细胞膜的基本化学组成及跨膜物质运输

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本文主要整理了细胞膜 的化学组成、液态镶嵌模型分子结构特点以及细胞膜的特性，细胞膜物质运输的几种方式，即主动转运、被动转运、简单扩散、易化扩散、出胞和入胞等，详情见下文

一、细胞膜的化学组成与分子 结构特点

•细胞膜 (Cell membrane)

•质膜(plasma membrane)

•生物膜 (biological membrane)

•细胞膜的基本功能：

• 维持细胞内环境的相对稳定并与外界环境进行物质、能量与信息交换

•(一)、细胞膜的化学组成

•1:脂质双分子层

•以磷脂类为主，其次为胆固醇，还有少量鞘磷脂

特点:液态(流动性，同层横向扩散移动与自身旋转运动)与稳定性

意义：

细胞可以承受一定的张力和外形改变而不破裂;

自动融合、修复膜结构中的较小断裂，而仍保持膜的完整性。

•(二)、细胞膜的分子结构特点

——“液态镶嵌模型” ”(fluid mosaic model)

•基本内容：

细胞膜是以流动液态的脂质双分子层为基架;其中镶嵌着具有不同分子结构和不同生理功能的蛋白质;糖类附着在膜的外面与表层的脂质、蛋白质的亲水端结合，构成了糖脂与糖蛋白。

Fluid mosaic model of membrane

•(三)、细胞膜的特性

•膜的基本特性是：

①膜的流动性;②膜组分分布的不对称性;

不足：

①忽视了蛋白质对脂质分子流动性的控制;

②忽视了膜的各部分流动性的不均匀性。

•Wallach、Jain & White又在此基础上发展提出了晶格镶嵌模型与板块模型学说。

二、细胞膜的物质转运功能

•(一)被动转运

•概念：

• 物质依其细胞膜内外的电化学势差， 顺电化学梯度，由高电化学梯度的一侧向低电化学梯度的一侧转运。

• 转运时物质移动所需的能量来自高电化学梯度一侧所含的势能，不需细胞额外供能。

• 被动转运的平衡点是膜两侧电化学梯度差为零。

• 扩散 (Diffusion)

高浓度区域中的溶质分子总有向低浓度区域的净移动

•扩散量:与膜两侧该物质的浓度差成正比

•分：单纯扩散和易化扩散

•1:Simple diffusion

•概念:脂溶性物质由膜的高浓度侧向低浓度侧的扩散

•扩散通量：mol/s.cm2

取决于浓度梯度差与细胞膜对该物质的通透性

•扩散的物质：脂溶性高的分子( O2, CO2, NH3, NO, H2S,etc. )

•渗透 Osmosis

•概念：在选择性通透水而不通透溶质的半透膜处，水从低溶质浓度的一侧向高溶质浓度的溶液转运。

•渗透压：溶液中溶质微粒对水的吸引力。大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目。

•1mmol/L葡萄糖的渗透浓度为1mOsm/L;1mmol/L NaCl(Na+ + Cl-)的渗透浓度为2mOsm/L。人血浆的渗透浓度约为313mosm/L

红细胞在不同渗透压溶液中的形态

•2： facilitated diffusion

不溶于脂质或脂溶性差的物质，在特殊的

膜蛋白质的“ 帮助”下，顺浓度梯度/电势

梯度通过细胞膜的转运

Facilitated diffusion via ion channel

Facilitated diffusion via carrier

•2： facilitated diffusion

Characteristics

(1) 顺电化学梯度，不耗能

(2) 膜蛋白参与且对转运的物质具有选择性

(膜蛋白分子本身有结构特异性)

(3) 扩散过程中膜通透性可变

Facilitated diffusion via ion channel

•Chemically gated channel

• Voltage-gated channel

• Mechanically gated channel

•Characteristics

高速度

有门控原理

有离子选择性

Na+, K+, Ca2+, Cl- channel

Facilitated diffusion via carrier

•Characteristics

结构特异性：载体与被转运的物质间有高度的结构特异性

饱和现象：物质的载体数目或每一载体上能与该物质结合的位点数目是固定的

竞争性抑制：如果某一载体对结构类似的两种物质都有转运能力，两者可以竞争载体

(二)、主动转运

1.定义：物质逆浓度差和电位差，在生物泵的帮助下需要细胞代谢供能的跨膜转运方式。

2.特征： 逆电化学梯度、 耗能

3.结果：被转运物质在高浓度一侧其浓度进一步升高，低浓度一侧则愈来愈少。

4. 分类：(依据转运所需能量的提供方式)

原发性主动转运 与 继发性主动转运

Primary active transport

•由ATP直接供能的逆电化学势差的转运

•钠泵活动的生理意义

细胞内高钾是许多代谢反应的必要条件

维持正常细胞体积

建立势能贮备

Secondary active transport

•转运所需能量间接来自ATP的分解

也称联合转运(协同转运)

•典型举例：消化道上皮细胞葡萄糖的主动转运所需的能量不是直接来自ATP的分解，而来自Na+的高势能储备。

•称为继发性主动转运

(三)、出胞和入胞

•大分子物质或物质团块的转运，需要通过更复杂的同时需代谢供能、及膜结构和功能的改变，才能完成的跨膜转运，称为出胞和入胞

细胞膜除了物质运输作用外，还具有跨膜信息传递和能量转换的作用，这些功能都和细胞膜的组成成分有关，脂质主要起了和环境间的屏障作用，而蛋白和糖类则主要负责了物质传递、能量转化、跨膜信号传递作用