三种跨膜运输方式的比较.
物质跨膜运输的方式及其实例
物质跨膜运输的方式及其实例物质跨膜运输的方式及其实例》摘要：本文介绍了物质跨膜运输的各种方式，对载体的种类和作用，供能的方式以及水分子、葡萄糖分子、Na+ 和K+等物质的跨膜方式进行了分析和介绍，并对高中教学中的相关疑问进行了说明。
关键词：载体；协助扩散；主动动输；能量；浓度梯度物质跨膜运输的方式有三种，被动运输、主动运输、胞吞和胞吐。
被动运输只依据于膜两侧的浓度梯度（如果是带电离子，除浓度梯度外，还存在跨膜电压，这两种净驱动力称为该溶质的电化学梯度）来进行，根据运输过程中是否需要载体，被动运输又可分为自由扩散（不需要载体）和协助扩散（需要载体）；主动运输是指在逆浓度梯度（或电化学梯度）下的运输，它既需要载体又需要能量，是物质跨膜运输的主要方式，细胞所需要的一些重要的物质都涉及到这种运输方式；大分子如蛋白质等物质进行跨膜运输的方式是通过胞吞和胞吐的作用，这种运输方式也需要消耗能量。
一、载体的种类及其作用协助扩散、主动运输与载体的种类和作用有很大的关系。
载体的化学本质主要是蛋白质，根据运输的方式和载体的空间结构，可将载体分为三种基本类型：通道蛋白、载体蛋白和离子载体（见图1 ）。
图1 三种不同载体的结构模式图1.通道蛋白。
通道蛋白是一类跨膜蛋白，它能形成亲水的通道，与所转运物质的结合较弱，当通道打开时能允许水、小的水溶性分子和特定的离子被动地通过。
通道蛋白分为水通道和离子通道两种类型。
（1）水通道（又称水孔）水分子通过水通道从水势较高的地方向水势较低的地方进行扩散。
水通道是连续开放的通道。
实验证明，水分子既可通过自由扩散的方式从质膜磷脂的双分子层中间的间隙通过，也可从水通道中以协助扩散的方式通过。
（2）离子通道。
因为该通道仅能通过无机离子而得名。
离子通道上有控制物质进出的门，因此又被称为门通道。
离子通道的特点是：? 对离子具有选择性和专一性。
即一种通道只允许一种类型的离子通过。
这与离子通道的大小、形状和内部的带电荷氨基酸的分布有关。
物质跨膜运输的方式曲线图及跨膜用
需要 消耗
离子
一些小分子有机物，葡萄糖、 氨基酸通过小肠上皮细胞膜；
物质跨 膜运输 的方式
被动运输
自由扩散
协助扩散
主动运输
图例
胞吞 胞吐
mRNA出 细胞核
• 二、物质跨膜运输的相关曲线
如何分析一个坐标图？
一看坐标轴：横轴、纵轴各表示什么？
分析两者之间的联系，如x随着y的变化而变化， 说明x是影响y变化的因素
物 质 运 输 速 率 浓度差 物 质 运 输 速 率 浓度差
由于自由扩 散和协助扩 散不需要能 量，因此其 细胞呼吸速率 运输速率与 氧气浓度和 呼吸作用强
度无关 结论：在一定范 围内，主动运输 细胞呼吸速率 的物质的运输速 度与细胞呼吸速 率成_正_比_关系， 超过一定的范围 后，物质运输速 度受载__体_数__量 限 细胞呼吸速率 制。
同的物质在一个动物细胞内外的相对浓度
差异。通过图乙所示的过程来维持细胞内
外浓度差异的物质是( B )
A．Na＋ C．胰岛素
B．K＋ D．CO2
1. [2012·浙江五校一次联考]下图表示某生物膜结构，图中A、 B、C、D、E、F表示某些物质，a、b、c、d表示物质跨膜
运输方式。下列说法正确的是( B )
二看曲线的变化趋势： 上升？下降？保持稳定？先上升后下降？先下降
后上升？ 三看关键点： 如曲线的起点、终点、转折点等。
解释：曲线各种变化趋势产生的原因及关键点代表的意义
物
质
运
自由 输
扩散
速 率
物
质
协助
运 输
扩散
速 率
物
质
主动
运 输
运输
速 率
物质的跨膜运输(小分子)
载体蛋白既介导被动运输，也介导主动运输； 通道蛋白只介导被动运输。
㈠离子通道高效转运各种离子
1、离子通道的特点 ✓ 介导被动运输 ✓ 对离子有高度选择性 ✓ 转运速率高 ✓ 多数不持续开放，受“闸门”控制
2、门控通道的类型 ✓ 配体门控通道 ✓ 电压门控通道 ✓ 应力激活通道
⑴配体门控通道 ✓ 离子通道型受体 ✓ 与胞外特定配体结合后构象改变，“闸门”打开，
