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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。
影响物质跨膜运输的因素及曲线分析物质跨膜运输的方式有自由扩散、协助扩散和主动运输，因其特点各异，所以相应的影响因素和曲线就各有不同。
一、影响跨膜运输的因素1、自由扩散的因素：细胞膜内外物质的浓度差。
2、影响协助扩散的因素：（1）细胞膜内外物质的浓度差；（2）细胞膜上相应载体的数量。
3、影响主动运输的因素：（1）载体的种类和数量；（2）能量。
二、影响物质运输速率的曲线分析1、浓度（在一定范围内）对运输速率的影响曲线：（1）自由扩散的运输方向是由高浓度一侧到低浓度一侧，其动力是两侧溶液的浓度差，在一定浓度范围内，随物质浓度的增大，其运输速率越大。
（2）协助扩散或主动运输的共同特点是都需要载体协助，在物质浓度较低时，随物质浓度的增大，运输速率也逐渐增大，到达一定物质浓度时，由于受膜上载体数量的限制，运输速率不再随浓度增大而增大。
2、氧气浓度对物质运输速率的影响曲线：（1）自由扩散和协助扩散统称为被动运输，其运输方向都是从高浓度一侧到低浓度一侧，其运输的动力都是浓度差，不需要能量，因此与氧气浓度无关，运输速率不随氧气浓度增大而改变。
（2）主动运输方式既需要载体协助又需要消耗能量，在氧气浓度为零时，通过细胞无氧呼吸供能，但无氧呼吸产生能量较少，所以运输速率较低，在一定范围内随氧气浓度升高，有氧呼吸加强，产生的能量逐渐增多，所以运输速率不断加快，当氧气浓度足够高时，能量供应充足，但由于受到载体数量的限制，运输速率不再随氧气浓度增大而加快。
三、解题技巧◆渗透方向及浓度大小的判断1．判断溶剂渗透的总方向(1)若半透膜两侧是同种溶液，根据质量浓度或物质的量浓度判定。
(2)若半透膜两侧是不同的溶液，物质的量浓度才能体现溶质或溶剂分子数的多少，如半透膜两侧为质量分数相同的葡萄糖溶液和蔗糖溶液，则葡萄糖溶液一侧单位体积中葡萄糖分子数多(水分子数少)，水分子由蔗糖溶液一侧通过半透膜向葡萄糖溶液一侧扩散。
2．判断半透膜两侧溶液浓度大小若渗透平衡后，半透膜两侧液面仍存在液面差，则半透膜两侧溶液就存在浓度差，液面差越大，浓度差就越大，且液面高的一侧溶液浓度高。
物质的跨膜运输现象：cell 内外离子浓度差原因取决于膜转运蛋白活性脂双层的疏水特征膜转运蛋白载体蛋白(通透酶)特性①1、多次跨膜蛋白；2、载体蛋白与特异的溶质结合后，通过自身构象的改变以实现物质的跨膜转运；3、对底物具有高度选择性，通常只转运一种类型的分子；4、转运过程具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征，可被底物类似物竞争性抑制，也可被抑制剂非竞争性抑制；5、对pH 有依赖性通道蛋白特性②通道蛋白通过形成亲水性通道实现对特异溶质的跨膜转运类型离子通道(ion channel)特性③1、对离子的选择取决于通道的直径，形状及通道内带电氨基酸的分布；2、具有极高的转运速率；3、与载体蛋白不同，离子通道没有饱和性；4、非连续性开放，而是门控的孔蛋白(porin)分布④存在于革兰氏阴性细菌的外膜以及线粒体和叶绿体的外膜上特性⑤孔蛋白选择性很低，能通过较大的分子水孔蛋白(AQP)研究模型-血红细胞结构特征⑥转运特点⑦对水分子特异通透性，同时能有效阻止质子的通过，这可能与Asn-Pro-Ala 肽段有关小分子物质跨膜转运类型简单扩散以热自由运动能方式顺着电化学梯度或浓度梯度直接穿过脂双层影响简单扩散溶质的通透性因素分子大小极性与非极性电荷量被动运输/协助扩散在膜转运蛋白协助下，顺着电化学梯度或浓度梯度的扩散方式例子葡萄糖转运蛋白(GLUT)水孔蛋白主动运输由载体蛋白所介导的物质逆化学梯度或浓度梯度进行跨膜转运的方式根据能量来源分ATP 驱动泵⑧协同转运/偶联转运蛋白同向协同小肠上皮细胞肾小管上皮细胞反向协同Na +/H +交换载体光驱动泵菌紫红质载体蛋白通道蛋白参与运输的类型 协助扩散、主动运输 被动运输 在膜上状态 可移动，转运底物固定类型 多，根据不同底物有不同的类型 离子通道、孔蛋白、水孔通道运输方式 通过自身构象改变实现物质跨膜运输 通过形成亲水通道实现对特异溶质的跨膜运输运输方向 逆化学梯度或者度梯度运输 顺化学梯度或浓度梯度运输 耗能 消耗ATP不消耗能量 饱和性 具有饱和动力学特性 没有饱和性选择性 对底物高度选择性离子通道有选择性；孔蛋白选择性较低；水孔蛋白只允许水分子通过相同点化学本质均为蛋白质、分布均在细胞的膜结构中、都有控制特定物质跨膜运输的功能①载体蛋白特性(通透酶)：1、多次跨膜蛋白；2、载体蛋白与特异的溶质结合后，通过自身构象的改变以实现物质的跨膜转运；3、对底物具有高度选择性，通常只转运一种类型的分子；4、转运过程具有类似于酶与底物作用的饱和动力学特征，可被底物类似物竞争性抑制，也可被抑制剂非竞争性抑制；5、对pH 有依赖性通道蛋白通过形成亲水性通道实现对特异溶质的跨膜转运。
