3.细胞膜和物质运输2017(1)
细胞膜与物质运输
细胞膜与物质运输细胞，是生命的基本单位，就如同一个个微小而又神奇的“小世界”。
在这个“小世界”中，细胞膜扮演着至关重要的角色，它就像是一道“城墙”，将细胞内部与外部环境分隔开来。
而细胞膜的一项重要功能，就是控制物质的进出，实现物质运输，以维持细胞的正常生命活动。
细胞膜，又被称为质膜，主要由磷脂双分子层构成。
磷脂分子有着独特的结构，它们的头部亲水，尾部疏水。
这种特性使得磷脂双分子层在水环境中能够自发地形成，构成了细胞膜的基本骨架。
除了磷脂，细胞膜中还包含有胆固醇、蛋白质等成分。
这些成分协同作用，赋予了细胞膜特定的性质和功能。
物质运输是细胞生存和发展的基础。
细胞需要从外界获取营养物质，同时排出代谢废物。
细胞膜上的物质运输方式主要分为两大类：被动运输和主动运输。
被动运输是指物质顺着浓度梯度进行的跨膜运输，不需要细胞消耗能量。
其中，简单扩散是最为简单的一种方式。
像氧气、二氧化碳、乙醇等小分子物质，可以直接穿过细胞膜的磷脂双分子层，从高浓度一侧向低浓度一侧扩散。
这种扩散速度取决于物质的浓度差以及膜对该物质的通透性。
另一种被动运输方式是协助扩散。
一些较大的分子，如葡萄糖，虽然自身难以直接穿过细胞膜，但在细胞膜上特定蛋白质的帮助下，能够实现从高浓度一侧向低浓度一侧的运输。
这些协助物质运输的蛋白质就像是细胞膜上的“专用通道”，具有高度的选择性，只允许特定的分子或离子通过。
与被动运输不同，主动运输是一种逆浓度梯度的物质运输方式，需要细胞消耗能量。
例如，细胞内的钠离子浓度通常低于细胞外，而钾离子浓度则高于细胞外。
为了维持这种离子浓度差，细胞通过钠钾泵这种特殊的蛋白质，消耗 ATP 所释放的能量，将钠离子泵出细胞，同时将钾离子泵入细胞。
主动运输对于细胞来说具有重要意义，它能够保证细胞按照自身的需求，主动地摄取所需的物质，并排出不需要的物质，从而维持细胞内环境的稳定。
除了上述常见的物质运输方式，细胞膜还能通过胞吞和胞吐作用来运输大分子物质。
细胞膜物质运输
• 作用：
– 保护
– 细胞识别和细胞黏连
• 细胞识别（cell recognition）是指细胞与细胞之间或细胞与大分 子之间，通过受体与配体、抗原与抗体的相互作用所产生的相 互辨认和鉴别，具有组织特异性。
– 决定血型
• 红细胞质膜上的糖鞘脂是AB0血型系统的血型抗原，糖链结构基 本相同，但末端糖基不同。A型血的糖链末端为N-乙酰半乳糖； B型血为半乳糖；O型血则缺少这两种糖基。
• SEM image of alveolar (Lung) macrophage attacking E. coli. (Show ruffle on the cell surface)
（三）内褶 内褶（infolding）是质膜由细胞表面内陷形成的 结构，常见于液体和离子交换活动比较旺盛的 细胞。
4、压力激活通道(stretch channel)
• 感受摩擦力、压力、牵拉力、重力、剪切力等。 • 目前比较明确的有两类机械门通道，一类对牵拉
敏感，为2价或1价的阳离子通道，有Na+、K+、 Ca2+，以Ca2+为主，几乎存在于所有的细胞膜。另 一类对剪切力敏感 ，仅发现于内皮细胞和心肌细 胞。
• 也叫自由扩散（free diffusion）：
– ①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散； – ②不需要提供能量； – ③没有膜蛋白协助。
• 膜的通透性，主要取决于被运输物质本身的理化性能，包 括以下几个方面：
• ① 脂溶性：一般来说，物质的脂溶性越大越容易穿过细胞 膜；
• ② 极性：非极性物质比极性物质更易溶于脂质，故非极性 物质更容易透过细胞膜；
K+ channel
4th subunit not shown
2024-2025学年高中生物第三章细胞的结构和功能3.3物质的跨膜运输教案苏教版必修1
3. 主动运输与被动运输的实例分析：以葡萄糖、氨基酸、离子等物质为例，解释主动运输和被动运输的原理及过程。
4. 跨膜运输的调控机制：探讨细胞如何通过载体蛋白、通道蛋白等调控物质的跨膜运输。
5. 影响跨膜运输的因素：分析浓度梯度、电荷、温度、压力等对跨膜运输的影响。
二、核心素养目标
1. 掌握细胞膜的结构与功能，理解物质跨膜运输的原理，培养生命观念。
2. 培养学生运用所学知识解释生物现象的能力，提高科学思维能力。
3. 增强学生对实验设计与实施的认识，发展科学探究素养。
4. 引导学生关注生物科学与社会生活的联系，培养社会责任感。
三、学习者分析
1. 学生已经掌握了细胞的基本结构、细胞膜的功能等基础知识，了解了生物体中物质运输的基本原理。此外，学生对生物学实验有一定的了解，能够进行简单的实验操作。
在课堂小结和当堂检测环节，教师应注重激发学生的学习兴趣，培养他们的科学思维和合作精神。通过有效的教学方法和手段，帮助学生巩固所学知识，提高他们的学习效果。同时，教师还应关注学生的学习风格和个体差异，给予个性化的指导和支持，促进他们的全面发展。
八、板书设计
①细胞膜结构与功能：
