第21章 生物膜与物质运送
生物膜与跨膜运送(分析“细胞”文档)共33张PPT
物膜流动性的关键调节剂
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膜的相变温度Tc
膜的凝胶相和液晶相的相互转变温度 磷脂分子成膜后头基排列整齐，在Tc以下时，
尾链全部取反式构象（全交叉），排列整齐，为凝 胶相；而在Tc以上时，尾链成邻位交叉，形成“结” 而变成流动态，为液晶相。
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（一）、生物膜的组成和性质
胆固醇的作用
使相变温度变宽，保持膜的流动性
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（二）、生物膜的分子结构
生物膜是蛋白质、脂质和糖类组成的超分子体系
1、生物膜分子间作用力 2、生物膜结构的主要特征
（1） 膜组分不对称分布 导致膜两侧电荷数
量、流动性等的差异
不对称性与膜蛋白的定向 分布及功能密切相关
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（2）生物膜具有流动性
流动性是生物膜的主要特征，是生物 膜表现其功能的基础
1、膜脂
1）脂质
脂质 79 43 52 25 24
糖类 3 8 4 0 0
5
构成生物膜的基质
两亲性使之在生物膜中呈双分 子排列，构成脂双层
糖 磷脂
甘油磷脂和鞘磷脂
生
物
脂
膜
糖脂
鞘氨醇的衍生物
动物细胞的质膜都含糖脂
蛋
胆固醇 含量：动物细胞 > 植物细胞
白
质膜 > 内膜系统
对生物膜中脂质的流动性和渗透
性有一定的调节作用，是脊椎动
运输速率取决于物质在膜两侧的浓 度差和物 质的分子大小、所带电荷和在脂双层中的溶解性
该过程无需能量
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2、主动运输
物质逆浓度梯度和逆电荷梯度的运输过程
特点：专一性 ：运送物质 饱和性：运输速率 方向性：恒定的离子浓度差 选择性抑制：乌本苷、根皮苷 需能量：细胞内Na＋ 、K＋的主动运送
高考生物《生物膜与物质运输》课时跟踪练习(含答案)
高考生物《生物膜与物质运输》课时跟踪练习（含答案）1．（2021·河南驻马店市高三模拟）下列有关生物膜的有关叙述，正确的是（）A.生物膜是对生物体内所有膜结构的统称B.荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验结果表明细胞膜具有选择透过性C.细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质，在组成生物膜的脂质中磷脂最丰富D.光学显微镜下可见细胞膜的“亮-暗-亮”的三层结构【答案】C【详解】A.生物膜是对细胞内所有膜结构的统称，A错误；B.荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验结果表明细胞膜具有一定的流动性，B错误； C.细胞膜的主要成分是脂质和蛋白质，在组成生物膜的脂质中磷脂最丰富，磷脂双分子层构成了膜的基本支架，C正确；D.光学显微镜看不到细胞膜的结构，细胞膜的结构需要在电子显微镜下观察，细胞膜的分布不是均匀的，蛋白质分子有的覆盖在磷脂双分子层表面，有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的横跨整个磷脂双分子层，D错误。
故选C。
2．（2021·宁夏高三其他模拟）细胞膜在细胞的生命活动中具有重要作用，下列相关叙述正确的是（）A.细胞膜保障了细胞内部环境的相对稳定B.细胞膜内外侧分布着识别作用的糖蛋白C.磷脂双分子层不能体现细胞膜的选择透过性D.细胞膜上的受体是细胞间信息交流所必需的【答案】A【详解】A.细胞膜将细胞与外部环境分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定，A错误；B.细胞膜内外两侧的蛋白质种类不一样，如：细胞膜外侧具有识别作用的糖蛋白，细胞膜内侧没有，B错误；C.脂溶性小分子物质可以优先通过磷脂双分子层，而其他细胞不需要的小分子不能通过，因而磷脂双分子层与细胞膜的选择透过性有关，C错误；D.有些受体不是位于细胞膜上，而是位于细胞膜内；且植物细胞间信息交流可以通过胞间连丝进行，不需要细胞膜上的受体，D错误。
