物质跨膜运输方式比较表
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[教材优化全析]要点提炼物质跨膜运输,有的是顺浓度梯度的,如水、O2、CO2等,有的是逆浓度梯度的,如:Na+、Cl-、Ca2+等,而且细胞对于物质的输入和输出有选择性,这主要是因为细胞膜和其他生物膜都是选择透过性膜。
生物膜的这一特性对保证细胞正常代谢的进行非常有意义:它既能保障细胞对基本营养物质的摄取、代谢废物的排出和细胞内离子浓度的调节,又能使细胞内环境保持相对稳定。
一、自由扩散由于分子运动而产生的物质迁移现象,即一种物质的分子从相对高浓度的区域移动到相对低浓度的区域,称为扩散,又称为自由扩散。
物质能否实现跨膜运输与物质的性质、颗粒大小及膜的选择透过性有关。
生物膜的选择透过性能保证细胞正常生命活动的进行。
取少许高锰酸钾结晶,投入一杯清水中,高锰酸钾很快溶解而使水变为紫色。
开始时紫色溶液只集中在高锰酸钾结晶的周围,然后逐渐扩展,最后高锰酸钾结晶完全溶解,水液也全部成为均匀的紫色溶液。
这一过程就是自由扩散。
物质分子可以穿过细胞膜,在细胞内外之间进行自由扩散(如下图)。
自由扩散示意图O2和CO2分子都可以穿过脂类双分子层而扩散。
由于细胞呼吸之故,细胞内的O2浓度总是低于血浆或体液中的O2浓度,而CO2的浓度则高于血浆或体液中的CO2浓度,因而体液中的O2就向细胞内扩散,而细胞内的CO2则向血浆或体液扩散。
保持或增加浓度梯度,有利于扩散的进行。
血液在组织中循环,可经常保持血液和细胞之间的O2和CO2浓度梯度,因而有利于O2从血液中顺浓度梯度进入细胞和CO2从细胞中顺浓度梯度进入血液。
分子扩散的速度是与温度成正比的,温度越高,扩散速度越快。
在同一温度下,由浓度来决定扩散方向与速度。
自由扩散的动力是物质由高浓度流向低浓度的倾向。
例如CO2、O2、N2进出红细胞,取决于血液和肺泡中该气体的分压差。
脂溶性的固醇类小分子激素(性激素、肾上腺皮质激素)以及酰胺类、甘油、乙醇等出入细胞是自由扩散。
自由扩散的速度基本上取决于分子的大小和油溶度,分子越小,油溶度越大,扩散速度越快。
物质跨膜转运的方式及特点物质跨膜转运是细胞内外物质交换的重要过程,它通过细胞膜上的转运蛋白介导,使物质能够在细胞膜上通过,从而实现细胞内外的物质运输。
物质跨膜转运的方式多种多样,包括主动转运、被动转运、嵌膜蛋白通道等。
下面将详细介绍这些转运方式的特点和原理。
1. 主动转运:主动转运是指物质在跨膜过程中消耗能量,逆向运输物质,从低浓度区域向高浓度区域移动。
这种转运方式主要依赖于转运蛋白的ATP酶活性,通过耗能的方式将物质从低浓度区域转运至高浓度区域。
主动转运可以分为原位转运和组合转运两种形式。
原位转运是指转运蛋白通过直接转运物质,将其从低浓度区域转运至高浓度区域。
这种转运方式常见的例子是钠-钾泵,它能够将细胞内的钠离子排出细胞外,同时将细胞外的钾离子转运进细胞内,以维持细胞内外的离子浓度差。
组合转运是指转运蛋白将两种或多种物质同时转运,通过共同运输蛋白将它们从低浓度区域转运至高浓度区域。
这种转运方式常见的例子是葡萄糖-钠共转运体,它能够将葡萄糖和钠离子同时转运进细胞内,以维持细胞内葡萄糖的浓度。
2. 被动转运:被动转运是指物质在跨膜过程中不消耗能量,顺向运输物质,从高浓度区域向低浓度区域移动。
这种转运方式主要依赖于物质的浓度梯度,通过扩散的方式将物质从高浓度区域转运至低浓度区域。
被动转运可以分为简单扩散和载体介导扩散两种形式。
简单扩散是指物质通过细胞膜的疏水区域直接扩散,从高浓度区域向低浓度区域移动。
这种转运方式适用于小分子物质,如氧气、二氧化碳等,它们可以通过细胞膜的疏水区域自由扩散进出细胞。
载体介导扩散是指物质通过转运蛋白在细胞膜上扩散,从高浓度区域向低浓度区域移动。
这种转运方式适用于大分子物质或带电物质,如葡萄糖、氨基酸等,它们需要依赖转运蛋白才能通过细胞膜。
3. 嵌膜蛋白通道:嵌膜蛋白通道是一种特殊的转运方式,它通过形成通道或孔道,使物质能够直接穿过细胞膜。
嵌膜蛋白通道可以分为离子通道和水通道两种类型。
专题二物质进出细胞膜的方式一、物质跨膜运输1、被动运输:分为自由扩散与协助扩散(1)自由扩散:物质顺浓度梯度直接穿过双层膜进行运输。
不需要能量(ATP释放的化学能),也不需要蛋白质(载体蛋白)的协助。
H2O、O2、CO2等气体分子、甘油、脂肪酸、乙醇、苯等脂溶性物质。
(2)协助扩散:物质顺浓度梯度直接穿过双层膜进行运输。
不需要能量(ATP释放的化学能),但需要蛋白质(载体蛋白)的协助,其中分为水通道蛋白、离子通道蛋白(即门通道蛋白)、载体蛋白。
(区别:载体蛋白能与特定物质结合,通过自身构象的变化,将物质转移到膜的另一侧。
通道蛋白与所转运物质之间的结合较弱,当通道打开时能允许特定大小的物质通过,特异性不如载体蛋白强,只参与被动运输。
)2、主动运输:物质由低浓度向高浓度的方向进行运输,(也可以顺浓度梯度进行运输的),需要能量(ATP 释放的化学能),需要载体。
如葡萄糖、氨基酸、各种离子等。
葡萄糖进入红细胞是协助扩散,而进入其他细胞(除红细胞)的方式就是主动运输。
二、非跨膜运输:分为胞吞(内吞作用)与胞吐(外排作用)。
需要能量,不需要载体(通过小泡)。
三、例析计算“物质通过生物膜或磷脂分子的层数”1、离子、小分子物质通过生物膜或磷脂分子的层数离子、小分子物质以跨膜方式(自由扩散、主动运输、协助扩散)通过生物膜。
解答此类题目的方法是:明确所研究的物质运动的起点和止点→弄清物质通过的方式和经过的结构及其结构特点→注意一个等量关系“生物膜的层数=1/2磷脂分子的层数”。
此外,还要明确细胞结构中,具有双层生物膜的结构有线粒体、叶绿体、核膜(有核孔),具有单层生物膜的结构有细胞膜、液泡膜、内质网、高尔基体、溶酶体。
2、大分子物质、病菌、病毒通过生物膜或磷脂分子的层数大分子物质(如蛋白质、多糖、DNA、RNA等)、病菌、病毒等颗粒性物质不能以跨膜方式通过生物膜,而是以内吞(胞吞)、外排(胞吐)作用通过生物膜。
其原理是生物膜具有一定的流动性,能形成小泡包围大分子和颗粒性物质过生物膜,所以这些物质通过生物膜时没有穿过生物膜。