溶性也会影响扩散速率。
载体介导的转运是指通过载体蛋白帮助物质跨越细胞膜进行转运。
载体蛋白包括通道蛋白和转运蛋白。
通道蛋白形成细胞膜通道，物质可以通过通道蛋白的开放和关闭来实现转运。
转运蛋白则是一种可以结合物质并将其转运到另一侧的蛋白。
载体介导的转运具有特异性，即只能转运特定的物质。
同时，载体蛋白还可以通过调节活性和数量来调节物质的转运速率。
3. 细胞外液体转运细胞外液体转运是指细胞通过分泌和摄取的方式将物质转运到细胞外或从细胞外摄取物质进入细胞。
细胞外液体转运是维持细胞内外环境平衡的重要机制。
分泌是指细胞通过囊泡内的物质向细胞外释放，常见的分泌方式包括胞吐和外泌。
胞吐是指细胞通过膜囊泡将物质从细胞内转运到细胞外。
外泌是指细胞通过分泌囊泡将物质从细胞内转运到细胞外。
摄取是指细胞通过内吞的方式将细胞外的物质摄取到细胞内，常见的内吞方式包括胞吞和胞噬。
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。
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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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，
Km可反映载体蛋白对底物分子的亲和力和转运效率
Km愈小，表示亲和力和转运效率愈高
竞争性抑制
如果有两种结构相似的物质都能与同一载体结合， 两底物之间将发生竞争性抑制，浓度较低或Km较 大的溶质更容易受到抑制
03 主动转运
主动转运
E
溶质跨细胞器膜转运的动力则来自质子泵活动建立的H+ 的跨膜浓度梯度
D
经载体的易化扩散
体内许多重要的物质如葡萄糖、 氨基酸等的跨膜转运就是经载体 易化扩散实现的
葡萄糖转运体 (GLUT)可将 胞外的葡萄糖 顺浓度梯度转 运到细胞内
GLUT1表达于多种组织细胞， 是一种基本的葡萄糖转运体
https://
GLUT4
分布于横纹肌和脂肪等组织，基础状态下主要储存于 胞质内的囊泡膜中，可受肌肉活动的影响和胰岛素的调 节
溶质跨质膜转运的动力来自钠泵活动建立的Na+的跨膜
浓度梯度
C 继发性主动转运
B 原发性主动转运
A
是指某些物质在膜蛋白的帮助下，由细胞代谢提供能量
而进行的逆浓度梯度和(或)电位梯度跨膜转运
主动转运
原发性主动转运
细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆
1
浓度梯度和(或)电位梯度转运的过程称
为原发性主动转运
2
离子泵
离子泵
原发性主动转运的底物通常为带电离子，因此介导这一 过程的膜蛋白或载体被称为离子泵
离子泵
离子泵的化学本质是ATP酶，可将 细胞内的ATP水解为ADP，自身被 磷酸化而发生构象改变，从而完成 离子逆浓度梯度和(或)电位梯度的 跨膜转运
钠钾泵
哺乳动物细胞膜中普遍存 在的离子泵，简称钠泵， 也称钠-钾依赖式ATP酶 [2003N2]
转运速率也愈高
02 易化扩散
易化扩散
概念
分类
易化扩散
概念
是指非脂溶性的小分子物质或带电离子在跨膜蛋白帮助下，顺浓度 梯度和（或）电位梯度进行的跨膜转运
易化扩散
分类
经通道的 易化扩散
经载体的 易化扩散
经通道的易化扩散
各种带电离子在通道蛋白的介导 下，顺浓度梯度和（或）电位梯 度的跨膜转运称为经通道的易化 扩散，由于经通道转运的溶质几 乎都是离子,因而这类通道蛋白也 称离子通道
经通道的易化扩散
离子通道均无分解ATP的能力，它们所介导的跨膜转运 都是被动的
经通道的易化扩散
离子通过时无需与通道蛋白结合，能以极快的速度跨越 细胞膜
Байду номын сангаас
基本特征
离子选择性 是指每种通道只对一种或几种离子有较高的通透能力，而对其他离子的通透性很小或不通透
通道对离子的选择性取决于孔道的口径和带电状况等因素 还与通道的形状、内壁的化学结构以及离子键分布等有关 门控特性
01
钠泵每次活动都会使3个 Na+移出胞外、2个K+ 移人胞内，产生一个正电 荷的净外移，故钠泵具有 生电效应
钠泵抑制剂
03
05
02
每分解一分子ATP可逆浓度差将3个Na+ 移出胞外，将2个K+移入胞内，其直接效 应是维持细胞膜两侧Na+和K+的浓度差 [1996N1/1998N3/2004N2/2016N2]， 使细胞外液中的Na+浓度达到胞质内的10 倍左右，细胞内的K+浓度达到细胞外液的 30倍左右
04
钠泵活动的生理意义
钠钾泵
钠泵活动的生理意义
钠泵活动造成的细胞内高K+为胞质内许多代谢反应所必需 维持胞内渗透压和细胞容积 钠泵活动形成的Na+和K+跨膜浓度梯度是细胞发生电活动（如静息电位和动作电位）
细胞膜的物质转运功能
演讲人
2020-12-05
目录
1 单纯扩散 2 易化扩散 3 主动转运 4 膜泡运输
01 单纯扩散
单纯扩散
A
概念
B
特点
C
转运 物质
D
转运 速率
单纯扩散
概念
是指物质从质膜的高浓度一侧通过 脂质分子间隙向低浓度一侧进行的 跨膜扩散
单纯扩散
特点
无需代谢耗能，属于被动转运，也称简 单扩散
单纯扩散
转运物质
01
03 05
脂溶性（非极性）物质或少数不带电荷的极性小分子物质，如 O2、CO2、N2、类固醇激素、乙醇、尿素、甘油、水等 （NH3）[2004N112/2006N2/2012N1]
02
水是不带电荷的极性小分子，也能以单纯扩散的方式
通过细胞膜，但脂质双层对水的通透性很低，故扩散 2
电压门控通道 化学门控通道 机械门控通道
经通道的易化扩散
非门控通道
神经纤维上的钾漏通道
经通道的易化扩散
水通道
红细胞、肾小管、集合管、呼吸道以及肺泡等 处的上皮细胞对水的转运能力很强
这些细胞的质膜中，存在着大量对水高度通透 且总是开放的水通道
组成水通道的蛋白称为水通道蛋白(AQP)，其 水相孔道只能允许水分子以单列形式扩散通过