故选A。
3．（2021·内蒙古高三二模）下列有关细胞膜的叙述错误的是（）A.将兔成熟红细胞的磷脂分子在空气—水界面上铺展成单分子层，单分子层面积是红细胞表面积的2 倍B.糖类分子可以与细胞膜上的蛋白质结合，也可以与细胞膜上的脂质结合C.构成细胞膜的所有磷脂分子和蛋白质分子都是可以运动的D.磷脂双分子层在将细胞与外界环境分隔开中起着关键性的作用【答案】C【详解】A.兔子为哺乳动物，成熟的红细胞内不含细胞核和细胞器膜，其细胞膜是由两层磷脂分子构成的，所以将兔成熟红细胞的磷脂分子在空气—水界面上铺展成单分子层，单分子层面积是红细胞表面积的2 倍，A正确；B.糖类分子可以与细胞膜上的蛋白质结合形成糖蛋白，也可以与细胞膜上的脂质结合形成糖脂，B正确；C.构成细胞膜的所有磷脂分子和大多数蛋白质分子都是可以运动的，C错误；D.磷脂分子的头部亲水，尾部疏水，磷脂双分子层构成的细胞膜具有屏障作用，将细胞与外界环境分隔开，D正确。
生物膜与物质运输
谢谢大家！
CH2OH
H2
OH
O OC
H
OH H
H
H
H OH
O HN C R
CH
OH
CC HH
C H
CH2CH2 12 CH3
(神经鞘氨醇)
半乳糖脑苷脂
糖脂主要分布在细胞膜外侧的单分子层中， 动物细胞膜所含的糖脂主要是脑苷脂。
胆固醇的分子结构
疏水的非极性的尾部
膜脂分子的特点和结构
卵磷脂 亲水的极性的头部
双亲性
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安全在于心细，事故出在麻痹。20.10.1820.10.1810:52:5610:52:56October 18, 2020
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追求至善凭技术开拓市场，凭管理增 创效益 ，凭服 务树立 形象。2020年10月18日星期 日上午10时52分56秒10:52:5620.10.18
生物膜上各种化学组成之间的关系
2. 生物膜的性质与结构特点
2.1 生物膜的运动
膜脂分子：分子摆动、旋转运动、侧向运动、翻转运动等。 膜蛋白：扩散运动 、旋转运动。
2.2 膜的相变温度及其影响因素
相变温度（Tm）是膜脂物理状态互相转变的临界温度。高于 相变温度时，膜呈流动的液态，低于相变温度时，膜呈凝固的胶 态。
本章主要内容：
生物膜的化学组成 生物膜的性质和结构 物质的跨膜运输
生物膜（Bio-membrane）是指细胞的膜系统。原核生 物只有质膜，而真核生物除了质膜，还有细胞器的膜， 如核膜、线粒体膜、内质网膜等。
几乎所有的生理活动都与生物膜相关，例如物质运输、 能量转换、信息传递、细胞的分裂、运动、相互识别和 通讯，以至肿瘤的发生等。
生物化学下-第21章 生物膜与物质运输-精品文档
一、被动运输与主动运输
第21章 生物膜与物质运输
红细胞葡萄糖转运蛋白介导被动运输(Passive Transport)
葡萄糖进入红细胞是通过葡萄糖特异性转运蛋白的协助扩散来实现的。
红细胞的葡萄糖转运蛋白(glucose transporter, GluT1)结构模型
外周蛋白
固醇
脂双层
膜内在蛋白 (单跨膜螺旋)
与脂质共价连 接的外周蛋白
膜内在蛋白 (多跨膜螺旋)
第21章 生物膜与物质运输
第21章 生物膜与物质运输
生物膜功能：
1. 能量转换 —— 氧化磷酸化(线粒体)、光合磷酸化(叶绿体) 2. 信息识别与传递 —— 生物信号 (G-蛋白偶联受体和第二信使、视
觉、 嗅觉、味觉的信号传导、致癌基因、肿瘤抑制基因等)
一个溶质的耗能运输与另一溶质的释放流
