2010年臨床助理醫(yī)師輔導(dǎo):[細(xì)胞生物學(xué)]被動運輸(passivetransport)

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非電解質(zhì)通過擴散跨過細(xì)胞質(zhì)膜必須具備兩個條件:第一,該物質(zhì)在細(xì)胞外的濃度很高;第二,細(xì)胞質(zhì)膜必須對這種物質(zhì)具有通透性。膜對某種溶質(zhì)具有透性,必須滿足兩個條件之一:(1)這種物質(zhì)能夠直接穿過脂雙層,或是(2)膜中有可允許該溶質(zhì)通過的跨膜孔道。
    ■ 擴散與滲透
    細(xì)胞質(zhì)膜具有兩個基本的特性∶允許小分子物質(zhì)通過擴散穿過細(xì)胞質(zhì)膜,也可以讓水通過滲透進出細(xì)胞質(zhì)膜。但是擴散和滲透是兩個不同的概念。
    ● 擴散(diffusion)是指物質(zhì)沿著濃度梯度從半透性膜濃度高的一側(cè)向低濃度一側(cè)移動的過程,通常把這種過程稱為簡單擴散。
    ● 滲透(osmosis)的含義則是指水分子以及溶劑通過半透性膜的擴散。
    它們都是從自由能高的部位向自由能低的部位置ATP移動。
    正是根據(jù)水與水中溶質(zhì)在膜通透性上的差別,才將膜稱為半透性(semipermeable)。當(dāng)兩種不同濃度的溶液被半透性的膜脂分隔開后,高溶質(zhì)濃度的一側(cè)是高滲的(hypertonic),而低溶質(zhì)一側(cè)則是低滲的(hypoosmotic)。若兩側(cè)的溶質(zhì)濃度相等,則稱為等滲(iso-osmotic)?! ?BR>    ■ 被動運輸: 簡單擴散(simple diffusion)及限制因素
    簡單擴散是被動運輸?shù)幕痉绞?,不需要膜蛋白的幫助,也不消耗ATP,而只靠膜兩側(cè)保持一定的濃度差,通過擴散發(fā)生的物質(zhì)運輸。
    簡單擴散的限制因素是物質(zhì)的脂溶性、分子大小和帶電性。
    ● 脂溶性:脂溶性越強,通過脂雙層膜的速率越快。
    ● 相對分子質(zhì)量:相對分子質(zhì)量小,脂溶性高的分子才能快速擴散。根據(jù)實驗結(jié)果,推測質(zhì)膜的通透性孔徑不會大于0.5~1.0nm,能夠擴散的最小分子是水分子。
    ● 物質(zhì)的帶電性:
    為什么所有帶電荷的分子(離子),不管它多小, 都不能自由擴散?
    一般說來,氣體分子(如O2、CO2、N2)、小的不帶電的極性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性的分子等易通過質(zhì)膜,大的不帶電的極性分子(如葡萄糖)和各種帶電的極性分子都難以通過質(zhì)膜。
    ■ 被動運輸:促進擴散(facilitated diffusion)及特點
    促進擴散是指非脂溶性物質(zhì)或親水性物質(zhì), 如氨基酸、糖和金屬離子等借助細(xì)胞膜上的膜蛋白的幫助順濃度梯度或順電化學(xué)濃度梯度, 不消耗ATP進入膜內(nèi)的一種運輸方式。促進擴散同樣不需要消耗能量,并且也是從高濃度向低濃度進行。
    促進擴散同簡單擴散相比,具有以下一些特點∶
    ● 促進擴散的速度要快幾個數(shù)量級。
    ● 具有飽和性: 當(dāng)溶質(zhì)的跨膜濃度差達(dá)到一定程度時,促進擴散的速度不再提高。
    ● 具有高度的選擇性: 如運輸?shù)鞍啄軌驇椭咸烟强焖龠\輸,但不幫助與葡萄糖結(jié)構(gòu)類似的糖類運輸。
    ● 膜運輸?shù)鞍椎倪\輸作用也會受到類似于酶的競爭性抑制,以及蛋白質(zhì)變性劑的抑制作用。
    ■ 通道蛋白與促進擴散
    通道蛋白(channel protein)是一類橫跨質(zhì)膜,它們都是通過疏水的氨基酸鏈進行重排,形成水性通道, 允許適宜的分子通過。通道蛋白具有選擇性,所以在細(xì)胞膜中有各種不同的通道蛋白。通道蛋白參與的只是被動運輸, 并且是從高濃度向低濃度運輸,所以不消耗能量。
    現(xiàn)已鑒定過的離子通道蛋白在膜中都有開和關(guān)兩種構(gòu)型相當(dāng)于門,所以將通道蛋白形成的通道稱為門控通道(gated channel)
    ● 電位-門控通道(voltage-gated channels)
    這類通道的構(gòu)型變化依據(jù)細(xì)胞內(nèi)外帶電離子的狀態(tài),主要是通過膜電位的變化使其構(gòu)型發(fā)生改變, 從而將"門"打開。
    含羞草的葉片在觸摸時發(fā)生的葉卷曲就是通過電位-門控通道傳遞信號的。
    ● 配體-門控通道(ligand gated channel)
    這類通道在其細(xì)胞內(nèi)外的特定配體(ligand)與其表面受體結(jié)合時發(fā)生反應(yīng)。
    ● 脅迫門控通道(stretch-gated channel)