細胞膜的基本化學組成及跨膜物質運輸
本文主要整理了細胞膜 的化學組成、液態鑲嵌模型分子結構特點以及細胞膜的特性，細胞膜物質運輸的幾種方式，即主動轉運、被動轉運、簡單擴散、易化擴散、出胞和入胞等，詳情見下文
一、細胞膜的化學組成與分子 結構特點
?細胞膜 (Cell membrane)
?質膜(plasma membrane)
?生物膜 (biological membrane)
?細胞膜的基本功能：
? 維持細胞內環境的相對穩定并與外界環境進行物質、能量與信息交換
?(一)、細胞膜的化學組成
?1:脂質雙分子層
?以磷脂類為主，其次為膽固醇，還有少量鞘磷脂
特點:液態(流動性，同層橫向擴散移動與自身旋轉運動)與穩定性
意義：
細胞可以承受一定的張力和外形改變而不破裂;
自動融合、修復膜結構中的較小斷裂，而仍保持膜的完整性。
?(二)、細胞膜的分子結構特點
——“液態鑲嵌模型” ”(fluid mosaic model)
?基本內容：
細胞膜是以流動液態的脂質雙分子層為基架;其中鑲嵌著具有不同分子結構和不同生理功能的蛋白質;糖類附著在膜的外面與表層的脂質、蛋白質的親水端結合，構成了糖脂與糖蛋白。
Fluid mosaic model of membrane
?(三)、細胞膜的特性
?膜的基本特性是：
①膜的流動性;②膜組分分布的不對稱性;
不足：
①忽視了蛋白質對脂質分子流動性的控制;
②忽視了膜的各部分流動性的不均勻性。
?Wallach、Jain & White又在此基礎上發展提出了晶格鑲嵌模型與板塊模型學說。
二、細胞膜的物質轉運功能
?(一)被動轉運
?概念：
? 物質依其細胞膜內外的電化學勢差， 順電化學梯度，由高電化學梯度的一側向低電化學梯度的一側轉運。
? 轉運時物質移動所需的能量來自高電化學梯度一側所含的勢能，不需細胞額外供能。
? 被動轉運的平衡點是膜兩側電化學梯度差為零。
? 擴散 (Diffusion)
高濃度區域中的溶質分子總有向低濃度區域的凈移動
?擴散量:與膜兩側該物質的濃度差成正比
?分：單純擴散和易化擴散
?1:Simple diffusion
?概念:脂溶性物質由膜的高濃度側向低濃度側的擴散
?擴散通量：mol/s.cm2
取決于濃度梯度差與細胞膜對該物質的通透性
?擴散的物質：脂溶性高的分子( O2, CO2, NH3, NO, H2S,etc. )
?滲透 Osmosis
?概念：在選擇性通透水而不通透溶質的半透膜處，水從低溶質濃度的一側向高溶質濃度的溶液轉運。
?滲透壓：溶液中溶質微粒對水的吸引力。大小取決于單位體積溶液中溶質微粒的數目。
?1mmol/L葡萄糖的滲透濃度為1mOsm/L;1mmol/L NaCl(Na+ + Cl-)的滲透濃度為2mOsm/L。人血漿的滲透濃度約為313mosm/L
紅細胞在不同滲透壓溶液中的形態
?2： facilitated diffusion
不溶于脂質或脂溶性差的物質，在特殊的
膜蛋白質的“ 幫助”下，順濃度梯度/電勢
梯度通過細胞膜的轉運
Facilitated diffusion via ion channel
Facilitated diffusion via carrier
?2： facilitated diffusion
Characteristics
(1) 順電化學梯度，不耗能
(2) 膜蛋白參與且對轉運的物質具有選擇性
(膜蛋白分子本身有結構特異性)
(3) 擴散過程中膜通透性可變
Facilitated diffusion via ion channel
?Chemically gated channel
? Voltage-gated channel
? Mechanically gated channel
?Characteristics
高速度
有門控原理
有離子選擇性
Na+, K+, Ca2+, Cl- channel
Facilitated diffusion via carrier
?Characteristics
結構特異性：載體與被轉運的物質間有高度的結構特異性
飽和現象：物質的載體數目或每一載體上能與該物質結合的位點數目是固定的
競爭性抑制：如果某一載體對結構類似的兩種物質都有轉運能力，兩者可以競爭載體
(二)、主動轉運
1.定義：物質逆濃度差和電位差，在生物泵的幫助下需要細胞代謝供能的跨膜轉運方式。
2.特征： 逆電化學梯度、 耗能
3.結果：被轉運物質在高濃度一側其濃度進一步升高，低濃度一側則愈來愈少。
4. 分類：(依據轉運所需能量的提供方式)
原發性主動轉運 與 繼發性主動轉運
Primary active transport
?由ATP直接供能的逆電化學勢差的轉運
?鈉泵活動的生理意義
細胞內高鉀是許多代謝反應的必要條件
維持正常細胞體積
建立勢能貯備
Secondary active transport
?轉運所需能量間接來自ATP的分解
也稱聯合轉運(協同轉運)
?典型舉例：消化道上皮細胞葡萄糖的主動轉運所需的能量不是直接來自ATP的分解，而來自Na+的高勢能儲備。
?稱為繼發性主動轉運
(三)、出胞和入胞
?大分子物質或物質團塊的轉運，需要通過更復雜的同時需代謝供能、及膜結構和功能的改變，才能完成的跨膜轉運，稱為出胞和入胞
細胞膜除了物質運輸作用外，還具有跨膜信息傳遞和能量轉換的作用，這些功能都和細胞膜的組成成分有關，脂質主要起了和環境間的屏障作用，而蛋白和糖類則主要負責了物質傳遞、能量轉化、跨膜信號傳遞作用。