反应偶联。
动相偶联，释放的能量由初级主动运输提
ATP水解释放能量驱动溶质X逆 电化学梯度运动。
供的。 初级主动转运建立X离子的浓度梯度，X顺
电化学梯度移动为第二溶质S逆电化学梯度
主动转运是一种能量消耗途径。
运动提供能量。
如太阳光的吸收、氧化反应、ATP分解等。
一、被动运输与主动运输
③当胰岛素水平下降， GluT4通过胞吞作用重新从 质膜上移回胞内，形成囊泡。
心肌 骨骼肌
肌糖原
脂肪细胞 三酰甘油
这些细胞膜含有葡萄糖转运蛋白GluT4
GluT4
① GluT4贮存在细 胞内的囊泡膜上。
Ⅰ型糖尿病人不能释放胰岛素，导致 肌肉和脂肪组织对葡萄糖的吸收率很 低，后果血糖增高。
高中生物教学备课教案细胞的生物膜与物质交换
高中生物教学备课教案细胞的生物膜与物质交换高中生物教学备课教案：细胞的生物膜与物质交换引言：生物膜是细胞内外环境分隔的关键部分，它不仅维持细胞的稳态平衡，还参与细胞的物质交换。
本教案通过对细胞膜结构和功能的详细讲解，以及教学活动设计，旨在帮助学生深入理解细胞膜与物质交换的过程。
一、细胞膜结构的组成细胞膜是由磷脂双分子层和膜蛋白组成的。
磷脂分子在水中自组装形成磷脂双分子层，而膜蛋白则嵌入磷脂双分子层中。
细胞膜的结构与功能密切相关，它具有选择性通透性和动态可变性。
二、细胞膜的功能1. 分隔细胞内外环境：细胞膜通过分隔细胞内外环境，确保细胞内环境的稳定性，使细胞能够独立进行正常的代谢活动。
2. 控制物质的进出：细胞膜具有选择性通透性，能够通过活动的通道蛋白、载体蛋白和受体蛋白等调控物质的进出，维持细胞内外物质浓度的平衡。
3. 信号传导：细胞膜上的受体蛋白能够感受外部刺激，并将信号传递到细胞内，从而调控细胞的生理功能。
三、物质交换的方式1. 扩散：指物质自高浓度区域向低浓度区域的自发传播过程。
在细胞膜上，小分子、不带电的物质可以通过脂质双分子层的间隙进行扩散。
2. 主动运输：细胞膜上的载体蛋白可以通过消耗能量，将物质从低浓度区域运输到高浓度区域。
主动运输可以分为胞吞和胞吐两种方式。
3. 被动运输：细胞膜上的通道蛋白可以通过形成孔道，使离子和水分子等小分子物质能够快速通过。
通道蛋白具有选择性通透性，可以根据离子大小和电荷的不同来调控物质的进出。
四、教学活动设计1. 实验探究细胞膜的通透性：通过给不同溶液的鸡蛋膜进行浸泡实验，观察溶液进入鸡蛋的过程，引导学生理解细胞膜的选择性通透性。
2. 模拟细胞膜的主动运输：利用一段透明的塑料管，将溶液从一端向另一端挤出，引导学生模拟细胞膜上载体蛋白的活动。
3. 观察细胞膜通道蛋白的功能：利用色素分子和凝胶进行实验，观察不同颜色的色素在凝胶中的扩散速度，引导学生理解通道蛋白对物质进出的调控作用。
第21章生物膜与物质运输
提问：膜流动性强弱与哪些因素有关？ 脂的种类；温度；
胆固醇的比例愈小、温度高，流动性强。
提问：细胞膜上的蛋白质有什么功能？ 选择透过物质运输通道（“海关检查”） 信息识别受体（“通信员”）
第21章生物膜与物质运输
第21章生物膜与物质运输
第21章生物膜与物质运输
第21章生物膜与物质运输
第21章生物膜与物质运输
槽蛋白
运输通道
非脂溶性的物质（营养物、废物、神经递质、激素） 必须在由槽蛋白形成的通道进入，或与穿膜蛋白结合 被有选择的载入入膜内；
第21章生物膜与物质运输
数条α螺 旋构成 通道
通 道
识别部位（常有糖链连接）
S S
抗 体 蛋 白
信息识别受体
第21章生物膜与物质运输
第21章生物膜与物质运输
根据运输物质的大小，物质运输分为小分 子的运输和大分子的运输。
二、小分子物质的运输
由于生物膜的脂双层结构含有疏水区，它对被运送物 质具有高度的选择通透性。一般来说，分子越小且疏 水性或非极性较强，通过膜较易。不带电荷的极性小 分子也能迅速地经扩散通过膜。图21-1表示脂双层对 不同类型分子的透性．小分子的跨膜运送大都是通过 专一性运送蛋白的作用实现的。如果只是运输送一种 分子由膜的一侧到另一侧，称为单向运输；如果一种 物质的运输与另一种物质的运输相关而且方向 相同，称为同向运输。方向相反则称为反向运输，这 二者又统称为协同运输。
