钠钾泵、载体、通道蛋白
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钠钾泵、载体、通道蛋白
活细胞最基本的特征是新陈代谢。
每一种活细胞每时每刻都在与内环境进行物质交换,它们所需要的物质不仅种类繁多、性质各异,而且大多数是不溶于脂质的,或者是水溶性大于脂溶性的。
而构成细胞膜的基本骨架又是磷脂双分子层,那么能够直接穿过脂质层出入细胞的物质极少,而大多数物质的分子或离子进出细胞都与细胞膜的结构、特性及其他因素有关。
不同种类的细胞膜上蛋白质种类不同,通透性也各异,而且不同的分子或离子直径大小不同,性质也不同,所以细胞允许它们通透的情况也不一样,进出的方式也不同。
一般有自由扩散、协助扩散和主动运输三种方式。
不同的进出方式有相同或不同的影响因素。
一(物质浓度的影响作用
通过自由扩散和协助扩散进出细胞的物质,主要影响因素就是细胞膜内外溶质分子或离子数量差,尤其是自由扩散,只要两边浓度不一样就会从高浓度一边向低浓度一边扩散。
如O2、H2O等。
协助扩散还有其他影响因素。
二(载体、通道、离子泵的影响作用
载体、通道、离子泵主要影响协助扩散和主动运输,尤其是主动运输,它们与细胞膜上的蛋白质有关。
膜内的各种蛋白质分子具有不同结构和功能,生物膜的功能在很大程度上决定于这些蛋白质分子。
如物质交换、能量的转移、信息传递等。
因为构成膜的蛋白质分子大都可以运动,且只局限同一分子层内作横向运动,这样即完成了物质交换,又保持了某结构的稳定性。
1( 载体蛋白质的作用
协助扩散和主动运输都必须载体蛋白质来运载物质。
载体的功能与其本身的结构有很大的关系。
(1)高度特异性。
就是载体具有专一性。
如同样浓度的葡萄糖,左旋结构的比右旋结构的容易进入细胞。
说明载体有结构的特异性。
(2)有饱和现象。
一般运输的数量与浓度成正比,但当浓度超过一定限度时运输不再增加,说明载体的数量有限。
(3)竞争性。
两种物质的结构如果相似,它们会竞相与载体结合,甲多结合一个,乙就少结合一个。
2(通道蛋白的作用
通道蛋白是肽链因折叠而形成的球形蛋白质分子,整个球体表面有疏水性,与周围脂质相吸引,结合紧密。
而折叠时中间形成亲水孔洞,这一孔洞就会成为沟通膜两侧的水相通路,水及水中的物质将沿这一孔洞出入细胞,在细胞膜中起通道作用,但通道的开放还要受一定的机制调节。
3(离子泵的作用
离子泵在细胞膜中很多,最普遍的要算钠—钾离子泵,它能始终保持膜内高
K+、、膜外高Na+ 状态。
原因是:钠—钾离子泵能够在消耗能量的情况下,逆浓度梯度把膜内的Na+移出膜外,把膜外的K+、移入膜内,分子生物学家研究证明:钠—钾离子泵实际上就是镶嵌在膜内的一种特殊的蛋白质,她除了有物质运转功能外,本身还具有酶的活性。
她的启动和活动强度显然与膜内高K+,膜外高Na+有关。
二(能量的影响作用
1(势能的作用
以分子本身势能为动力转运的物质多见于自由扩散和协自由扩散。
有人
说:“自由扩散和协助扩散是不消耗能量的”。
其实不然,根据运动学原理,溶液中的一切分子或离子都处在不断热运动之中,即分子本身存在势能。
势能大小一方面决定于溶液浓度。
我们平常所说的不消耗能量只是指分子势能以外的能量罢了,
正如物体从高处自由下落一样,能量来源于物体所具有的势能,而不需要施加外力。
2( ATP—泵的作用
各种离子泵也具有酶的活性,它可以分解细胞提供的ATP,并利用释放的能量进行各种物质的主动运转。
以广泛存在于膜内的钠泵为例,它能把细胞代谢所或得的能量的20,30%用于钠泵的运转。
主要是它能够建立一种势能贮备,供细胞的其他耗能过程利用。
多见于一些非离子性物质,如葡萄糖、氨基酸等营养物质的吸收过程。
科学家们研究还发现,这些过程的进行经常伴有Na+的进入,没有Na+由高浓度膜外进入膜内,就不会出现葡萄糖逆浓度梯度进入膜内,即使运载的载体很多。
这里所需能量不是直接来自ATP 的分解。
而是来自膜内外Na+的势能差,但造成这种势能差的钠泵活动是要分解ATP的,这实际上就是一种势能的贮备过程,即能量间接来自ATP,这符合能量的守恒定律。
3(电势能的作用
细胞膜在安静状态时,膜两侧存在一定的点位差,这种电位差一般能维持平衡状态。
而离子泵、载体等的活动会造成膜内、外离子的分布不均,从而打破原有的平衡,造成膜对某些离子通透性改变,使离子会大量出入细胞以恢复原有的平衡状态。
总之,物质出入细胞是一种极其复杂的生理活动,完成它不是某一种因素所能左右的,而是在多种因素共同作用下完成的。