进行物质转运，既介导被动运输又介导主动运输。 ✓ 通道蛋白：在膜上形成亲水孔道，贯穿脂双层，
介导特定离子转运，仅介导被动运输。
载体蛋白(carrier protein)：是一类运输蛋白，跨膜 蛋白，能与特异性分子或离子等结合通过改变自 身构象使溶质穿过膜。
载体蛋白结构上具有①特异性(特异结合位点)，
1、概念：小分子物质通过膜由高浓度侧 向低浓度侧扩散的现象。
浓度梯度
2、特点：
⑴不消耗细胞代谢能（所需能量来源于高浓度本身所具势能）
⑵顺浓度梯度，不需要膜蛋白协助；
⑶运输速度取决于分子的大小和脂溶性。且与溶质浓度差成正 比。（一般说，分子量越小脂溶性越强，通过速率越快。）
3、条件
⑴溶质在膜两侧保持一定的浓度差
允许某种离子快速跨膜转运。如乙酰胆碱受体是 典型的配体门控通道。
四种亚单位构成 的五聚体，形成 梅花状通道
高浓度
配体
低浓度
⑵电压门控通道
✓ 跨膜电位的改变诱发通道蛋白构象变化，使通道 开放，离子顺电化学浓度梯度自由扩散通过细胞 膜。
✓ 通道开放时间只有几毫秒，随即迅速自发关闭。
✓ 电压门控通道主要存在于可兴奋细胞，如神经元、 肌细胞及腺上皮细胞等。
其上结合点，能与某一种物质进行暂时性的、可
物质跨膜运输的方式
3．若对离体的心肌细胞施用某种毒素，可使心肌 ．若对离体的心肌细胞施用某种毒素， 细胞对钾吸收量明显减少， 细胞对钾吸收量明显减少 ， 而对钠吸收则不受影 B 这种毒素的作用是（ 响。这种毒素的作用是（ ）。 A．抑制呼吸酶的活性 ． C．改变了细胞膜的结构 ． 侧的浓度 B．抑制载体的活动 ． D．改变了细胞膜两 ．
NO − K+ 3
运 运 输 速 率 率
Hale Waihona Puke 自由扩散输 速运
输
主动运输
速 率
协助扩散
浓度差
A
B
耗氧量
浓度差
C
上面几幅坐标图中所表示的分别 思考！ 是哪种物质运输方式？为什么？
3 下图为物质出入细胞膜的示意图，请据图回答： 下图为物质出入细胞膜的示意图，请据图回答：
代表______分子 分子； 代表 代表_______； 代表 （1）A代表 蛋白质分子；B代表磷脂分子 D代表 糖蛋白 。 ） 代表 ； 代表_______。 的厚度变小， （3）动物细胞吸水膨胀时 的厚度变小，这说明 具有 ）动物细胞吸水膨胀时B的厚度变小 这说明B具有 流动性 __________。 。 、 、 的五种过程中， （4）在a～e的五种过程中，代表被动转运的是 b、c、d 。 ） ～ 的五种过程中 代表被动转运的是________。 b （5）可能代表氧气转运过程的是图中编号 ）可能代表氧气转运过程的是图中编号__________； ； 葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞的过程是图中编号 a __________。 。
主动运输
运 输 速 率
主动运输的意义：
保证了活细胞能够按照生命活动的需要， 保证了活细胞能够按照生命活动的需要，主动 活细胞能够按照生命活动的需要 选择吸收所需要的营养物质，排出代谢废物 所需要的营养物质 代谢废物和 选择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。 有害的物质 对细胞有害的物质。
物质跨膜运输的方式及特点
物质跨膜运输的方式及特点全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：物质跨膜运输是细胞内外物质交换的重要过程，它通过不同的方式将物质穿过细胞膜，实现细胞内外环境的稳定。
目前已经发现了多种物质跨膜运输的方式，每种方式都有其独特的特点和机制。
一、主动运输主动运输是细胞内外物质运输的一种方式，它需要消耗能量以克服浓度梯度，使物质从低浓度区域向高浓度区域移动。
主动运输主要包括原子运输和小分子运输。
原子运输是通过特定的载体蛋白质，如离子泵和Na+/K+泵，将原子从低浓度区域转移到高浓度区域。
