细胞膜的物质转运

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。

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。

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。

★细胞膜的物质转运功能：▲具有特异感受结构的通道蛋白质完成的跨膜信号传递由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导细胞膜中的酪氨酸激酶受体的肽链有一个α螺旋，跨膜一次，膜外部分与相应的配体特异结合后，可激活膜内侧肽段的蛋白激酶活性，引发此肽段中酪氨酸残基的磷酸化，或促进其它蛋白质底物中的酪氨酸残基的磷酸化，由此引发各种细胞内功能的改变。

★ 静息电位：静息时，质膜两侧存在着外正内负的电位差，称为静息电位（restingpotential ，RP ） 骨骼肌：-90mV ；神经细胞:-70mV ；平滑肌细胞：-55mV产生机制：在静息状态下，细胞膜对K+具有较高的通透性是形成静息电位的最主要因素。

细胞膜内K+浓度约相当于细胞外液的30倍，K+将顺浓度梯度跨膜扩散，但扩散的同时也在细胞膜的两侧形成逐渐增大的电位差，且该电位差造成的驱动力与浓度差的驱动力的方向相反，阻止K+进一步跨膜扩散。

当逐渐增大的电位差驱动力与逐渐减小的浓度差驱动力相等时，便达到了稳态。

此时的膜电位处于K+的平衡电位（E K +=-90~-100mv ），电位差的差值即平衡电位，平衡电位决定着离子的流量。

当细胞外液中K+浓度增加（高钾）时，膜内外K+的浓度差减小，K+因浓度差外移的驱动力降低，K+外流减少。

故达到稳态时，K+平衡电位的绝对值减小；反之亦然。

而细胞膜对Na+亦有一定的通透性，扩散内流的Na+可以部分抵消由K+扩散外流所形成的膜内负电位。

所以，EK+=-90~-100mv,而RP=-70~-90mv 。

可见，细胞外液Na+浓度对RP 的影响不大。

除了以上两个方面，还有钠泵的生电作用。

钠泵使细胞内高钾、细胞外高钠。

若钠泵受抑制，膜内外K+的浓度差减小，K+外流减少，K+影响静息电位水平的因素：（1）细胞膜对K+和Na+的相对通透性，如果膜对钾离子的通透性相对增大，静息电位将增大；（2）细胞外液K+的浓度，细胞外钾离子浓度升高，将使E K 的负值减小，导致静息电位相应减小；（3）钠泵的活动，活动增强将使膜发生一定程度的超极化。

Lecture notes细胞膜的物质转运【大纲】各种物质的跨膜转运的主要方式包括：单纯扩散、易化扩散、主动转运、出胞与入胞。

单纯扩散是指脂溶性物质经过细胞膜由高浓度侧向低浓度侧扩散的过程。

水溶性小分子或离子在特别膜蛋白的帮助下，由细胞膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程，称为易化扩散，易化扩散分两种：经载体易化扩散和经通道易化扩散。

主动转运指细胞经过自己的耗能过程，将物质分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程，主动转运分两种：原发性主动转运和继发性主动转运。

出胞是指细胞内大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程，入胞是指细胞外大分子物质或物质团块借助于与细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。

上皮转运是指分子或离子从上皮细胞一侧转运另一侧的过程。

常有的跨膜物质转运形式以下:（一）单纯扩散单纯扩散（ simple diffusion ）是指脂溶性物质经过细胞膜由高浓度侧向低浓度侧扩散的过程。

人体体液中的脂溶性物质（如氧气、二氧化碳、一氧化氮和甾体类激素等）可以单纯依靠浓度差进行跨细胞膜转运。

跨膜转运物质的多少以通量表示，其大小取决于两方面的因素：1、细胞膜两侧该物质的浓度差；2、该物质经过细胞膜的难易程度，即通透性（permeability ）的大小。

水分子诚然是极性分子，但它的分子极小，又不带电荷，故膜对它是高度通透的。

别的，水分子还可经过水通道跨膜转运。

（二）膜蛋白介导的跨膜转运带电离子和分子量稍大的水溶性分子，其跨膜转运需要由膜蛋白的介导才能完成。

依照转运方式不同样，介导物质转运的膜蛋白可分为载体、通道、离子泵和转运体等。

由它们介导的跨膜转运依照可否耗资能量又可分为被动转运(passive transport) 和主动转运 (active transport) 两大类。

1．易化扩散水溶性小分子或离子（Na＋、 K＋、 Ca2＋等）在特别膜蛋白的帮助下，由细胞膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程，称为易化扩散(facilitated diffusion) 。

