细胞中物质的转运实验

Lecture notes细胞膜的物质转运【摘要】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通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殊膜蛋白的帮助下，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。

主动转运指细胞通过本身的耗能过程，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。

常见的跨膜物质转运形式如下:（一）单纯扩散单纯扩散（simple diffusion）是指脂溶性物质通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、该物质通过细胞膜的难易程度，即通透性（permeability）的大小。

水分子虽然是极性分子，但它的分子极小，又不带电荷，故膜对它是高度通透的。

另外，水分子还可通过水通道跨膜转运。

（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。

根据转运方式不同，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根据是否消耗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）在特殊膜蛋白的帮助下，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)。

细胞膜的物质转运功能作者：***来源：《中学生理科应试》2024年第04期19世纪末，德国生物学家Pfeffer提出了“细胞内压力”理论：细胞能通过消耗能量来改变细胞内外物质的浓度差异，这一理论并未得到广泛认同。

20世纪50年代，比利时生物化学家De Duve等人首次发现了ATP酶的存在，并证明它在细胞内的能量代谢过程中起着关键作用，这些发现为后来主动运输的研究奠定了基础。

一、原发性主动转运原发性主动转运指细胞通过直接消耗代谢能量驱动某些特定物质从低浓度一侧向高浓度一侧的跨膜运输，这种方式的主要特点是需要直接的能量供应，并且不受其他物质的运输影响。

1.钠钾泵钠钾泵是一种存在于细胞膜上的蛋白质，负责维持细胞内离子浓度的平衡。

它是细胞能量代谢和信号传导的重要组成部分。

它利用ATP的能量，将细胞内的3个Na+排出到细胞外，同时将2个K+摄入到细胞内。

这种离子交换使得细胞内外的离子浓度保持一定的比例，从而维持细胞的正常功能，如维持细胞膜电位的稳定，保证神经冲动的传递和肌肉收缩等功能的正常进行。

2.质子泵（1）P型质子泵，称为H+泵或H+-ATP水解酶，分布在植物细胞、真菌细胞和细菌细胞的质膜上，通过水解ATP并使自身磷酸化，引起自身构象变化，使得H+泵出细胞，使细胞膜周围环境pH<7。

（2）V型质子泵，通过水解A'rP来驱动其功能，本身不发生磷酸化，主要作用是从细胞质基质中氢离子（H*）泵入溶酶体或液泡中。

维持溶酶体和大型液泡内的低pH环境。

（3）F型质子泵（ATP合酶）顺浓度梯度运输H+，将释放的能量用于ATP的合成，可在线粒体的氧化磷酸化和叶绿体的光合磷酸化过程中观察到。

（4）特色的质子泵——光驱动泵，如绿色植物叶绿体类囊体膜上的一种由光驱动的质子泵，吸收光能后从类囊体外部向内部逆浓度输送2个H+。

例1 某细菌细胞膜上的光驱动蛋白可作为“质子泵”可将H+泵到细胞外，形成的H+浓度梯度可用于ATP合成等生命活动。

第一节细胞膜的物质转运功能细胞内外的各种物质不断地交换，物质通过细胞膜转运的方式基本有以下四种。

（一）单纯扩散脂溶性的小分子物质从细胞膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程，称为单纯扩散。

人体内脂溶性的物质为数不多，比较肯定的有氧和二氧化碳等气体分子。

02、N2、C02、乙醇、尿素等都是以单纯扩散的方式进行跨膜转运的。

（二）易化扩散易化扩散指一些不溶于脂质或脂溶性很小的物质，在膜结构中一些特殊蛋白质分子的1.由载体介导的易化扩散 葡萄糖、氨基酸等营养性物质的进出细胞就属于这种类型的易化扩散。