小分子运输是指通过载体蛋白将小分子物质进行跨膜运输，如葡萄糖转运蛋白和脂质转运蛋白。
主动运输的特点是能够实现对细胞内外环境的精确调控，使细胞内外物质浓度始终保持在理想的水平，从而维持细胞的正常功能。
主动运输还能够应对外界环境的变化，以保持细胞内外的稳态。
被动运输是通过跨膜通道进行物质运输的一种方式，不需要额外的能量消耗，只是依靠浓度梯度推动物质从高浓度区域向低浓度区域移动。
被动运输主要包括扩散和渗透。
扩散是通过脂质双层之间的小孔或蛋白通道，使分子从高浓度区域向低浓度区域自发扩散。
渗透是指水分子通过膜上的水通道蛋白，使水分子从高浓度区域向低浓度区域流动。
被动运输的特点是高效、快速，能够满足细胞对物质的迅速需求。
被动运输还能够避免能量浪费，提高细胞对物质的利用效率。
三、运动蛋白介导的跨膜运输除了上述两种跨膜运输方式外，还存在一种通过运动蛋白介导的跨膜运输方式。
运动蛋白如细胞骨架和激动蛋白能够通过与细胞骨架的结合，将物质从一个细胞膜一侧转移到另一侧。
运动蛋白介导的跨膜运输是一种高效的物质运输方式，能够满足细胞对物质的快速需求。
物质跨膜运输是细胞内外物质交换的重要过程，通过不同的方式实现细胞内外环境的稳定。
主动运输能够精确调控细胞内外物质浓度，适应外界环境的变化；被动运输高效、快速，提高细胞对物质的利用效率；运动蛋白介导的跨膜运输通过运动蛋白的介导，实现物质在细胞膜之间的转移，为细胞提供了快速的物质运输通道。
02-04 跨膜运输
物质的跨膜运输一、被动运输被动运输(passive transport)(passive transport)(一)简单扩散simple diffusion (二)协助扩散facilitated diffusion 二、主动运输主动运输(active transport)(active transport) ATP ATP直接供能直接供能 ATP ATP间接提供能量间接提供能量 光能驱动三、胞吞与胞吐作用被动运输和主动运输一、被动运输被动运输(passive transport)(passive transport)概念概念：：是通过简单扩散或易化是通过简单扩散或易化((协助协助))扩散实现物质由高浓度向低浓度方向的跨膜运转高浓度向低浓度方向的跨膜运转。
特点特点：：运输方向运输方向：：由高浓度向低浓度能量消耗能量消耗：：无膜转运蛋白膜转运蛋白：：无类型类型：：简单扩散简单扩散(simple diffusion)(simple diffusion)协助扩散协助扩散(facilitated diffusion) (facilitated diffusion)(一) ) 简单扩散简单扩散(simple diffusion)概念概念：：又称为自由扩散(free diffusion)是疏水小分子或小的不带电荷的极性分子不带电荷的极性分子，，不需要能量也不需要膜蛋白参与的跨膜运输方式参与的跨膜运输方式。
特点特点：：①沿浓度梯度沿浓度梯度((或电化学梯度或电化学梯度))扩散扩散；；②不需要提供能量不需要提供能量；；③没有膜蛋白的协助没有膜蛋白的协助。
速度决定于速度决定于：：分子的大小分子的大小，，浓度差的大小浓度差的大小，，脂溶性大小大小。
脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过非极性分子比极性容易透过，，极性不带电荷小分子，如H 2O 、O 2等可以透过人工脂双层等可以透过人工脂双层，，但速度较慢较慢；；小分子比大分子容易透过小分子比大分子容易透过；；分子量略大一点的葡萄糖萄糖、、蔗糖则很难透过蔗糖则很难透过；；人工膜对带电荷的物质人工膜对带电荷的物质，，如各类离子是高度不通透的。
3.0、物质的跨膜运输
在细胞体系中，许多物质的交换和能量的转换都要通过生物膜来完成，特别是物质交换均要涉及到物质的跨膜运输。
细胞质膜是细胞与细胞外环境之间一种选择性通透屏障，它既能保障细胞对基本营养物质的摄取、代谢产物或废物的排除，又能调节细胞内离子浓度，使细胞维持相对稳定的内环境。
因此，物质的跨膜运输对细胞的生存和生长至关重要，是细胞维持正常生命活动的基础之一。