- 结构：磷脂双分子层、蛋白质、糖类
- 跨膜运输与生物技术：学生可以通过学习基因工程、药物输送等领域的知识，了解跨膜运输在生物技术中的应用。
- 生活中的跨膜运输实例：学生可以从饮食、药物、生物技术产品等方面，寻找与跨膜运输相关的实例，分析其生物学原理。
七、课堂小结，当堂检测
课堂小结：
在课堂小结环节，教师将简要回顾本节课学习的细胞膜结构与功能、物质跨膜运输等内容，强调重点和难点。通过梳理知识点，帮助学生形成完整的知识体系。同时，教师将肯定学生的表现，鼓励他们继续努力，提高学习效果。
细胞膜与物质运输
细胞膜与物质运输在我们的生命世界中，细胞就如同一个个微小而神奇的“小房间”，而细胞膜则是这个小房间的“门卫”，它掌控着物质进出细胞的“大门”。
物质运输是细胞维持生命活动的关键环节，而细胞膜在其中发挥着至关重要的作用。
细胞膜，也被称为质膜，是由磷脂双分子层构成基本骨架。
想象一下，磷脂分子就像一个个小小的“积木”，它们整齐地排列在一起，形成了一层薄薄的膜。
这层膜不仅分隔了细胞内和细胞外的环境，还为物质运输提供了基础结构。
物质运输主要有两种方式：被动运输和主动运输。
被动运输包括自由扩散和协助扩散。
自由扩散就像是一个“自由落体”的过程，一些小分子物质，比如氧气、二氧化碳、水等，它们能够凭借自身的能量，从浓度高的一侧向浓度低的一侧自由地穿越细胞膜，不需要任何“帮手”。
而协助扩散则稍微有点不同，一些较大的分子或者带电粒子，比如葡萄糖进入红细胞，就需要细胞膜上的特殊蛋白质“帮忙”，这些蛋白质就像“桥梁”一样，帮助它们顺利通过细胞膜，但这个过程同样不需要细胞额外消耗能量。
主动运输则是细胞的“主动出击”。
当细胞需要从低浓度的一侧将物质运输到高浓度的一侧时，就像把东西从低处搬到高处，这可不容易，需要消耗细胞的能量，通常是通过分解 ATP 来提供动力。
例如，一些离子，像钠离子、钾离子、钙离子等，以及一些有机小分子，如氨基酸、葡萄糖进入小肠上皮细胞，都是通过主动运输来实现的。
在主动运输中，细胞膜上的载体蛋白起着关键作用，它们会与被运输的物质特异性结合，然后在能量的驱动下发生构象变化，将物质运输到细胞内或细胞外。
除了上述的跨膜运输方式，细胞还可以通过胞吞和胞吐来实现大分子物质的运输。
胞吞就像是细胞把外界的大分子“吞”进来，形成一个“小口袋”，然后把这个“小口袋”包裹进细胞内。
胞吐则是相反的过程，细胞把内部的大分子物质用“小口袋”包裹起来，然后“吐”到细胞外。
细胞膜的物质运输功能对于细胞的生存和正常生理功能的维持具有极其重要的意义。
中图版必修一 细胞膜的物质运输功能(32张)
自由 高浓度→低 浓度 扩散
不消耗
不消耗 消耗
协助 高浓度→低 浓度 扩散
主动 运输 低浓度→高 浓度
葡萄糖进入 红细胞等 氨基酸等 各种离子
O2、CO2、等小分子物质或者氨基酸等离子跨
膜运输可以通过被动运输和主动运输，那么大分子 物质或颗粒状物质进出细胞的方式是怎样的？
不需要。都是顺浓度的梯度跨膜运输。
2. 自由扩散与协助扩散有什么异同？ 相同：都是顺浓度的梯度跨膜运输，不需要 消耗能量。 自由扩散不需要载体蛋白的参与 不同 协助扩散需要载体蛋白的参与
3. 为什么自由扩散和协助扩散被称为被动运输？ 二者都是顺物质的浓度梯度进行的，不需 要细胞消耗能量，所以，被称为被动运输。
分子排出细胞，这种现象叫胞吐。
在组成型分泌活动中，胞吐作用是自发进行的， 但是在调节型的细胞中，胞吐作用必需有信号的触 发。触发的信号可以是神经递质、激素或Ca2+ 等， 在胞吐过程中也需要GTP和ATP等。向分泌细胞注 射Ca2+离子可以促进胞吐作用。 胞吐作用的结果一方面将分泌物释放到细胞外， 另一方面小泡的膜融入质膜, 使质膜得以补充。
胞 吐 则 不 是 跨 膜 运 输 。
膜 运 输 方 式 ， 而 胞 吞 和
另 一 侧 ， 即 进 行 的 是 跨
细 胞 膜 运 输 到 细 胞 膜 的
质 从 细 胞 膜 的 一 侧 通 过
将 细 胞 要 选 择 吸 收 的 物
散 、 和 主 动 运 输 ， 都 是
细胞膜的物质运输功能
一种物质从相对高浓度区域移动到低浓度区 域的过程，称为扩散。 物质进出细胞，从高浓度运输到低浓度，即 顺浓度梯度的扩散，统称为被动运输。 物质进出细胞，从浓度运输到高浓度，即逆 浓度梯度的扩散，统称为主动运输。 物质进出细胞，其他运输方式。
第4章细胞膜与物质的跨膜运输
2. 影响膜流动的因素
脂肪酸链的饱和度和长度：脂肪酸链所含双键越 多越不饱和，使膜流动性增加。长链脂肪酸相变 温度高，膜流动性降低。
胆固醇：胆固醇的含量增加会降低膜的流动性。 卵磷脂/鞘磷脂：该比例高则膜流动性增加，是因
为鞘磷脂粘度高于卵磷脂。 其他因素：膜蛋白和膜脂的结合方式、温度、酸
碱度、离子强度等。
功能: 从结构及组分分析, 脂筏在膜内形成有效的平 台, 它有两个特点: 一是蛋白质聚集在脂筏内,便 于相互作用; 二是脂筏提供的环境有利于蛋白质 的构象变化.脂筏与膜的信号转导、蛋白质转运均 有密切的关系。
2020/4/4
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（五）细胞膜的主要功能