以载体为中介的易化扩散有如下特点：①高度特异性；②有饱和现象；③有竞争性抑制。

①转运的方向始终是顺浓度梯度的，转运速度比仅从溶质物理特性所预期的要快得多。

②由于膜上载体和载体结合位点的数目都是有限的，因此转运速率会出现饱和现象。

③载体与溶质的结合具有化学结构特异性。

④化学结构相似的溶质经同一载体转运时会出现竞争性抑制。

葡萄糖是组织细胞的能源物质，它跨膜进入红细胞的过程是典型的经载体易化扩散。

2.由通道介导的易化扩散 通过通道扩散的物质主要是Na +、K +、Ca 2+、Cl -等离子。

通道具有一定的特异性，但它对离子的选择性没有载体蛋白那样严格。

通道蛋白质的重要特点是，随着蛋白质分子构型的改变，它可以处于不同的功能状态。

当它处于开放状态时，可以允许特定的离子由膜的高浓度一侧向低浓度一侧转移；当它处于关闭状态时，膜又变得对该种离子不能通透。

根据引起通道开放与关闭的条件不同，一般可将通道区分为电压门控通道和化学门控通道，化学门控通道也称配体门控通道。

不同的离子通道，一般都有其专一的阻断剂。

河豚毒能阻断Na +通道，只影响Na +的转运而不影响K+的转运。

四乙基铵能阻断K +通道，只影响K +的转运而不影响Na +的转运。

上述两种物质转运方式，都不需要细胞代谢供能，因而均属于被动转运。

静息状态下，K +由细胞内向细胞外扩散属于 A.单纯扩散B.载体介导易化扩散C.通道介导易化扩散D.原发性主动转运E.速发性主动转运[答疑编号111010101：针对该题提问]『正确答案』CNa ＋通过离子通道的跨膜转运过程属于 A.单纯扩散 B.易化扩散 C.主动转运 D.出胞作用 E.入胞作用[答疑编号111010102：针对该题提问]『正确答案』B记录神经纤维动作电位时，加人选择性离子通道阻断剂河豚毒，会出现什么结果：A.静息电位变小B.静息电位变大C.除极相不出现D.超射不出现E.复极相延缓[答疑编号111010103：针对该题提问]『正确答案』C（三）主动转运指细胞膜通过本身的某种耗能过程，将某物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。

溶质在细胞内的运输溶质在细胞内的运输是细胞内生物化学过程中一个重要的环节。

细胞内的溶质运输是细胞对外界环境变化进行适应的重要手段之一。

细胞内的溶质运输可以分为主动转运和被动扩散两种方式。

主动转运是指溶质在细胞膜上通过跨膜蛋白进行转运的过程。

这种转运方式需要消耗能量，并且是针对溶质在浓度梯度的情况下进行的。

在主动转运中，细胞通过膜上的转运蛋白，将溶质从浓度低的一侧转运到浓度高的一侧。

这个过程相当于逆向运输，所以需要耗费能量来驱动这一过程。

细胞中常见的主动转运方式有活性转运和囊泡运输。

活性转运是指细胞通过膜上的ATP酶来驱动溶质的转运。

在这种转运方式中，ATP酶通过水解ATP获得能量，并将能量用于驱动溶质从低浓度一侧转运到高浓度一侧。

活性转运常见的例子是钠-钾泵，它将胞内的钠离子转运到胞外，同时将胞外的钾离子转运到胞内。

这种转运方式对于维持细胞静息膜电位和胞内外离子平衡具有重要意义。

囊泡运输是指细胞内的囊泡通过膜上的转运蛋白将物质从一个位置运输到另一个位置。

囊泡运输主要用于细胞内的物质分泌和摄取过程。

在细胞性分泌过程中，细胞将物质包裹在囊泡中，然后将囊泡与细胞膜融合，将物质释放到胞外。

而在细胞内的物质摄取过程中，细胞膜会将外界的物质包裹在囊泡内，然后将囊泡与细胞膜融合，将物质引入到细胞内。

这种转运方式对于细胞对外界环境的感知和适应具有重要意义。

被动扩散是指溶质在浓度梯度的驱使下，通过细胞膜直接进行的扩散过程。

这种转运方式不需要外部能量的参与，并且是针对溶质在浓度梯度的情况下进行的。

在被动扩散中，细胞膜上的孔道蛋白起到了重要的作用。

这些孔道蛋白能够在细胞膜上形成一个特定大小的通道，使得溶质可以通过细胞膜直接扩散进入或离开细胞。

被动扩散常见的例子有气体的扩散和小分子的扩散。

总的来说，细胞内的溶质运输是细胞对外界环境变化进行适应的重要手段之一。

细胞通过主动转运和被动扩散两种方式，将溶质在细胞内进行转运。

这一过程不仅对于维持细胞内外环境平衡和细胞内物质交换具有重要意义，还对于细胞的正常功能发挥起到了重要的调节作用。

细胞膜的物质转运功能
（一）细胞膜的分子结构
1、脂质双分子层
脂质以磷脂为主，其构成了膜的基本基架
2、细胞膜的蛋白
膜的基本基架中镶嵌了许许多多的形成功能不同的蛋白质
蛋白质或镶嵌与脂质双分子层中，或贯穿与脂质双分子层
3、细胞膜的糖类
在细胞膜的外表还有少量糖类物质
细胞膜的主要功能有：1、细胞内外物质交换
2、接受来自外界环境或细胞外液的刺激并发
生反应
3、对外界信息的辨别功能
（二）细胞膜的物质转运功能
物质通过细胞膜主要有两种方式：被动转运和主动转运
被动转运的特点：1、转运过程本身不需要消耗能量
2、顺浓度梯度转运
主动转运的特点：1、转运过程本身需要消耗能量
2、逆浓度梯度转运
（一）被动转运（单纯扩散、易化扩散）
1、单纯扩散：是指一些脂溶性物质和少数分子量很小的水溶性物质从细胞膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程
扩散的方向和速度取决于物质在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性
单纯扩散的最终结果：该物质在膜两侧的浓度差消失
2、易化扩散：指一些水溶性或在脂质中溶解度很小的物质，在某些特殊蛋白质的协助下从膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程。

易化扩散分为
载体介导的易化扩散：有些重要的物质
很难溶于脂质由高浓度一侧向低浓度一侧较容易地移动，
（2）通道介导的易化扩散：离子通道简称通道；允许溶液中的Na+、K+、Ca2+、Cl-等电离子穿过亲水性孔道进出细胞（无机离子和水）。