❖ 离子、小分子物质的运输（穿膜运输） ❖ 被动运输、 主动运输
❖ 生物大分子的跨膜运输（膜泡运输）
第21章生物膜与物质运输
一、 被动运输和主动运输
第21章生物膜与物质运输
（一）被动运输
➢ 指物质从高浓度的一侧，通过膜运输到低浓度 的一侧，物质顺浓度梯度的方向跨膜运输的过程。 不需要消耗代谢能的穿膜运输。 特点：物质的运送速率既依赖于膜两侧运送物
生物转运
性的络合物而影响化学物的吸收。例如牛奶的酯蛋白
遇腐蚀剂而凝固，从而可吸附化学物而减少吸收。 小肠前1/4占整个小肠吸收面积的一半，化学物 如果在此停留的时间长则明显增加吸收。
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二、经呼吸道吸收
是生产性毒物和大气污染物进入机体的主要途径。 每人每天气体交换量平均10～12m3 之多，一般劳动强 度的工人8小时需呼吸10m3 空气。
膜动转运
(cytosis) 耗能，逆梯度
吞噬(液滴)
(phagocytosis)
胞吐作用
(exocytosis)
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生物膜和生物转运
简单扩散是外源化学物主要的转运方式。
简单扩散特点：①顺浓度梯度；②不耗能；③不需
载体；④不受饱和限速；⑤不受竞争抑制影响。
简单扩散条件：①浓度梯度；②脂溶性；③非解离
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吸 收
Φ 2～5μ m→肺的气管支气管区域沉积，主要通
过R道纤毛部分的粘液层逆向运动而被清楚，颗粒物最终
可随咳痰动作排出体外，也可能被吞咽并在胃肠道吸收。
Φ ≤1μ m→肺泡→①吸收入血；②巨噬C吞噬→ 粘液纤毛远端的提升装置→清除；③淋巴系统→清除。
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吸 收
颗粒物→上R道炎症、肺炎(如锰尘)、肺肉芽
各种血浆蛋白都有化学物功能，尤其清蛋白。
不同化学物与血浆蛋白结合量不同。如狄氏剂(杀 虫剂)99%；丙稀巴比妥50%；安替比林不结合。 结合型外源化学物分子量增大，不能跨膜转运，暂 无生物效应、不被代谢排泄，延缓消除过程 ，延长毒作
用时间。故认为血浆蛋白是暂时贮存库。
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吸 收
化学物与血浆蛋白的结合是可逆的， 与血中游离化学物呈动态平衡。游离型化 学物浓度与毒作用强度相关。 不同化学物与血浆蛋白的结合有竞争 性，结合力更强的化学物可取代已被结合 的化学物，使之成为游离型而显示毒性。
21 生物膜与物质运输ok
（六）ATP交换体
三、生物大分子的跨膜运输
(一)胞吐作用 (二)胞吞作用
（一）胞吐作用
细胞内的物质先被囊泡裹入形成分泌泡，然后与 细胞质膜接触、融合并向外释放被裹入的物质， 称胞吐作用。
（二）胞吞作用
细胞从外界摄入的大分子或颗粒，逐渐被质 膜的一小部分包围，内限，气候从质膜上脱落下 来而形成含有摄入物质的细胞内囊泡的过程，称 为胞吞作用。分为:
吞噬作用
胞饮作用
受体介导的胞吞作用
1、吞噬作用
凡以大的囊泡形式内吞的较大固体颗 粒、直径达几微米的复合物、微生物 及细胞碎片等的过程，称为吞噬作用。
2、胞饮作用
指以小的囊泡形式将细胞周围的微滴 状液体吞入细胞内的过程。
3、受体介导的胞吞作用
指被内吞物与细胞表面的专一性受体相 结合，并随即引发细胞膜的内陷，形成 的囊体将配体裹入并输入到细胞内的过 程。
(一)被动运输 (passive transport)· (二)主动运送 (active transport)·
扩散 易化扩散
被动运输
主动运输
(一)被动运输
物质从高浓度的一侧，通过膜运输到低浓度的一 侧，即顺浓度梯度的方向跨膜运输的过程称被动 运输。
