Skip to content

被动运输、主动运输、胞吞胞吐

被动运输

溶剂分子或水通过半透膜的扩散,称为渗透作用。

植物细胞的结构与动物细胞有明显的区别。植物细胞的细胞膜外面有一层细胞壁。

然就表明,对于水分子来说,细胞壁是全透性的,即水分子可以自由地通过细胞壁,细胞壁的作用主要是保护和支持细胞,伸缩性较小。

成熟的植物细胞由于中央液泡占据了细胞的大部分空间,将细胞质挤成一薄膜,所以细胞内的液体环境主要指的是液泡里面的细胞液。

细胞膜和液泡膜以及两层膜之间的细胞质称为原生质层。后文所说的水进出细胞,主要是指水经过原生质层进出液泡。

植物细胞的原生质层相当于一层半透膜。

像水分子这样,物质以扩散方式进出细胞,不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种物质跨膜运输方式称为被动运输

被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。

自由扩散

有些小分子物质,很容易自由地通过细胞膜的磷脂双分子层,如 O2CO2

当肺泡内 O2 的浓度大于肺泡细胞内部 O2 的浓度时,O2 便通过扩散作用进入肺泡细胞内部。

细胞内由于呼吸作用使 CO2 浓度升高时,CO2 便通过扩散作用排出细胞,进入细胞外液。

甘油、乙醇、苯等脂溶性的小分子有机物也较易通过自由扩散进出细胞。

像这样,物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式,叫做自由扩散(free diffusion),也叫简单扩散(simple diffusion)。

协助扩散

离子和一些小分子有机物如葡萄糖、氨基酸等,不能自由地通过细胞膜。

TIP

钾、钠、钙等是细胞生活必需的,但这些无机离子带有电荷,不能通过自由扩散穿过磷脂双分子层。这些物质是通过细胞膜上的离子通道进行运输的。

转运蛋白

镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质,能够协助这些物质顺浓度梯度跨膜运输,这些蛋白质称为转运蛋白

这种借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式,叫做协助扩散。

转运蛋白可以分为:

载体蛋白
  1. 载体蛋白 载体蛋白只容许与自身结合部分相适应的分子或离子通过,而且每次转运时都会发生自身构象的改变;
通道蛋白
  1. 通道蛋白 通道蛋白只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过。分子或离子通过通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合。

两种类型。

总结

过去人们普遍认为,水分子都是通过自由扩散进出细胞的,但后来的研究表明,水分子更多的是借助细胞膜上的水通道蛋白以协助扩散方式进出细胞的。

由于自由扩散与协助扩散都是顺浓度梯度进行跨膜运输的,不需要消耗细胞内化学反应产生的能量,因此膜内外物质浓度梯度的大小会直接影响物质运输的速率。

协助扩散需要转运蛋白,因而某些物质运输的速率还与转运蛋白的数量有关。

主动运输

Na+K+Ca2+ 等离子和其他物质在逆浓度梯度跨膜运输时,首先要与膜上载体蛋白的特定部位结合。

由于不同离子或分子的大小和性质不同,不同蛋白质的空间结构差别也很大,所以一种载体蛋白通常只适合与一种或一类离子或分子结合。

离子或分子与载体蛋白结合后,在细胞内化学反应释放的能量推动下,载体蛋白的空间结构发生变化,就将它所结合的离子或分子从细胞膜一侧转运到另一侧并释放出来,载体蛋白随后又恢复原状,又可以去转运同种物质的其他离子或分子。

像这样,物质逆浓度梯度进行跨膜运输,需要载体蛋自的协助,同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量,这种方式叫作主动运输(active transport)

胞吞与胞吐

转运蛋白虽然能够帮助许多离子和小的分子通过细胞膜,但是,对于像蛋白质和多糖这样的生物大分子的运输却无能为力。

变形虫摄取水中的有机物颗粒,就需要解决大分子物质进入细胞的问题 (图 4-7)。

乳腺细胞合成的蛋白质、内分泌腺分泌细胞合成的蛋白质类激素、消化腺细胞分泌的消化酶,都需要排出细胞外。其实,大部分细胞都能够摄入和排出特定的大分子物质。这些大分子是怎样进出细胞的呢?

当细胞摄取大分子时,首先是大分子与膜上的蛋白质结合,从而引起这部分细胞膜内陷形成小囊,包围着大分子。然后,小囊从细胞膜上分离下来,形成囊泡,进入细胞内部,这种现象叫胞吞(endocytosis)。

细胞需要外排的大分子,先在细胞内形成囊泡,囊泡移动到细胞膜处,与细胞膜融合,将大分子排出细胞,这种现象叫胞吐(exocytosis)。

在物质的跨膜运输过程中,胞吞、胞吐是普遍存在的现象,它们也需要消耗细胞呼吸所释放的能量。

总结

综上所述,除一些不带电荷的小分子可以自由扩散的方式进出细胞外,离子和较小的有机分子(如葡萄糖和氨基酸等) 的跨膜运输必须借助于转运蛋白,这又一次体现了蛋白质是生命活动的承担者。

一种转运蛋白往往只适合转运特定的物质,因此,细胞膜上转运蛋白的种类和数量,或转运蛋白空间结构的变化,对许多物质的跨膜运输起着决定性的作用,这也是细胞膜具有选择透过性的结构基础。

像蛋白质这样的生物大分子,通过胞吞或胞吐进出细胞,其过程也需要膜上蛋白质的参与,更离不开膜上磷脂双分子层的流动性。

距离 2025 高考还有 -103 天。

Released under the MIT License.