细胞常见的转运形式

细胞膜具有较为复杂的物质转运功能,常见的转运形式有:单纯扩散、易化扩散、主动转运、出胞和胞吞作用。从能量消耗角度可分为被动转运和主动转运,被动转运是指物质顺电-化学梯度、不消耗能量的跨膜转运过程,而主动转运则是指物质逆电-化学梯度、消耗能量的跨膜转运过程。
一、单纯扩散
1.概念:单纯扩散是指脂溶性的小分子物质顺浓度差通过细胞膜的扩散过程。单纯扩散的多少取决于膜两侧该脂溶性物质的浓度差及其通过细胞膜的难易程度。浓度差决定着物质能否扩散、扩散方向及扩散速率。
2.转运对象:CO2、O2、N2、乙醇、尿素等。
3.特点:简单的物理扩散,不需要细胞提供能量,其能量来源于浓度差形成的势能,是一个被动过程。
二、易化扩散
易化扩散是指一些非脂溶性或脂溶性较小的小分子物质,在膜上载体蛋白和通道蛋白的帮助下,顺电-化学梯度,从高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程。它包括两种方式,即经载体中介的易化扩散和经通道中介的易化扩散。
(一)经载体中介的易化扩散
1.概念:许多重要的营养物质,如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等在膜上载体蛋白的介导下,由高浓度一侧向低浓度一侧的跨膜转运。
2.特征:①结构特异性高;②饱和现象;③竞争性抑制;④顺浓度梯度。
(二)经通道中介的易化扩散
1.概念:溶液中带电离子,借助于离子通道蛋白的介导,顺浓度梯度或电位差的跨膜转运过程。通道是一类贯穿脂质双分子层,中央带有水性孔道的跨膜蛋白。以通道中介的易
化扩散引起的跨膜转运是细胞生物电现象发生的基础。
2.转运对象:带电离子,如Na+、K+、Ca2+、Cl-等
3.特征:①结构特异性不如载体严格;②无饱和现象;③通道具有静息、激活和失活
等不同功能状态;④具有离子选择性和门控特性。
三、主动转运
主动转运是细胞通过耗能的过程将物质逆浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运过程。可分为原发性主动转运和继发性主动转运两类。
(一)原发性主动转运
1.概念:细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度或电位梯度进行跨膜转运的过程。
2.转运对象:通常是带电离子。
3.特点:①直接利用细胞代谢产生的ATP;②介导转运的膜蛋白称为离子泵(ATP酶),如钠泵、钙泵、氢泵等。
钠-钾泵是在细胞膜上普遍存在的离子泵,简称钠泵。钠泵具有ATP酶的活性,又称为Na+-K+依赖性ATP酶。钠泵的活动对维持细胞正常的结构及功能具有重要的意义:①钠泵活动造成的膜内外Na+和K+浓度差是细胞生物电活动产生的前提,其生电性活动一定程度上可影响静息电位的数值;②钠泵活动能维持细胞的正常形态、胞质渗透压、体积、pH、Ca2+浓度的相对稳定;③钠泵活动造成的细胞内高K+,是细胞内许多代谢反应所必需的条件;④钠泵活动所造成的膜内外Na+浓度势能差(势能储备)是其他物质继发性主动转运的动力。
(二)继发性主动转运
1.概念:多种物质在进行逆浓度梯度或电位梯度的跨膜转运时,所需的能量不直接来自ATP的分解,而是依靠Na+在膜两侧浓度差,即依靠存储在离子浓度梯度中的能量完成转运,这种间接利用ATP能量的主动转运过程称为继发性主动转运。
2.转运对象:①葡萄糖和氨基酸在小肠粘膜上皮及肾小管上皮细胞的重吸收;②神经递质在突触间隙被神经末梢重吸收;③甲状腺上皮细胞的聚碘;④肾小管上皮细胞的Na+-H+交换、Na+ ——Ca2+交换等。
3.特点:①间接利用细胞代谢产生的ATP能量;②介导转运的膜蛋白为转运体。如果被转运的离子或分子都向同一方向运动,称为同向转运,相应的转运体称为同向转运体;如果被转运的离子或分子彼此向相反方向运动,则称为反向转运或交换,相应的转运体称为反向转运体或交换体。
四、出胞和胞吞
1.概念:出胞指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。胞吞指大分子物质或物质团块(如细菌、病毒、异物、脂类物质等)进入细胞的过程。
2.转运对象:大分子物质或物质团块。
3.特点:均属于耗能的主动转运过程。

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