物质的跨膜运输主要有3种途径：被动运输、主动运输和胞吞与胞吐作用。
一、脂双层的不通透性和膜转运蛋白生活细胞内外的离子浓度是高度不同的，这种离子差异对于细胞的生存和功能至关重要。
细胞内外离子的差别分布主要由两种机制所调控：一是取决于一套特殊的膜转运蛋白，二是取决于质膜本身的脂双层所具有的疏水性特征。
几乎所有小的有机分子和带电荷的无机离子的跨膜转运，都需要膜转运蛋白。
膜转运蛋白可分为两类：一类称载体蛋白，另一类称通道蛋白。
载体蛋白是一种跨膜蛋白，是疏水性的小分子，可溶于脂双层，能与特定的分子或离子进行暂时性的可逆的结合和分离，通过自身构象的改变，将某种物质由膜的一侧运向另一侧，提高所转运离子的通透率。
在膜的外侧时，它能与溶质分子结合，而在膜的内侧可释放此溶质，且不用提供任何能量。
这类载体蛋白具有酶的性质，但与酶不同的是载体蛋白不对转运分子做任何共价修饰。
载体蛋白具有高度的特异性，一种载体蛋白只能运输一类甚至一种分子或离子。
另外，载体蛋白既参与被动的物质运输，也参与主动的物质运输。
通道蛋白是横跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的分子和带电荷的离子顺浓度梯度通过，故又称离子通道。
有些通道蛋白形成的通道通常处于开放状态，如钾泄漏通道，允许钾离子不断外流。
有些通道蛋白平时处于关闭状态，即“门”不是连续开放的，仅在特定刺激下才打开，而且是瞬时开放瞬时关闭，在几毫秒的时间里，一些离子、代谢物或其他溶质顺着浓度梯度自由扩散通过细胞质膜，这类通道蛋白又称为门通道。
目前发现的通道蛋白已有50多种，主要是离子通道。
4-3 物质跨膜运输的方式
氧浓度Biblioteka 【典型例题】（2016课标1卷.2）离子泵是一张具有ATP水解酶活性的载 体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列 叙述正确的是（ C ） A. 离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散 B. 离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度阶梯进行的 C. 动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率 D. 加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率 【方法点拨】 1.离子通过离子泵的跨膜运输属于主动运输，主动运输是 逆着浓度阶梯进行的
二、主动运输
物质从低浓度一侧运输到高浓度的一侧，需要载体蛋白 的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这 种方式叫做主动运输。 意义：能保证活细胞按照生命活动的需要，主动选择吸收所需
的营养物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质。
1.比较三种物质运输方式的异同
项 目 自由扩散 顺浓度梯度 协助扩散 顺浓度梯度 主动运输 逆浓度梯度
细胞内→细胞外
需要能量， 白细胞吞噬细菌、 不需要载体 变形虫吞噬食物 颗粒 蛋白，依赖 生物膜的流 胰腺细胞分泌胰 动性 岛素
胞吞：物质以囊泡包裹的形式通过细胞 膜，从细胞外进入细胞内的过程。（如 果进入的是固态物质，称为吞噬；如果 进入的是液态物质，称为胞饮。）
胞吐：物质以囊泡的形式通过细胞 膜，从细胞内排到细胞外的过程。
2.蛋白质变性剂会导致载体蛋白因变性而失去运输物质的 功能，所以会降低离子泵跨膜运输离子的速率
【课堂小结】
非跨膜运输 （膜泡运输）
三、影响跨膜运输的因素
(1)物质浓度(在一定的浓度范围内)
(2)氧气浓度
例1、如图是胡萝卜在不同含氧的情况下从 硝酸钾溶液中吸收K＋和NO3-的曲线。影响 Ａ、B两点和B、C两点吸收量不同的因素 分别是（ ）