细胞生物学—细胞膜的功能和特点

通道蛋白（channel protein）与所转运物质的结合 较弱，并能形成亲水的通道，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（被动运输） 的方式运输溶质。
被转运的分子
通道蛋 白
载体 蛋白
脂 双 层
浓度梯度
简单 由通道 扩散 介导
由载体 介导
被动运输
主动运输
通过单纯扩散，又可通过协助扩散而自发产生
简单扩散也叫自由扩散（free diffusing），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。
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疏水分子
小的不带电荷的 水、尿素
极性分子
6.能量的转换
第五章 物质的跨膜运输
与
信号传递
第一节 物质的跨膜运输
细胞膜在细胞生活中具有重要的作用，因为细 胞和环境发生的一切联系和反应，都必须通过膜。 如细胞外的物质进入细胞或细胞内的物质排出细 胞，以及激素、药物对细胞的作用，信号转换、 细胞识别与免疫等，都是关系到膜的功能问题。 膜允许一定物质穿过的性能称为膜的通透性。表 示物质通透性的量度称为通透系数（单位为 cm/s）。
乙醇、甘油
大的不带电荷的 极性分子
氨基酸 核苷酸 葡萄糖 蔗糖
离子
人工脂双层对不 同种类分子的相 对通透性
合成的脂 双层
脂溶性物质如苯、 醇、甾类激素、以 及O2、CO2、Ｎ2等 就是借助于浓度梯 度，从高浓度一侧 直接穿过脂质双层 向低浓度一侧进行 扩散。在进行扩散 时，所需要的能量 来自高浓度物质本 身所包含的势能， 符合物理学上单纯 扩散规律。
细胞膜对物质的通透性最显著的特点是它的 选择性，即有选择性地允许或阻止一些物质通过 细胞膜。选择性通透对物质进出细胞起着调节作 用。维持了膜内外离子浓度差和膜电位，保证了 膜内外渗透压平衡。这对于保持细胞内环境的相 对稳定及各种生命活动的正常进行，有极其重要 作用。细胞膜的物质运输活动可分为两大类型， 一种是小分子和离子的穿膜运输，另一种是大分 子和颗粒物质的膜泡运输。
2.调节运输 膜为两侧的分子交换提供了一个屏障， 一方面可以让某些物质自由通透，另一方面又作为 某些物质出入细胞的障碍。膜对物质的运输具有选 择性，有些物质在细胞内浓度很高，有些物质只能 沿浓度梯度进入细胞，还需要通过特殊的运输机制 来调节。
3.功能定位与组织化 通过形成膜结合细胞器，使细 胞的功能定位在一定的细胞结构并组成相互协作的 系统。如细胞质中的内质网、高尔基体等膜结合细 胞器的基本功能是。参与蛋白质的合成、加工和运 输；而溶酶体的功能是起消化作用，酸性水解酶主 要集中在溶酶体
顺化学梯度的被动运输和逆电化学梯度 进行的主动运输
需要代谢能的输 入，不带电荷的 小分子能直接通 过 脂双层，但是 带电荷的分子只 能通过通道蛋白 或载体蛋白才能 表现明显的运送 速率。
(一)简单扩散 是指物质从高浓度向低浓度的穿膜运动，
不需要消耗细胞本身的代谢能，也不需要 专一的膜蛋白分子协助。简单扩散是一种 最简单的运输方式，只要物质在膜两侧保 持一定的浓度差，即可发生这种运输。
细胞生物学 —细胞膜的功能和特点
细胞膜的功能
1.界膜与区室化 最重要的作用就是勾画了细胞的边 界，并且在细胞质中划分了许多以膜包被的区室。 作为界膜的膜结构对于细胞生命的进化具有重要意 义，这种界膜不仅使生命进化到细胞的生命形式， 也保证了细胞生命的正常进行，它使遗传物质和其 他参与生命活动的大分子相对集中在一个安全的微 环境中，有利于细胞的物质和能量代谢。细胞内空 间的区室化，不仅扩大了表面积，还使细胞的生命 活动更加高效和有序。
载体蛋白（carrier protein）又称做载体 （carrier）通透酶（permease）或转运器 （transporter），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ATP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。
6.能量转换 重要功能就是参与细胞的能量转换， 如叶绿体利用类囊体膜上的结合蛋白进行光能的 捕获和转换，最后将光能转换成化学能储存在糖 类中。同样，膜也能够将化学能转换成可直接利 用的高能化合物ATP，这是线粒体的主要功能。
细胞膜的这些基本功能也是生命活动的基本特 征，膜的功能是通过其特殊化学组成和结构实现 的。
小分子和离子的跨膜运输又分为： 被动运输：简单扩散
通道蛋白介导和载体蛋白介导 主动运输：ATP—驱动泵：Na+--K+泵，Ca2+ 泵
协同运输 ：同向转移和异向转移
一、被动运输
被动运输：是指通过自由扩散或协 助扩散,实现物质顺浓度梯度由高浓度 向低浓度方向的跨膜转运, 运动的动力 来自物质的浓度梯度,不需要由细胞提 供代谢能量。参与被动运输的膜运输 蛋白主要有两大类：通道蛋白和载体 蛋白，它们统称为转运蛋白。
尿尿素素甘、油甘油 色氨酸 葡萄糖
高通透性
各种分子 通过人工 脂双层的 通透系数
低通透性
因此，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 的则主要是通过主动运输。
不同物质透过人工脂双层的能力
为什么水分 子能通过??
水分子不溶于脂, 并具有极性,理应不能 自由通过质膜, 但实际却很容易通过膜。 原因是膜上有许多孔径为0.35-0.8nm的小 孔，称为水通道蛋白（ aquaporins）， 膜蛋白的亲水基团嵌在小孔表面，因此水可 以通过质膜自由进出细胞。
4.信号检测与传递 细胞通常用质膜中受体蛋白从环 境中接收化学信号和电信号。细胞质膜中具有各种不 同的受体，能够识别并结合特异配体，进行细胞信号 传递，引起细胞内反应。如细胞通过质膜受体接收的 信号决定对糖原的合成或分解。膜受体接受的某些信 号则与细胞分裂有关。
5.参与细胞间的相互作用 在多细胞的生物中，细胞 通过质膜进行细胞间的多种相互作用，包括细胞识别、 细胞粘着、细胞连接等。如动物细胞可通过间隙连接， 植物细胞可通过胞间连丝进行相连细胞的通讯。