1. 为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境； 2. 选择性的物质运输，包括代谢底物的输入与代谢
用。细胞外被、质膜和表层胞质溶胶构成细胞表
面。
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一、细胞膜的不对称性
质膜的内外两层的组分和功能有明显 的差异，称为膜的不对称性。 膜脂、膜蛋 白和复合糖在膜上均呈不对称分布，导致 膜功能的不对称性和方向性，即膜内外两 层的流动性不同，使物质传递有一定方向， 信号的接受和传递也有一定方向等。
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（二）单位模型(unit membrane model)
J. D. Robertson 1959年用超 薄切片技术获得了清晰的细胞 膜照片，显示暗-明-暗三层结 构，厚约7.5nm。这就是所谓 的“单位膜”模型。它由厚约 3.5nm的双层脂分子和内外表 面各厚约2nm的蛋白质构成。 单位膜模型的不足之处在于把 膜的动态结构描写成静止的不 变的。
膜脂的不对称性还表现在膜表面具有胆固醇 和鞘磷脂等形成的微结构域-脂筏。
中考生物教案细胞膜与物质运输
中考生物教案细胞膜与物质运输中等考试生物教案：细胞膜与物质运输引言：细胞是生命的基本单位，其各种功能的实现与细胞内部物质的运输密切相关。
细胞膜作为细胞的边界，不仅保护细胞内部结构，还起到控制物质进出的重要作用。
本教案将重点介绍细胞膜的结构和物质通过细胞膜的运输过程。
一、细胞膜的结构细胞膜是由磷脂双分子层构成的，其中包括磷脂分子和膜蛋白。
磷脂分子具有亲水的头部和疏水的尾部，因此排列成双分子层，头部朝向细胞外、细胞内，尾部相对靠拢。
这种结构使得细胞膜具有半透性，能够控制物质的进出。
二、物质通过细胞膜的运输方式1. 扩散扩散是一种无需能量消耗的物质运输方式。
通过细胞膜的磷脂双分子层，物质可以沿浓度梯度从高浓度区域向低浓度区域自由运动。
这种自发的运动方式可以使细胞内外的物质达到动态平衡。
2. 渗透渗透是指溶质通过半透膜进入溶剂的过程。
当细胞内外溶液浓度不同时，细胞膜可以起到选择性渗透的作用。
例如，当细胞外溶液浓度较高时，水会从细胞内部流向细胞外部，细胞会发生萎缩现象；而细胞外溶液浓度较低时，水会进入细胞内部，细胞会膨胀。
3. 主动运输主动运输是一种需要能量消耗的物质运输方式，常涉及到细胞膜上的蛋白通道和转运蛋白。
有两种主要的主动运输方式：主动转运和胞吞作用。
主动转运是指细胞膜上的转运蛋白通过能量的耗费，将物质从低浓度区域转运至高浓度区域。
这个过程与扩散运输相反。
胞吞作用是指细胞将大颗粒或大量溶质包围起来，形成泡状物质然后将其吞入细胞内部。
4. 动力学运输动力学运输是通过细胞膜上的纺锤体纤毛或细胞骨架运动来实现的。
纺锤体纤毛的摆动可以使周围液体产生流动，从而带动物质的运输。
细胞骨架是由细胞内的蛋白纤维组成的网状结构，可通过增加细胞膜的表面积来增加物质的运输。
三、细胞膜的功能细胞膜的功能多样，主要包括以下几个方面：1. 维持细胞的完整性和稳定性，起到保护细胞内部结构的作用；2. 控制物质的进出，维持细胞内外环境的稳定；3. 传递信息，细胞膜上的受体通过与外界分子的结合来传递信号；4. 参与细胞内外的相互作用，细胞膜上的受体和配体可以使细胞与周围细胞或环境发生相互作用。
高考生物跨膜运输知识点
高考生物跨膜运输知识点高考生物跨膜运输知识点生物学中，跨膜运输是指细胞跨过细胞膜将物质传输到细胞内或细胞外的过程。
在高考生物考试中，跨膜运输是一个重要的考题，涉及到了细胞膜结构、物质转运及其重要的生理功能。
因此，本文将为大家介绍高考生物跨膜运输的知识点，帮助大家深入理解这一重要的生物学概念。
一、细胞膜结构细胞膜是由磷脂双层和蛋白质组成的。
磷脂双层在水中自组装成为一个类似于油的膜，其两侧分别包含有亲水性的头部和亲疏水性的尾部。
尾部中的疏水性分子为磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸等，且它们的静电荷不同，导致膜内的蛋白质分布也不同。
蛋白质在细胞膜中有着各种不同的功能，比如传递信息，促进物质运输等等。
细胞膜的结构决定了其对物质的选择性通透性，即只允许亲水性的小分子通过膜孔道进出细胞，例如水和一些离子。
对于大分子，如蛋白质或核酸而言，它们则需要通过跨膜运输的方式被细胞膜转运。
二、物质跨膜转运在生物学中，物质跨膜转运是指跨过细胞膜将物质传输到细胞内或细胞外的过程。
这个过程可以由被动、主动转运以及细胞外囊泡等多种方式实现。
1. 被动转运被动转运是一种passively diffussion 的过程，即物质沿着其浓度梯度从高浓度区域自发地扩散到低浓度区域，例如氧气和二氧化碳的进出细胞膜。
对于非极性分子以及极性分子的小分子而言，由于它们没有带电，因此可以轻易地穿过细胞膜进入细胞内或者跨出来。
2. 主动转运主动转运是指需要能量的转运过程，即分子非自发地沿着浓度对比相反的方向运动，以维持化学平衡。