被动运输的主要特点： 运输速率与膜两侧运输物质的浓度差、物质的分
《生物化学》教学课件
生物化学
孙中武
第二单元 脂类化学
第 2 章 脂质 第18章 生物膜组成与结构 第21章 生物膜与物质运输
第21章 生物膜与物质运输
一、被动运输与主动运送 二、小分子物质的运输 三、生物大分子的跨膜运输 四、离子载体 五、生物膜运输的分子机制
生物膜和物质运输
THANKS
感谢观看
道，允许某些物质通过。
03
能量驱动
生物膜通过消耗能量（如ATP）来驱动某些物质的主动运输。这种主动
运输能够逆浓度梯度进行，使得细胞能够根据需要吸收或排出物质。
物质运输对生物膜的影响
改变膜的结构
物质运输过程中，某些物质可能与膜上的脂质或蛋白质发生相互作用，从而改变膜的结构 。例如，某些药物或毒素能够插入到膜的脂质双层中，破坏膜的完整性。
生物膜为物质运输提供结构基础
生物膜作为细胞的基本结构之一，为物质运输提供了必要的场所和通道。膜上的脂质双层和蛋白质共同构成了物质跨 膜运输的基础结构。
物质运输影响生物膜的组成和功能
物质运输过程中涉及的物质和能量交换会影响生物膜的组成和功能。例如，某些物质的跨膜运输需要特定膜蛋白的参 与，这些蛋白在物质运输过程中可能会发生构象变化或与其他蛋白相互作用，从而影响生物膜的组成和功能。
药物设计与研发
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靶向药物设计
利用生物膜的特性，设计能够特异性识别并作用 于病变细胞的药物，提高治疗效果和降低副作用 。
药物传递系统
研究生物膜对药物的吸收、分布、代谢和排泄过 程，开发高效的药物传递系统，提高药物的生物 利用度。
药物相互作用研究
探讨药物与生物膜组分之间的相互作用，预测药 物在体内的行为，为合理用药提供依据。
ERA
物质运输的分子机制
01
02
03
载体蛋白
通过构象变化实现物质的 跨膜运输，具有特异性结 合位点。
通道蛋白
形成亲水性通道，允许特 定物质顺浓度梯度通过。
ATP驱动泵
利用ATP水解产生的能量 ，主动转运物质。
物质运输的细胞生物学过程
第21章生物膜与物质运送ppt课件
Membrane & Transportation
生物膜的功能
生物膜具有保护、转运、能量转换、信 息传递、运动和免疫等生物功能。
转运功能
细胞或细胞器需要经常与外界进行物质交换以 维持其正常的功能。
细胞或细胞器通过生物膜，从膜外选择性地吸 收所需要的养料，同时也要排出不需要的物质。
囊泡的 形成
与细胞 膜融tosis）
摄入大 分子物 质
细胞膜 内陷
囊泡的 形成
作用：完成大分子与颗粒性物质的跨膜运输，又称膜泡运输或
批量运输（bulk transport）。属于主动运输。
质膜代谢的一种重要方式
（三）蛋白质的跨膜运送
1、分泌蛋白质通过内质网膜的运送——信号肽假说 2、线粒体蛋白的跨膜运送——导肽的功能
（三）阴离子的运送、糖和氨基酸的运送、基团 运送（自学53页）
（四）ATP/ADP交换体（线粒体膜上） 是一个分子量为30000的多肽，在膜上是以二
聚体的形式存在——“两态闸门—孔道机制假说”
ATP/ADP交换体易 于向外运输ATP， 向内运输ADP。
三、生物大分子的跨膜运送（55页）
（一）胞吐作用（endocytosis）
不需供能，自发进行（自由能减少，熵增加）。
（二）主动运送（active transport）
即逆浓度梯度（或电荷梯度或电化学梯度）的方向跨膜运 送的过程。特点是（1）专一性(膜转运蛋白)；（2）运送速度可 以达到饱和状态；（3）方向性；（4）选择性抑制。
需要供给能量，不能自发进行（自由能增加，熵减少） 。
转运通道
载体蛋白和通道蛋白
二、小分子物质的运送
运送蛋白；单向运送和协同运送（同向运送和反向运送） 小分子运送主要通过运送蛋白体系来实现：
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（二）主动运送（active transport） 逆浓度梯度（电荷或电化学梯度）跨膜运送 特点：（1）专一性(膜转运蛋白) （2）运送速度可达饱和 （3）方向性 （4）选择性抑制。 需供能，不能自发进行（自由能增加，熵减少）
