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  • 执业医师辅导精华生理学——跨膜运输(一)

    作者:佚名    文章来源:医学教育网    点击数:    更新时间:2010-4-5

      细胞膜是防止细胞外物质自由进入细胞的屏障,它保证了细胞内环境的相对稳定,使各种生化反应能够有序运行。但是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。因此细胞必须具备一套物质转运体系,用来获得所需物质和排出代谢废物,据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的15-30%,细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的三分之二。

      细胞膜上存在两类主要的转运蛋白,即:载体蛋白和通道蛋白。载体蛋白又称做载体、通透酶和转运器,能够与特定溶质结合,通过自身构象的变化,将与它结合的溶质转移到膜的另一侧,载体蛋白有的需要能量驱动,如:各类APT驱动的离子泵;有的则不需要能量,以自由扩散的方式运输物质,如:缬氨酶素。通道蛋白与所转运物质的结合较弱,它能形成亲水的通道,当通道打开时能允许特定的溶质通过,所有通道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质。

      第一节 被动运输

      一、简单扩散

      也叫自由扩散,特点是:①沿浓度梯度(或电化学梯度)扩散;②不需要提供能量;③没有膜蛋白的协助。

      某种物质对膜的通透性(P)可以根据它在油和水中的分配系数(K)及其扩散系数(D)来计算:P=KD/t,t为膜的厚度。

      脂溶性越高通透性越大,水溶性越高通透性越小;非极性分子比极性容易透过,小分子比大分子容易透过。具有极性的水分子容易透过是因水分子小,可通过由膜脂运动而产生的间隙。

      非极性的小分子如O2、CO2、N2可以很快透过脂双层,不带电荷的极性小分子,如水、尿素、甘油等也可以透过人工脂双层,尽管速度较慢,分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过,而膜对带电荷的物质如:H+、Na+、K+、Cl—、HCO3—是高度不通透的。

      事实上细胞的物质转运过程中,透过脂双层的简单扩散现象很少,绝大多数情况下,物质是通过载体或者通道来转运的。离子、葡萄糖、核苷酸等物质有的是通过质膜上的运输蛋白的协助,按浓度梯度扩散进入质膜的,有的则是通过主动运输的方式进行转运。

      二、协助扩散

      也称促进扩散,其运输特点是: ①比自由扩散转运速率高; ②存在最大转运速率; 在一定限度内运输速率同物质浓度成正比。如超过一定限度,浓度再增加,运输也不再增加。因膜上载体蛋白的结合位点已达饱和; ③有特异性,即与特定溶质结合。这类特殊的载体蛋白主要有离子载体和通道蛋白两种类型。

      (一)离子载体

      离子载体,是疏水性的小分子,可溶于双脂层,提高所转运离子的通透率,多为微生物合成,是微生物防御被捕食或与其它物种竞争的武器,

      离子载体也是以被动的运输方式运输离子,可分成可动离子载体和通道离子载体两类:

      可动离子载体:如缬氨霉素能在膜的一侧结合K+,顺着电化学梯度通过脂双层,在膜的另一侧释放K+,且能往返进行。其作用机理就像虹吸管可以使玻璃杯中的水跨越杯壁屏障,向低处流动一样。此外,2,4-二硝基酚(DNP)、羰基-氰-对-三氟甲氧基苯肼(FCCP)可转运H+,离子霉素可转运Ca2+.

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