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  • 细胞生物学:质膜物质运输概述

    作者:jaminsu    文章来源:医学教育网    点击数:    更新时间:2007-8-11

      物质的跨膜运输

      3.5.1 质膜物质运输概述

      细胞质膜不仅仅作为物质出入细胞的障碍,还要具有控制分子和离子通过的能力(图3-45)。换句话说,细胞质膜必须具有选择性地进行物质跨膜运输、调节细胞内外物质和离子的平衡及渗透压平衡的能力。

    图 3-45 物质的跨膜运输

      ■ 物质运输的范畴

      细胞进行的物质运输有三种不同的范畴:

      ● 细胞运输(cellular transport) 这种运输主要是细胞与环境间的物质交换;

      ● 胞内运输(intracellular transport) 是真核生物细胞内膜结合细胞器与细胞内环境进行的物质交换;

      ● 转细胞运输(transcellular transport) 这种运输是物质穿越细胞的运输。

      ■ 膜运输机制:被动运输与主动运输

      ● 被动运输与主动运输的差异

      有三个主要的差异(图3-46):起始条件不同、运输方式不同、产生的结果不同。

      请从起始条件、运输方式、产生的结果等三个方面对主动运输和被动运输进行比较

    图3-46 被动运输和主动运输

      ● 物质输入细胞的四种方式

      溶质分子可通过四种不同的方式跨膜运输到细胞内(图3-47)。

    图3-47 物质跨膜运输的四种基本机制

      图中用较大号字母表示溶液的高浓度。(a)通过脂双层的简单扩散;(b)通过膜整合蛋白形成的水性通道进行的被动运输;(c)通过同膜蛋白的结合进行的帮助扩散,也同(a)和(b)一样,只能从高浓度向低浓度运输;(d) 通过载体介导的主动运输,这种载体主要是酶,能够催化物质从低浓度向高浓度运输。

      ■ 膜运输蛋白(membrane transport protein)

      无论是被动还是主动运输, 都有膜蛋白的参与, 这些蛋白被称为膜运输蛋白。

      ● 膜运输蛋白的鉴定

      目前有两种鉴定方法(图3-48),一种是亲和标记法(affinity labeling),另一种是膜重建(membrane reconstitution)。医学教育网

    图3-48 鉴定膜运输蛋白的两种方法

      上:亲和标记法,在此法中常常用到特异的运输系统的抑制剂。下:膜重建法。

      ■ 离子载体在膜运输蛋白功能研究中的应用 人们对自然状态下的膜运输特性的认识主要来自离子载体(ionophore)的应用。

      ● 短杆菌肽 A(gramicidin A)是一种形成通道的离子载体,它具有疏水的侧链, 两个分子在一起形成跨膜的通道。它能够有选择地将单价阳离子顺电化学梯度通过膜(图3-49),可被短杆菌肽 A离子通道运输的阳离子有∶H+ 〉NH4+〉K+ 〉Na+ 〉Li+。

    图3-49 短杆菌肽A离子载体作用机制

      ● 缬氨霉素(valinomycin)是一种由12个氨基酸组成的环形小肽。将缬氨霉素插入脂质体后,通过环的疏水面与脂双层相连, 极性的内部能精确地固定K+.它在一侧结合K+,然后向内侧移动通过脂双层, 在另一侧将K+释放到细胞内(图3-50)。

    图3-50 离子运载的离子载体的作用机制

      从上面介绍的两个离子载体的例子可以得到两个基本结论:① 膜运输蛋白具有选择性;② 膜运输蛋白通过两种机制进行物质运输,一是形成水性通道,二是同被运输的物质结合,以可动的形式穿膜,即可动载体(mobile carrier)的运输。

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