物質跨膜运输的方式.doc

物质跨膜运输的方式 安徽省固镇县湖沟中学 陈 丁 物质跨膜运输的方式 陈 丁 安徽省固镇县湖沟中学 摘要：细胞膜的结构与功能十分复杂, 是细胞与外界环境之间的一种选择通透性屏障，主要功能包括：物质运输、信息交流和能量转换。不同物质跨膜运输的方式包括被动运输、主动运输以及膜泡运输。气体分子、脂溶性物质等主要以自由扩散方式跨膜运输；无机盐离子、葡萄糖、氨基酸等既可以协助扩散又可以主动运输方式进行跨膜运输；蛋白质等大分子物质主要以膜泡方式运输。载体蛋白协助物质的跨膜运输目前有三种假设模型：移动性载体模型、孔道或通道模型、构象变化模型。参与葡萄糖跨膜运输的载体蛋白主要有：钠依赖的葡萄糖转运体(SGLT) 和易化扩散的葡萄糖转运体 ( GLUT)两大家族。 关键词：自由扩散 协助扩散 主动运输 载体蛋白 葡萄糖转运体; SGLT; GLUT 细胞膜的结构与功能十分复杂，它是在生命化学进化的漫长历程中逐渐产生，在生物与环境的共同进化中不断发展和完善。细胞膜的主要功能包括：物质运输、信息交流和能量转换。本文主要对细胞膜控制物质运输的功能进行解读，细胞膜是细胞与外界环境之间的一种选择通透性屏障，它既能保证细胞对营养物质的摄取、代谢废物的排出，又能调节细胞内外离子的浓度，因此细胞膜控制物质进出细胞对细胞的生存和生长至关重要。物质跨细胞膜运输的方式有：被动运输、主动运输、膜泡运输（如胞吞、胞吐），其中被动运输和主动运输被认为是物质直接穿膜运输，而胞吞胞吐的物质并不直接穿膜，是通过膜泡进行运输，所以有时也被认为穿过0层生物膜。 一、被动运输：被动运输是物质顺电化学梯度（物质浓度梯度与膜电位梯度的总和）的穿膜运输，不消耗细胞本身代谢产生的能量。根据运输过程是否需要载体蛋白的协助，被动运输又分为自由扩散和协助扩散两种方式。 （一）、自由扩散：也称为简单扩散，其特点是被运输的物质从高浓度→低浓度，不需要载体蛋白协助，不消耗细胞代谢产生的能量。其运输的速率与膜两侧物质的浓度差成正比，如各种气体分子CO2、O2、N2等，一些脂溶性物质如甘油、苯、脂肪酸，以及H2O、乙醇、尿素等，细胞膜对它们的通透性大小虽然不同，但均可以自由扩散跨膜运输。实际上如果时间允许，绝大多数离子和小分子均可以穿过无蛋白质脂双层膜自由扩散，只是通透性（通透系数）不同。高中生物中通透性较低的分子或离子一般认为不能以自由扩散方式跨膜运输，如葡萄糖、氨基酸、无机盐离子K+、Na+、Cl-等。 （二）协助扩散：也称为易化扩散，其特点是被运输的物质从高浓度→低浓度，需要载体蛋白协助,不消耗细胞代谢产生的能量。如葡萄糖进入红细胞、水分子通过水通道蛋白（aquaporin，AQP）运输、缬氨霉素对K+的运输、某些细菌的短杆菌肽A对H+、Na+和K+的运输，均属于协助扩散。 二、主动运输：主动运输是指被运输物质一般从低浓度→高浓度的运输，需要载体蛋白的协助，消耗细胞代谢产生的能量,如Na+—K+泵对Na+、K+的运输，甲状腺细胞对碘的吸收，这种以直接水解ATP驱动的主动运输称为初级主动运输。若细胞膜上的载体利用水解ATP搬运Na+或H+等，通过制造跨膜电化学梯度势能为物质的运输提供能量，则称为次级主动运输（也称为继发主动运输或间接主动运输）[1]，如细胞膜通过Na+—K+泵水解ATP向细胞外泵出Na+，造成细胞膜外有较高的Na+电化学梯度势能，Na+电化学梯度势能为细胞对葡萄糖、氨基酸等物质的协同运输提供能量，同时需要特定的载体蛋白协助才能完成，有同向协同运输也有反向协同运输。有的主动运输消耗的能量不一定是ATP，如某些细菌可以利用磷酸烯醇式丙酮酸（PEG）提供的磷酸基团与某些糖分子结合进行糖的跨膜运输，也称基团运输[2]。主动运输的特点是：专一性，一般来说一种载体只能运输一种或一类物质；饱和性，运输速率受载体数量和能量等限制；方向性，对被运输的物质来说是单向的；需要消耗细胞代谢产生的能量。 而协助扩散中的载体蛋白有的饱和性并不显著，如水通道蛋白对水的运输几乎与浓度成正比，运输物质的方向取决于浓度差的方向，这些可能是由载体蛋白的结构决定的。主动运输保证了活细胞能够按照生命活动的需要主动选择吸收所需要的营养物质、排出代谢废物和对细胞有害的物质。 三、膜泡运输：主要指利用细胞膜的流动性进行的胞吞和胞吐，大分子的物质如蛋白质、核酸，病毒、细菌、细胞碎片等，可以引起胞吞作用。而当细胞周围的氨基酸、离子等达到一定浓度时也能引发胞吞现象。细胞对蛋白质的分泌、神经递质的释放及一些有害代谢产物的排出等则可以通过胞吐作用来实现。细胞还可以通过胞吞、胞吐作用的联合来实现对某些物质的穿胞运输，如肝细胞可以从血液中吸收抗体通过穿胞运输