细胞膜的转运方式细胞膜是细胞内外环境之间的重要障碍，它起着选择通透性的作用，控制着物质的进出。

细胞膜的转运方式多种多样，不同的物质通过不同的方式进入或离开细胞。

本文将分别介绍主动转运、被动转运和细胞吞噬三种细胞膜的转运方式。

一、主动转运主动转运是指物质在膜上通过能量耗费的方式进出细胞。

细胞膜上有许多跨膜蛋白质，它们能够将物质从低浓度区域转移到高浓度区域，并且需要耗费ATP能量。

这些跨膜蛋白质通常被称为离子泵或转运蛋白，它们能够识别特定的物质并将其转运到细胞内或细胞外。

主动转运对于维持细胞内外环境的平衡非常重要，例如细胞内的钠离子浓度较低，而细胞外的钠离子浓度较高，通过钠钾泵这一种主动转运方式，细胞能够将钠离子排出，同时将钾离子吸收进来，从而维持细胞内外的离子浓度差。

二、被动转运被动转运是指物质在膜上通过浓度梯度的驱动力进出细胞，不需要耗费能量。

被动转运的方式有扩散、滤过和渗透等。

其中，扩散是最常见的被动转运方式，它是指物质由高浓度区域自发地沿浓度梯度向低浓度区域移动，直到达到均衡。

扩散的速率取决于物质的浓度差和渗透系数。

滤过是指物质通过细胞膜的微小孔洞进出细胞，这种方式只适用于较小分子的物质。

渗透是指物质通过水分子的扩散进出细胞，其中渗透压的差异是驱动力。

三、细胞吞噬细胞吞噬是一种特殊的细胞膜转运方式，它是指细胞通过膜的包裹作用将大分子物质或其他细胞吞入细胞内部形成吞噬体。

细胞吞噬通常发生在单细胞生物或免疫系统中，通过这种方式，细胞能够摄取外界的营养物质、细菌、病毒等。

细胞吞噬的过程包括识别、吞噬和降解三个步骤。

首先，细胞通过识别蛋白质的结构或化学特性来区分目标物质。

然后，细胞通过膜的变形将目标物质包裹形成吞噬体。

最后，吞噬体与溶酶体融合，目标物质被降解并释放出有用的物质。

细胞膜的转运方式多种多样，每一种方式都在维持细胞内外环境的平衡中发挥着重要的作用。

主动转运通过耗费能量将物质从低浓度区域转移到高浓度区域；被动转运则是依靠浓度梯度的驱动力实现物质的进出；细胞吞噬则是通过细胞膜的包裹作用将大分子物质或其他细胞摄取进来。

细胞膜运输方式归纳细胞膜是细胞的外包层，起着保护细胞内部结构和调控物质交换的作用。

细胞膜的运输方式是指物质通过细胞膜进出细胞的过程。

细胞膜运输方式可以分为被动运输和主动运输两种方式。

一、被动运输1. 扩散扩散是指溶质由高浓度区向低浓度区的自发运动。

在细胞膜中，溶质通过膜的脂质双层进行扩散。

扩散是一种无需能量消耗的被动运输方式，它的速率取决于浓度梯度的大小。

2. 渗透渗透是指溶质通过半透膜进入或离开细胞的过程。

半透膜是指只允许溶剂通过而不允许溶质通过的膜。

当细胞外溶液的浓度高于细胞内溶液时，溶质会通过渗透作用进入细胞；当细胞外溶液的浓度低于细胞内溶液时，溶质会通过渗透作用离开细胞。

3. 透析透析是指通过半透膜分离不同溶液中的溶质的过程。

在细胞膜中，透析可以实现溶质的选择性传递。

细胞膜上的通道蛋白和载体蛋白可以选择性地传递特定的物质，起到透析的作用。

二、主动运输1. 主动转运主动转运是指物质通过细胞膜的转运蛋白，从低浓度区向高浓度区移动，这个过程需要能量的消耗。

主动转运分为直接和间接两种方式。

直接主动转运是指转运蛋白直接利用ATP分子的能量将物质转运到高浓度区。

间接主动转运是指转运蛋白利用ATP分子的能量将物质转运到细胞外，然后再利用浓度梯度将物质转运到高浓度区。

2. 胞吞作用胞吞作用是指细胞通过膜囊吞噬大分子物质或其他细胞的过程。

细胞膜会形成一个囊泡，将物质包裹在内部，然后将囊泡内的物质转运到细胞内部。

胞吞作用是一种主动运输方式，需要细胞消耗能量。

3. 胞吐作用胞吐作用是指细胞将细胞内的废物或物质通过膜囊排出细胞的过程。

细胞将废物或物质包裹在囊泡中，然后将囊泡融合到细胞膜上，将囊泡内的物质排出细胞外部。

胞吐作用也是一种主动运输方式，需要细胞消耗能量。

总结：细胞膜运输方式包括被动运输和主动运输两种方式。

被动运输是无需能量消耗的物质运输方式，包括扩散、渗透和透析。

主动运输是需要能量消耗的物质运输方式，包括主动转运、胞吞作用和胞吐作用。