它可以分为原位调节、信号传导和转运蛋白三种。
原位调节转运是通过离子泵、钠-钾泵等的机械作用来驱动分子运动过程，将一些离子从低浓度区向高浓度区运输。
信号传导转运凭借的是信号分子的生成或者传递过程，例如细胞表面的受体可以将信号传递到细胞内部，促进细胞对于外界环境的适应。
转运蛋白主要是利用细胞膜表面存在的一些载体蛋白，将某些大分子或者离子通过膜孔道运输到细胞内或者细胞外，也是实现物质跨膜运输的常见方法之一。
高三生物必修一知识点大全
高三生物必修一知识点大全目录1. 细胞的基本概念2. 细胞的结构和功能3. 细胞膜与物质运输4. 细胞的能量代谢5. 细胞的生长、增殖与分化6. 遗传信息的传递7. 遗传与变异8. 生物的进化和分类9. 生态系统的结构与功能1. 细胞的基本概念细胞是生物体结构和功能的基本单位，所有生物都是由一个或多个细胞组成的。
细胞具有代谢、生长、增殖、分化等基本生命活动。
2. 细胞的结构和功能2.1 细胞膜细胞膜是细胞的外层结构，具有选择性透过性，负责维持细胞内外环境的稳定，控制物质的进出。
2.2 细胞质细胞质是细胞膜与细胞核之间的区域，包含多种细胞器和溶质，是细胞内各种生物化学反应的场所。
2.3 细胞核细胞核是细胞的控制中心，包含遗传物质DNA，负责储存和传递遗传信息，控制细胞的生长、增殖和分化。
2.4 细胞器细胞器是细胞内的功能性结构，包括线粒体、内质网、高尔基体、核糖体等，各自负责不同的生物合成、代谢和分泌等功能。
3. 细胞膜与物质运输细胞膜通过扩散、渗透、主动运输等方式，实现物质在细胞内外之间的运输和交换。
4. 细胞的能量代谢细胞的能量代谢主要通过线粒体进行，包括糖解、三羧酸循环和氧化磷酸化等过程，产生细胞所需的能量（ATP）。
5. 细胞的生长、增殖与分化细胞生长是指细胞体积和质量的增加；细胞增殖是指细胞数目的增加；细胞分化是指未分化细胞向特定功能细胞的分化过程。
6. 遗传信息的传递遗传信息的传递包括DNA复制、转录和翻译等过程，是生物遗传和变异的基础。
7. 遗传与变异遗传是指生物体遗传信息的传递，变异是指生物体遗传信息的改变。
遗传和变异是生物进化的基础。
8. 生物的进化和分类生物进化是指生物种群遗传结构随时间的变化，生物分类是根据生物的形态、结构和功能等特征，将其划分为不同的等级。
9. 生态系统的结构与功能生态系统是由生物群落和非生物环境组成的，包括生产者、消费者和分解者等生物成分，以及阳光、空气、水等非生物成分。
细胞的物质运输知识点总结
细胞的物质运输知识点总结细胞是生命的基本单位，它们为维持生命活动需要吸收营养物质，并排出废物。
细胞的物质运输是细胞内物质的转运和交换的过程，对于保持细胞的正常功能发挥至关重要。
本文将总结细胞的物质运输的主要知识点。
1. 细胞膜的特点细胞膜是细胞的外界界限，它由磷脂双分子层构成，具有半透性。
半透性使得细胞膜对物质的通过具有选择性，只允许特定的物质通过。
2. 主要的物质运输方式细胞内物质可以通过主动运输和被动运输两种方式进行。
2.1 被动运输被动运输不需要细胞消耗能量，分为扩散、渗透和滤过等方式。
2.1.1 扩散扩散是指物质由浓度高处向浓度低处运动的过程，分子之间的碰撞和热运动使溶质在溶剂中自发运动。
它广泛应用于细胞内氧气和二氧化碳等小分子的运输。
2.1.2 渗透渗透是指溶质通过半透膜由高浓度的溶液透过至低浓度的溶液的过程。
渗透压差是影响物质跨膜渗透的主要因素。
2.1.3 滤过滤过是指溶质通过多孔物质的过程，其中大部分涉及到液体的流动。
它在生物体内主要发生在肾小球滤过液的形成过程中。
2.2 主动运输主动运输需要细胞消耗能量，包括主动转运和囊泡运输两种方式。
2.2.1 主动转运主动转运是指细胞膜上的转运蛋白通过消耗能量，将特定物质由低浓度区域转移到高浓度区域。
细胞膜上常见的转运蛋白包括钠钾泵和钙泵等。
2.2.2 囊泡运输囊泡运输是指通过囊泡的形成和释放来实现物质的转运。
内吞作用和分泌作用是囊泡运输的两种主要形式。
内吞作用是指细胞膜将外界物质包围形成囊泡，将物质带入细胞内。
分泌作用是指细胞内物质经过囊泡的包裹和运送，释放到细胞外部。
3. 胞内器官的运输方式在细胞中，不同的胞内器官也需要进行物质的运输和交换。
3.1 线粒体线粒体是细胞内能量的主要产生和供应者，其内部结构复杂，需要进行物质运输。
线粒体通过膜上的转运蛋白以及电子传递链，将产生的能量分子（如 ATP）从线粒体内部转运至细胞质中，为其他细胞内的活动提供能量。
2017物质跨膜运输的实例和方式用
2．(2012·浙江高考)人体肝细胞内CO2分压和K＋ 浓度高于细胞外，而O2分压和Na＋浓度低于细胞外， 上述四种物质中通过主动转运进入该细胞的是
(
) A．CO2
C
B．O2
C．K＋
D．Na＋
3．(2014·内江一模)据报道，一种称做“瘦素
穿肠蛋白”的药物治疗肥胖，可口服使用，以减
轻肥胖症患者肌肉注射的痛苦。小肠上皮细胞吸
(√ )
四
知识点三 物质跨膜运输的方式
1、大分子 与小分子的区分 生物大分子指的是作为生物体内主要活性成分质、核酸、多糖.