2017年10月21日星期六
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不溶于脂质或溶解度低的物质借助膜蛋白从膜的高浓度一 侧扩散到低浓度一侧的转运方式
ATP/ADP交换体易于 向外运输ATP，向内 运输ADP。
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2017年10月21日星期六
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三、生物大分子的跨膜运送
（一）胞吐作用（endocytosis）
囊泡的 形成
与细胞 膜融合
释放外 排物质
（二）胞吞作用（exocytosis） 摄入大 分子物 质
细胞膜 内陷
2017年10月21日星期六
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转运通道
载体蛋白和通道蛋白
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二、小分子物质的运送
运送蛋白；单向运送和协同运送（同向运送和反向运送）
小分子运送主要通过运送蛋白体系来实现：
（一）“Na+—K+泵”与“Na+，K+—ATP 酶” 四聚体膜蛋白，乌本苷是特异性抑制剂。 （二）“Ca+泵”与“Ca+—ATP 酶” 四聚体膜。
活性受钙调蛋白影响，钙调蛋白可刺激细胞对Ca+的吸收
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运送蛋白；单向运送和协同运送（同向运送和反向运送）
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（三）阴离子的运送、糖和氨基酸的运送、基团运送 （自学53页） （四）ATP/ADP交换体（线粒体膜） 多肽，MW30000 二聚体——“两态闸门—孔道机制假说”
第21章 生物膜与物质运送ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Membrane & Transportation
2017年10月21日星期六
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生物膜的功能
保护、转运、能量转换、信息传递、运动和免疫等
转运功能
细胞或细胞器与外界进行物质交换，维持其正常功能 通过生物膜，从膜外选择性地吸收，排出不需要的物质 物质跨膜转运，膜——重要的调控作用。
囊泡的 形成
作用：大分子与颗粒性物质的跨膜运输（膜泡运输或批量运输
（bulk transport）。属主动运输。
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2017年10月21日星期六 质膜代谢的一种重要方式
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（三）蛋白质的跨膜运送
1、分泌蛋白质通过内质网膜的运送——信号肽假说 2、线粒体蛋白的跨膜运送——导肽的功能
四、生物膜运送的分子机理
移动性载体模型和孔道或通道模型——构象变化假说
2017年10月21日星期六
本章其它部分自学
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2017年10月21日星期六
一、被动运送与主动运送
物质运送自由能变化情况：
（一）被动运输（passive transport） 顺浓度梯度跨膜运送 特点：物质的运送速率＆膜两侧运送物质的浓度差 被运送物质的分子大小、电荷 脂双层中的溶解性 不需供能，自发进行（自由能减少，熵增加）。
2017年10月21日星期六