生理学 第二章第一节 细胞膜的物质转运功能

生理学（Physiology)

五年制学生用12第二章

细胞的基本功能细胞的基本功能:物质跨膜转运信号转导生物电现象肌细胞的收缩3第一节细胞膜的物质转运功能456脂双层内在蛋白外周蛋白糖蛋白一、细胞膜的分子结构7细胞膜（质膜）是细胞存在的结构保证。细胞器膜：基本同样膜结构使细胞/细胞器和环境分隔：维持内部结构与成分稳定。膜结构使细胞的生命活动与代谢过程有序进行。（一）细胞膜的脂质

双分子层：基本骨架 屏障作用, 保持细胞内容物的相对稳定。8910(二)细胞膜的蛋白属球蛋白类表面蛋白：附着在膜内外表面的膜蛋白整合蛋白：跨膜结合/具-螺旋结构形式，1次或多次贯穿脂双层。1112(三)细胞膜的糖类标志或信息载体

二、跨细胞膜的物质转运1314细胞膜：

防止物质自由进出细胞：保证细胞内环境的相对稳定，使各种生化反应能够有序运行。

细胞必须与周围环境发生信息、物质与能量的交换，才能完成特定的生理功能。（一）单纯扩散(simplediffusion)扩散：溶质分子从高浓度向低浓度的净移动（顺化学梯度）单纯扩散：指物质从质膜的高浓度一侧通过脂质分子间隙向低浓度一侧进行的跨膜扩散。简单的物理现象，没有生物学转运机制参与。脂溶性物质+少数小分子水溶性物质151617疏水分子小的不带电荷的极性分子大的不带电荷的极性分子

离子人工脂双层对不同种类分子的相对通透性

（1）脂溶性越大的分子越容易穿膜。（2）小分子比大分子容易通过膜。小的非极性分子，如O2

（32Da）和CO2(44Da)很容易溶于脂双层，因此穿膜扩散很快。苯尿素甘油葡萄糖蔗糖18（二）易化扩散在膜蛋白的帮助（或介导）下，非脂溶性的小分子物质或带电离子顺浓度梯度和（或）电位梯度进行的跨膜转运。1、经通道易化扩散

各种带电离子在通道(channel)蛋白的介导下，顺浓度梯度和（或）电位梯度的跨膜转运。

经通道跨膜转运的都是离子，因此此类通道称为离子通道(ionchannel)。19特点：离子通道不能分解ATP→只能介导被动转运。顺电化学梯度，不耗能。最大转运速度可达到108个离子/秒。2021(1)离子选择性

对离子具有高度的选择性：电荷、水合离子直径与形状。(2)门控特性

存在某些可移动结构，起到闸门作用。22ChannelsPoreFilterGate23①电压门控通道由膜电位控制门的开关。 2425②化学（配体）门控通道

门的开闭受细胞内/外的化学物质调节。2627③机械门通道（力激活通道）通道门的开放是机械力量施于通道蛋白所致。28PotassiumGates2930

有些通道蛋白形成的通道通常处于开放状态，属于非门控通道。

如钾泄漏通道：允许钾离子不断外流。31水通道（waterchannel)

细胞膜上存在水孔蛋白aquaporin，因此，水分子除以单纯扩散方式通过膜，还可经waterchannel进行跨膜流动。2.经载体易化扩散

水溶性小分子物质或离子在载体蛋白介导下顺浓度梯度的跨膜转运。32载体（carrier)：

载体是介导多种水溶性小分子物质或离子跨膜转运的一类脂蛋白。载体不存在贯穿细胞膜的孔道结构，但能够与被转运的物质特异结合。3334

载体蛋白以两种构象存在：A：溶质的结合点露在膜的一侧；B：相同的结合点露在膜的另一侧；这两种构象的变化是可逆的。结合的概率与浓度有关。35“乒乓”模型36红细胞膜葡萄糖载体3738经载体易化扩散的特点：（1）结构特异性（2）饱和现象（3）竞争性抑制。3940（三）主动转运1.原发性主动转运现象： 有些离子在细胞内外的浓度差别很大：肌细胞内K+浓度为膜外的35倍。膜外的Na+浓度为膜内的12倍。定义：

细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度和（或）电位梯度转运的过程。特征：逆电化学梯度耗能4142（1）钠-钾泵（Na+-K+Pump)

目前，从各方面的资料证明钠-钾泵实质上就是钠-钾依赖式ATP酶，是膜中的内在蛋白。它可以把细胞内Na+泵出细胞外，同时又把细胞外的K+泵入细胞内。43结构：膜蛋白质，具有ATP酶活性功能：分解ATP，释放出能量，利用这一能量，不断地将Na+从胞内泵出胞外，将K+从胞外泵入胞内特性：生电

3个Na+移出膜外2个K+

移入膜内444546钠泵活动的主要生理意义：①钠泵活动造成的细胞内高K+为胞质内许多代谢反应所必需；②维持胞内渗透压和细胞容积；③钠泵活动形成Na+和K+的跨膜浓度梯度是细胞发生电活动的基础；④钠泵活动的生电效应可直接使膜内电位的负值增大。⑤钠泵活动建立的Na+的跨膜浓度梯度为继发性主动转运提供势能储备。4748（2）Ca2+泵：

将Ca2+运出细胞，或将Ca2+从细胞质运到肌质网内，在肌质网内储存Ca2+，使Ca2+浓度在细胞质中维持低水平。49每1个ATP分子水解，转运2个Ca2+

。50P-type：

存在于细胞膜上，利用ATP自磷酸化发生构象的改变来转移质子，如胃表皮细胞的H+-K+泵（分泌胃酸）。V-type：

存在于小泡膜上，水解ATP产生能量，但不发生自磷酸化，使H+进入小泡。（3）质子泵2.继发性主动转运

有些物质主动转运所需的驱动力并不直接来自ATP的分解，而是利用原发性主动转运所形成的离子浓度梯度而进行的物质逆浓度梯度和（或）电位梯度的跨膜转运方式。51特点：

Na+从胞外被动扩散至胞内释放的能量用于另一种物质的主动转运。条件：胞膜上存在转运体蛋白。5253

钠泵需ATP提供能量不断地将Na+泵出细胞外，结果造成细胞外的Na+高于细胞内，由此产生了电化学梯度。(high[Na+])(high[K+])54

载体蛋白有2个结合位点，可分别与Na+、糖（或氨基酸等）结合，Na+与糖分别与载体蛋白的不同位点结合，借电化学梯度使Na+与糖相伴进入膜内侧，再与载体蛋白脱离，Na+又被钠泵排出细胞，载体蛋白又恢复原样反复工作。55

小肠上皮细胞：葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖以及各种氨基酸：逆浓度梯度向细胞内转运。（吸收）依据：周围介质中需有高浓度的Na+

，否则葡萄糖和氨基酸的转运就不能进行；发现Na+伴随葡萄糖或氨基酸等进入细胞。56肠上皮细胞对葡萄糖的穿膜转运Na+驱动葡萄糖共转运介导葡萄糖协助扩散的载体蛋白肠腔微绒毛紧密连接肠上皮细胞细胞外液57分为同向转运和反向转运。58Na+-葡萄糖同向转运体（在基膜侧由葡萄糖载体顺浓度梯度转运。59Na+-H+反向交换体（四）膜泡运输

在转运过程