与生物大分子对立的是小分子物质（二氧化碳、甲烷 等）和无机物质或者说除了大分子物质以外的都可称 为小分子
2、大分子 与小分子的进出细胞的方式
()
A.载体数量、能量
B.能量、载体数量
C．载体数量、离子浓度
D.能量、离子浓度
二、物质跨膜运输的其他实例[判断正误]
1．物质的跨膜运输并不都是顺相对含量浓度梯度
的。( √ )
2．只有细胞膜是选择透过性膜，其他生物膜都不是
选择透过性膜。( × ) 3．生物膜都具有饱和性和竞争抑制现象。( √ )
4．吸水和吸收无机盐离子是两个相对独立的过程。
②载体具有饱和性：当细胞膜上的载体已达饱和 时，细胞吸收该载体运载的物质的速度不再随物 质浓度的增大而增大。
(2)能量：凡是能够影响能量供应的因素都 影响主动运输的速度，如温度、氧气浓度等。具 体分析如下：
甲图分析：①A点无氧呼吸为矿质离子吸收提供 能量。②AB段表示在一定范围内，随O2增多，有氧 呼吸加强，主动运输方式速率加快。
Ｄ
A．不同植物对同种离子的吸收量是不同的 B．同一种植物对不同离子的吸收量是不同的 C．与番茄相比，水稻对SiO需求量大，对Ca2＋需求量小 D．植物对各种离子的吸收速率与溶液中离子的浓度呈 正相关
细胞膜与物质的跨膜转运 小分子物质的穿膜运输
• ①通过水解ATP获得能量 ； • ②离子浓度梯度；
大分子物质的跨膜运输
Endocytosis and Exocytosis
胞
胞
吞
饮
吐
噬
作
作
作
用
用
用
吞噬体phagosome
吞饮体pinosome
一、胞吞作用（endocytosis）
▪ 又称入胞作用或胞吐作用，是通过质膜的变 形运动将细胞外物质转运入细胞内的过程。
适合单纯扩散的物质： 脂溶性物质(非极性物质): 苯.乙醇.氧. 不带电荷小分子物质: 水.尿素.二氧化碳 不适合单纯扩散的物质： 带电荷物质，葡萄糖、氨基酸、核苷酸及许 多代谢产物不能通过单纯扩散穿膜转运。
膜转运蛋白
1.通道蛋白 在膜上形成亲水孔道介导离子转运
2.载体蛋白 通过构象改变进行物质转运
高浓度
配体
通道蛋白
低浓度
特点：通道蛋白在与神经递质或其他信号分子结合时开放
机械门控通道（mechanic-gated channel）
➢通道蛋白受压力作用，引起通道构象改变 而开启“闸门”，离子通过亲水通道进入 细胞，引起膜电位变化。
➢如内耳毛细胞感受声音
神经肌肉接头处离子通道的作用
神经-肌接头处的闸门通道
二、离子通道扩散
▪ 以其亲水区构成亲水通道和离子通道 ▪ 有些通道蛋白处于持续开放状态：
例如：钾泄漏通道 ▪ 多数通道为闸门通道
闸门门控通道的类型
1.电压闸门通道（voltage-gated channel） 2.配体闸门通道（ligand-gated channel） 3.机械门控通道(mechanical gated channel)
细胞生物学第四章细胞膜及物质的跨膜运输
0.23 0.7 1.5 1.5-4 3.2
(一) 膜脂 生物膜上的脂类统称膜脂。
磷脂 膜 脂 胆固醇
糖脂
均为“双亲性分子”(★★)
既有亲水性一端，又有 疏水性一端的分子。
1、磷脂的类型
X
极
磷脂酰胆碱（卵磷脂）
性 头
磷 磷脂酰乙醇胺（脑磷脂）
部 （
脂 磷脂酰丝氨酸
亲 水 性
鞘磷脂
）
非
极
性
尾
鞘
部 （
（一）吞噬作用
※指细胞内吞较大的固体颗粒或分子复合物的过程，
如细菌、细胞碎片、无机尘粒等。
※吞噬作用形成的囊泡称吞噬体。
※是原生动物获取营养的重要方式。 ※在高等动物和人类是机体免疫系统的重要功能
（如巨噬细胞等）。
（二）胞饮作用
※是指细胞内吞液体或小溶质分子的活动。 ※胞饮形成的囊泡称胞饮体。
※大多数细胞具有胞饮作用。
ATP
Na+
细胞外
Na+
小 亚 基 小 亚 基 小 亚 基
Na+
Na+ Na+
细胞内
K+ K+
K+
浓 钾结合部位 度
梯 度 30 倍
ADP+Pi
K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+
K+
K+
K+
K+ K+
K+ K+
K+
K+
K+
K+
K+
K+ K+
细胞的运输和物质交换
细胞的运输和物质交换细胞是生命的基本单位，通过运输和物质交换来维持正常的生理功能。
本文将探讨细胞内外两个方面的运输和物质交换过程，以及相关的重要机制。
一、细胞内运输1. 细胞质流动细胞质是细胞内的胶状物质，其中包含了细胞器、蛋白质和其他生物分子。
细胞质流动是指细胞质中物质的传递过程，通过细胞质流动，细胞可以将新合成的物质传递到需要的位置，以满足细胞的需求。
2. 微管系统微管是一种由蛋白质组成的细胞结构，它在细胞内起到支撑和运输作用。
微管通过动力蛋白驱动，将细胞内的物质沿着其表面进行运输。
这个过程被称为动力蛋白驱动的细胞内运输，其中最重要的动力蛋白是肌动蛋白和微管相关蛋白。
3. 细胞核运输细胞核是细胞内的控制中心，负责DNA的复制和转录。
细胞核内的信使RNA（mRNA）需要从细胞核运输到细胞质中的核糖体，这个过程称为核糖体间运输。
核糖体间运输依赖于核糖体结合蛋白和核孔蛋白的作用。
二、细胞外物质交换1. 扩散扩散是一种无需能量消耗的物质运输方式，它发生在浓度梯度存在的情况下。
