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物质的跨膜运输   

2015-12-28 19:10:12|  分类: 生物信息 |  标签: |举报 |字号 订阅

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细胞必须不断地与其环境进行物质交换,即不断地从环境中获取所需要的营养物质,同时排除代谢产物和废物,才能维持其内环境的相对稳定,所以物质通过细胞膜的转运对维持细胞的生命活动至关重要。细胞膜是具高度选择性的通透屏障,因此物质的跨膜运输与细胞膜的结构及活性密切相关。物质通过细胞运输主要有3种方式:简单扩散、载体运输和胞吐作用与胞吞作用。 1.简单扩散 是物质顺浓度梯度(由浓度高到浓度低的方向)的过膜运输,是不消耗能量的被动运输。由于膜的脂质双层基本结构和膜脂运动而产生的间隙很小,所以只有脂溶性物质和直径小于1.0nm且不带电荷的物质,如乙醇、乙醚、O2、CO2、水等可通过简单扩散而过膜运输。 2.载体运输 是需要载体介导的物质跨膜运输,载体是存在于膜上的膜转运蛋白。载体运输包括协助扩散和主动运输。 (1)协助扩散是葡萄糖、氨基酸、核苷酸等水溶性有机小分子和一些无机离子在膜转运蛋白介导下顺浓度梯度的被动运输。膜转运蛋白可分为两类,即载体蛋白(carrierprotein)和通道蛋白(channelprotein)。载体蛋白是跨膜蛋白分子,普遍存在于几乎所有生物膜上,具有高度的特异性,其上有特异结合位点,一个特定的载体蛋白只能特异地与某一类型分子或离子进行暂时性的可逆结合。当载体蛋白与特定的待运输分子结合时,其构象发生可逆性变化,从而使被转运分子得以顺浓度梯度跨膜转运。载体蛋白也可介导主动运输。 通道蛋白是跨膜形成亲水性通道的膜蛋白分子,它们所形成的通道允许大小适宜的分子和带电荷的离子通过。由于通道蛋白几乎都与离子的转运有关,所以又称离子通道。离子通道对被转运离子的大小和电荷有高度选择性,通道的活性由通道开或关两种构象调节。多数情况下通道是关闭的,只有在特定刺激发生时(如胞外化学物质或膜电位变化产生的电压,或细胞内某些特殊离子浓度的变化),才瞬间开放,使被转运离子等可以顺浓度梯度跨膜运输。(2)主动运输是在膜上特异性载体蛋白介导下,物质逆浓度梯度的跨膜运输,需要消耗很多能量,故称主动运输。主动运输普遍存在于各类生物的细胞中,如正常生理条件下,神经、肌肉细胞内K+浓度为胞外的30倍,胞外Na+浓度比胞内高约13倍,但细胞仍然不断地积累K+和排出Na+;许多海藻细胞内碘的浓度比海水高约200万倍,但它们仍然从海水中摄取碘。根据能量来源的不同,主动运输 又可分为由ATP直接供能和间接提供能量两种方式。 由ATP直接提供能量的主动运输通过称为“泵”的载体蛋白介导来完成。如Na+-K+泵、Ca2+泵和H+泵等,它们都具有ATP酶活性,所以又称Na+-K+ATP酶、Ca2+-ATP酶和H+-ATP酶。其运输机理通常是离子与酶中特异结合位点的结合,引起酶构象变化,导致酶与离子亲和力的改变,从而完成对离子的主动转运。靠间接消耗ATP的主动运输由Na+-K+泵(或H+)与载体蛋白协同作用来转运某些分子。如小肠上皮细胞对葡萄糖、氨基酸等营养物质的吸收主要通过这种方式来完成。其运输机理是利用Na+-K+泵(或H+泵)消耗ATP,主动转运离子所产生的膜两侧Na+(H+)的电化学梯度为直接动力,来推动载体蛋白对特异性物质分子进行逆浓度梯度运输。这种载体蛋白上具有与该离子及所转运的物质分子同时结合的两个结合位点。
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