细胞膜是控制物质进出细胞的关键结构，通过细胞膜上的脂质双层和膜蛋白，物质可以通过扩散进入或离开细胞。
2. 渗透和渗透调节渗透是指水分子通过半透膜从浓度较低的溶液流向浓度较高的溶液的过程。
渗透调节是细胞为了维持细胞内外水分平衡而采取的策略。
比如，当细胞外溶液浓度较高时，细胞会通过释放溶质来增加细胞外溶液的渗透浓度，以减少水分的流失。
3. 胞吞和胞吐胞吞是指细胞通过细胞膜的变形和膜囊的形成，将细胞外的大分子或颗粒状物质吞入细胞。
胞吐是指细胞通过细胞膜包裹物质，形成囊泡，并将其排出细胞外部。
胞吞和胞吐是细胞与外界环境进行物质交换的重要方式之一。
4. 活性转运活性转运是一种通过载体蛋白和能量消耗，将物质从浓度较低的区域转移到浓度较高的区域的过程。
这个过程可以对物质进行选择性运输，以满足细胞内不同物质的需求。
总结：细胞的运输和物质交换是细胞内外重要的生理过程，通过细胞内运输和细胞外物质交换，细胞能够获得所需物质，并将废弃物排出体外，以维持正常的生命活动。
细胞膜课程思政案例
细胞膜课程思政案例一、课程导入中的思政元素。
1. 故事开场。
同学们，今天咱们要讲细胞膜，在讲这个神奇的“细胞卫士”之前呢，我想给大家讲个故事。
就像咱们国家有边境线一样，细胞也有它自己的边界，那就是细胞膜。
想象一下，细胞就像一个小小的国家，细胞膜就是它的城墙。
在古代，咱们中国的长城可是伟大的防御工程，抵御着外敌的入侵。
而细胞膜对于细胞来说，也是至关重要的防御体系。
这告诉我们，无论是一个国家还是一个小小的细胞，边界的保护都是生存和发展的关键。
这就像我们在生活中，也要学会保护自己的边界，坚守自己的原则，不被不良的事物轻易侵犯。
2. 从细胞膜的发现看科学探索精神。
大家知道细胞膜是怎么被发现的吗？那可是科学家们经过漫长的探索才搞清楚的。
早期科学家们只能通过一些很简单的观察和推测，就像在黑暗中摸索一样。
但是他们没有放弃，不断地做实验，一点一点地积累知识。
就像哥白尼坚持日心说，虽然当时面临着巨大的压力，但他坚信真理。
科学家们对细胞膜的探索也是如此，这种探索精神就是我们要学习的。
我们在学习和生活中，也会遇到各种各样的难题，但是只要有这种不放弃、不断探索的精神，就一定能找到答案。
二、细胞膜结构教学中的思政融合。
1. 细胞膜结构的整体性。
细胞膜有着磷脂双分子层、蛋白质等复杂的结构。
这就像一个团队一样，每个部分都有自己的功能，但又相互协作，缺了谁都不行。
就像咱们班集体，有的同学擅长学习，有的同学擅长组织活动，有的同学擅长体育。
大家各自发挥自己的特长，为了班级这个大“细胞”的良好运转而努力。
我们要明白，在一个集体中，个人的力量固然重要，但是团队的整体性和协作性更加关键。
我们要有集体荣誉感，就像细胞膜各个成分紧密合作来维持细胞的正常功能一样。
2. 细胞膜的流动性与适应性。
细胞膜具有流动性，这是一个很神奇的特性。
就像人要适应环境的变化一样，细胞也需要适应周围环境的变化。
比如说，当环境中的营养物质浓度变化或者温度变化的时候，细胞膜能够通过调整自己的流动性等特性来适应。
细胞膜运输机制
细胞膜运输机制细胞膜是细胞内部与外部环境之间的重要屏障，并起到了物质运输的关键作用。
细胞膜运输机制指的是细胞膜上物质的进出过程，包括主动转运、被动扩散和细胞吞噬等多种方式。
本文将详细介绍细胞膜运输的机制及其相关特点。
一、被动扩散被动扩散是一种不需要能量参与的物质运输方式。
细胞膜上有许多孔道和载体蛋白，通过这些通道可以容许小分子物质通过。
在浓度梯度的驱动下，溶质分子会自发地从高浓度区域向低浓度区域扩散，直到达到浓度平衡。
被动扩散的速率与浓度梯度成正比，与物质分子大小和膜通透性相关。
二、主动转运主动转运是一种需要能量参与的物质运输方式。
细胞膜上的转运蛋白在这一过程中承担了关键的角色。
根据转运蛋白的不同类型，主动转运可分为主动运输和次级活动运输两种机制。
1. 主动运输主动运输是指物质违反浓度梯度，从低浓度区域向高浓度区域输送，需要耗费能量。
细胞膜上的离子泵是主动运输的典型例子，如钠钾泵。
这种泵通过将钠离子从细胞内排出，同时将钾离子从细胞外吸收，维持了细胞的正常电位和浓度。
2. 次级活动运输次级活动运输是指细胞膜上的载体蛋白利用主动转运的离子梯度来媒介物质运输。
例如，葡萄糖通过钠离子-葡萄糖转运蛋白（SGLT）进入细胞。
细胞利用钠离子的浓度梯度，将葡萄糖顺利地转运入细胞内。
三、细胞吞噬细胞吞噬是一种特殊的细胞膜运输机制，细胞利用胞吞体或胞嘧体将溶质或固体颗粒从细胞外部摄入，形成内部泡泡。
这种方式常见于细胞摄取细菌或其他微生物、细胞内蛋白降解等过程。
细胞吞噬是通过细胞膜上的吞噬受体识别和结合外源性物质，形成吞噬囊泡并融合入内质网进行降解。
细胞膜运输机制在维持细胞内环境稳定、细胞生存和生物体正常功能的角色不可或缺。
通过被动扩散、主动转运和细胞吞噬等机制，细胞膜实现了物质的选择性进出，保证了细胞内外物质的平衡和正常代谢的进行。
然而，细胞膜运输机制也存在一些相关问题。
例如，在某些情况下，物质的过度积累或过度排泄可能导致相关疾病的发生。
细胞膜运输过程
细胞膜运输过程细胞膜是细胞内外环境之间的重要界面，起着物质传递、能量转换和信息传递的关键作用。
细胞膜运输过程是指细胞膜上物质的进出过程，包括主动运输、被动运输和胞吞作用等。
一、主动运输主动运输是指细胞膜通过能量的消耗，将物质从低浓度区域转移到高浓度区域，以维持细胞内外浓度的平衡。
主动运输有两种常见的形式：主动转运和背面扩散。
1. 主动转运主动转运是由膜蛋白所媒介的细胞膜运输方式。
膜蛋白被嵌入到细胞膜中，有特异的结构和功能。
当细胞需要某种特定物质时，膜蛋白会与该物质结合，耗费能量将其运输到细胞内或细胞外。
例如，Na+/K+-ATP酶是一种常见的膜蛋白，在细胞膜上负责维持钠和钾的浓度差。
2. 背面扩散背面扩散是细胞膜上的离子或分子在浓度梯度驱动下通过膜蛋白进行运输的过程。
这种运输方式不需要额外的能量消耗，仅依赖于物质的浓度梯度。
其中一个典型的例子就是水的渗透调节过程。
当细胞内外水分浓度不平衡时，膜上的水通道蛋白（如AQP蛋白）能够快速地将水分子从浓度低的区域转移到浓度高的区域。
二、被动运输被动运输是指细胞膜上物质由高浓度区域转移到低浓度区域的过程，也称为扩散运输。
被动运输的方式包括简单扩散和依赖蛋白的扩散。
1. 简单扩散简单扩散是指小分子通过细胞膜的脂双层直接扩散的过程，不需要蛋白质的参与。
这种运输方式基于物质的浓度梯度，与浓度差有关，其速率与浓度梯度成正比。
例如，氧气和二氧化碳能够通过细胞膜的脂双层快速扩散。
2. 依赖蛋白的扩散依赖蛋白的扩散是指大分子或带电离子通过细胞膜的蛋白通道进行运输的过程。
这些通道选择性地允许特定物质通过，而阻断其他物质的进出。
通道蛋白根据传输物质的特性分为离子通道和小分子通道。
三、胞吞作用胞吞作用是细胞膜包绕大型颗粒或细胞外溶液形成泡状的过程，使这些物质被封装在细胞内部进行进一步处理。
胞吞作用可以分为噬菌体和内体吞噬两种。
1. 噬菌体噬菌体是指细胞通过膜囊泡将固体颗粒摄入细胞内，形成噬菌体。
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在机体防御系统中发挥重要作用。
2. 胞饮作用
包围液体物质，形成胞饮体(pinosome)或
胞饮泡(pinocytic vesicle)，直径小于150nm。
（三）受体介导的内吞作用
是细胞通过受体的介导摄取细胞外专一性蛋 白质或其他化合物的过程。
选择和高效，不需要摄入大量的细胞外液。
1）有被小窝和有被小泡的形成 受体集中在质膜的特定区域，称为有被小 窝(coated pits)。
每分子ATP水解可运转两个Ca2+，Ca2+-ATP酶 的活性也需Mg2+的存在。
肌浆网Ca2+-ATP酶极丰富
在水中构建含Na+-K +泵作为惟一膜蛋白的人工脂质 体小泡，并假设每一个泵反向转运Na +和K +。所有 Na+和K + 泵分子原来面向胞质的部分现在朝向小泡 外面。分析在下列实 验条件下将会发生什么情况?
高浓度
配体
通道蛋白
低浓度
配体闸门通道
(2)电压门控通道：
膜两侧跨膜电位的改变是控制电压门控通 道开放与关闭的直接因素。 电压门控通道主要存在于神经元、肌细胞
及腺上皮细胞等可兴奋细胞，包括钾通道、钙
通道、钠通道和氯通道。
配体闸门通道
膜电位（知识扩展，生理学）
静息电位：细胞在静息状态下的膜电位， 典型的膜电位在-30—— -70mV之间。
—
特定刺激 与载体数量状态有 关 与细胞代谢状态有 关
离子泵
主动运输 协同运输 吞噬作用 胞吞作用 胞饮作用 受体介导 的胞吞作 用 膜 泡 运 输 （大分子和 颗粒物质的 运输） 外→内 ＋
与 ATP 合成速度有 关
胞吐作用
内→外
＋
与 ATP 合成速度有 关
(1)将小泡悬浮在含Na +和K +的溶液中，并且小泡内溶液有同样 的离子组成；
(2)将ATP加到(1)所描述的悬浮液内；
(3)加入ATP，但是小泡内外的溶液中只含有Na +而不含K +；
2. 伴随运输（co-transport） 由储存在膜上离子梯度中的能量来驱动，这一能 量来源与进行耦联运转的蛋白质相联系来完成物 质跨膜运输，即一种物质的运输依赖于第二种物 质的同时运输
目前在人类细胞中已发现有十多种水通道蛋白
一个AQP水通道蛋白分子每秒钟可以允许30亿个水 分子通过。
水通道（aquaporins）
四聚体，每个亚基都由6 个跨膜α螺旋组成，单独
形成一个供水分子运动
的中央孔，孔径稍大于 水分子直径。
水通道蛋白大量存在于动物、植物等多种生物 中；哺乳动物水通道蛋白大量存在于肾脏、血 细胞和眼睛等器官中,对体液渗透、泌尿等生 理过程非常重要。 细胞通过水通道蛋白以快速调节自身体积和内 部渗透压。
共运输 ：两种物质运输方向相同 对运输
：两种物质运输方向相反
共运输 ( symport)； 例：Na+顺浓度梯度 运转的同时伴有葡萄 糖或氨基酸的逆浓度 梯度运转。进入细胞 的Na+被Na+ -K+泵出， Na+梯度得以维持。 。 Na+梯度越大，葡萄 糖或氨基酸的运入速 率也越大。
对运输 ( antiport) 例：Na+-Ca2+ 和Na+-H+交换载体Na+顺浓度 梯度进入细胞时供给能量使Ca2+逆浓度梯 度排出细胞外，这是细胞向外环境驱钙的 一种重要机制。在动物细胞还普遍存在Na+ -H+交换载体，Na+的流入与的H+输出相耦 联，从而清除细胞代谢过程中产生的过量 H+ 。 Na+-H+交换速率受细胞内pH的调控， pH越低，交换越活跃。
● 结构性分泌（constitutive exocytosis pathway）
所有真核细胞连续分泌过程用于质膜更新（膜
脂、膜蛋白、胞外基质组分、营养或信号分子） default pathway：除某些有特殊标志的駐留蛋 白和调节型分泌泡外，其余蛋白的转运途径： 粗面内质网→高尔基体→分泌泡→细胞表面
Na+
钾 浓 度 梯 度 [30 倍 ]
K+
K+
钠结合部位
Na+ Na+
Mg+ Pi
Pi
ATP ADP+Pi
K+
K+ K+
K+ K+
K+
K+ K+ K+ K+ K+
2+ Ca －ATP酶（Ca泵）
细胞膜上一种参与物质主动运输的载体蛋 白（分子量10万）。
一般真核细胞内[Ca2+]＜10－7mol／L，细胞 外Ca2+浓度较高，约为10－3mol／L。细胞 内低Ca2+环境即由钙泵维持。
动作电位：在刺激作用下产生行使通讯 功能的快速变化的膜电位称为动作电位。
(3)应力激活通道：
应力激活通道(stress—activated channel)是 通道蛋白感应力而改变构象，开启通道使离子 通过亲水通道进人细胞，引起膜电位变化，产 生电信号。
（4）水通道扩散
1991年Agre发现第一个水通道蛋白Aquaporin
病人肾小管上皮细胞的胱氨酸载体蛋白 异常对肾小球滤出的原尿中四种氨基酸（胱 氨酸、赖氨酸、精氨酸及鸟氨酸)重吸收发生 障碍，尿中四种氨基酸排出过量形成尿路结 石，引起肾损伤。
2、肾性糖尿
是肾小管上皮细胞葡萄糖重吸收障碍，在 血糖正常情况下尿中出现葡萄糖。
二、离子通道异常与疾病 囊性纤维化 (cystic fibrosis，CF）是白种
2003年，美国科学家彼得· 阿格雷和罗德里克· 麦 金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构 和机理研究而获诺贝尔化学奖。
Peter Agre
Roderick MacKinnon
3. 易化扩散（ facilitated diffusion ） 借助于载体的帮助不消耗能量物质顺浓度梯度的转 运方式称帮助扩散。可运输一些亲水性物质和无 机离子等
载体蛋白（carrier protein）：与特定溶质结合改 变构象使溶质穿越细胞膜。
高浓度
载体蛋白
低浓度
（二）主动运输（active transport）
借助于镶嵌在细胞膜上专一性很强的载 体蛋白，通过消耗代谢能量，将物质从 低浓度处向高浓度处的运输方式。
1. 离子泵 Na+-K+泵 泵为Na+-K+ATP 酶具有载体和酶的双重 作用
人中最常见的致死性常染色体隐性遗传病。
由于大量黏液阻塞全身外分泌腺所致慢性 阻分泌的黏液中去，分泌的 黏液水化不足黏度增大，造成纤毛摆动困难，不能 向外排除分泌物而易于引发细菌感染。
三、膜受体异常与疾病
1、家族性高胆固醇血症 是一种常染色体显性遗传病， LDL受体 缺乏或受体结构异常，重型纯合子病人常在2 0岁前后出现动脉硬化，死于冠心病。
共运输
对运输
知识拓展-乌本苷和毛地黄药理机制
细胞内Ca2+浓度升高引起肌细胞收缩。乌 本苷和毛地黄可抑制钠-钾泵。 请说明乌本苷和毛地黄促使心肌更强烈 地收缩，治疗心脏病的机制。
二、膜泡运输
通过一系列膜囊泡形成和融合来完成的转运过程，
属于主动运输。
胞饮作用pinocytosis 吞噬作用phagocytosis 受体介导的胞吞作用low de nsity lipoprotein
胞 吐 作 用
吞 噬 作 用
胞 饮 作 用
吞噬体phagosome
吞饮体pinosome
（一）胞吞作用
1. 吞噬作用
动物细胞中，只有几种具有吞噬功能的细胞，如中
性粒细胞、单核细胞及巨噬细胞等 ，摄取较大的固体 颗粒或分子复合物(直径>250nm)。
吞噬形成的膜泡称为吞噬体(phagosome)或吞噬泡 (phagocytic)。
1. 简单扩散（simple diffusion）
不需要消耗能量和不依靠专一膜蛋白分子而 使物质顺浓度梯度从膜的一侧转运到另一侧 的运输方式。
脂溶性物质(非极性物质): 苯、乙醇、氧、氮 不带电荷小分子物质: 水、尿素、二氧化碳
2. 离子通道扩散(ionic channel diffusion 离子通道蛋白(channel protein)：形成贯穿 脂双层之间的通道。
LDL为球形颗粒，载脂蛋白ApoB l00是细 胞膜上LDL受体的配体，它将酯化胆固醇、 磷脂、游离胆固醇组装成球形颗粒。
LDL颗粒
LDL受体
细胞质
有被小窝
受体再循环 胞内体部分 有被小泡 胞内体部分
无被小泡
吞 噬 溶 酶 体
胞内体 初级溶酶体 受体与大分子颗粒分开
二、胞吐作用（exocytosis ）
●调节性分泌（regulated exocytosis pathway）
特化的分泌细胞
储存——刺激——释放
产生的分泌物（如激素、粘液或消化酶）
第三节 细胞膜异常与疾病
一、载体蛋白异常与疾病
1、胱氨酸尿症
常染色体隐性遗传
常见症状是肾绞痛，通常发生在10~30岁，由于尿路梗阻
可引起尿感 和肾功能衰竭
通常根据通道门控机制的模式不同和所通透离 子的种类将门控通道大致分为三大类：
离子通道
配体（闸）门通道(ligand-gated) 电压（闸）门通道 (voltage-gated) 机械闸门通道(stress-activated)