物质的跨膜运输

细胞生物学物质的跨膜运输思维导图，主要从细胞运输的三个范畴、跨膜运输的分类、转运蛋白这三个部分做了详细的阐述。

物质的跨膜运输

• 细胞运输的三个范畴
  • 细胞运输：细胞与环境之间的物质运输
  • 细胞内运输：器官和胞内环境之间的运输
  • 跨细胞运输即跨膜运输：把细胞作为一个半通透性的屏障进行跨膜运输
• 跨膜运输的分类
  • 根据转运物质的大小
    • 大分子和颗粒物质的 膜泡运输
      • 胞吞作用
      • 胞吐作用
    • 离子和小分子的 跨膜运输
  • 根据运输时对化学能的需求
    • 被动运输
      • 特点：顺浓度梯度，不消耗ATP
      • 根据需不需要膜蛋白可分为
        • 简单扩散
          • 又称自由扩散，它不需要膜蛋白的帮助，也不消耗ATP，仅靠膜两侧保持一定的浓度差，通过扩散而发生的物质运输。
          • 限制因素
            • 脂溶性 细胞质膜的通透性具有选择性
            • 大小 质膜的通透性孔径不会大于0.5-1.0nm，能够扩散的最大分子是水分子
            • 带电性 极性物质通常同水结合形成一个水合的外壳，不仅增加了它们的分子体积，同时也大大降低了脂溶性
        • 协助扩散
          • 又称异化扩散，帮助扩散，指非脂溶性或亲水性物质，如糖，氨基酸，金属离子等，借助细胞膜上的膜蛋白的帮助，顺浓度梯度或电化学梯度，不需要细胞提供能量进行跨膜转运的运输方式
          • 特点
            • 转运速率高，要比自由扩散快几个数量级
            • 存在最大转运速率，自由扩散的速率与溶质的浓度成正比，而膜蛋白促进的速率运输可达到最大值
            • 具有特异性，选择性
            • 运输作用受到调控，如抑制剂
    • 主动运输
      • 由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度，需要细胞提供能量才能进行的跨膜运输
      • 特点
        • 对载体蛋白的依赖性
        • 选择性
        • 逆浓度梯度，需要能量
      • 能量来源
        • 直接能源
          • ATP（Na+—K-泵）
          • 磷酸烯醇式丙酮酸的高能磷酸键
          • 光能
        • 间接能源
          • 离子泵建立的离子梯度（包括电子传递所产生的氢离子梯度）
      • 根据能量来源分类
        • 次级主动运输 ATP间接供能
          • 动物细胞主要是靠钠离子泵形成钠离子浓度梯度驱动，植物细胞则是由氢离子泵形成氢离子浓度梯度驱动
          • 协同运输
            • 又称偶联运输，是一类由离子泵与载体蛋白协同作用，靠间接消耗ATP所完成的主动运输方式，物质跨膜运输的直接动力来自膜两侧的离子梯度或电化学梯度
            • 根据物质运输方向与离子的电化学梯度方向是否一致
              • 同向协同 物质运输方向与离子转运方向相同
              • 反向协同 物质运输方向与离子转运方向相反
        • 初级主动运输 ATP直接供能
          • 参与主动运输的载体蛋白通常被称为泵，由于它们消耗的代谢能多来自ATP，所以又称它们为ATP酶
            • P型泵
              • Ca2+泵
                • 工作原理
                • 生理意义
              • H+—K-泵
              • 典型代表 Na+—K-泵
                • 工作原理：结合3Na+——磷酸化——泵出3Na+——结合2K-——去磷酸化——泵入2K-
                • 生理意义
                  • 调节渗透压
                  • 为物质吸收提供驱动力
                  • 细胞正常代谢的必要条件
                  • 维持膜电位
                • 动作电位的形成过程
            • V型泵
            • F型泵
            • ABC型泵
            • 细菌视紫红质质子泵
              • 是光能驱动的运输氢离子泵，是一种厌氧菌的膜蛋白
          • 磷酸化运输
      • 生理意义
        • 保证了细胞对营养物质的吸收
        • 及时将代谢废物分泌物排到细胞外
        • 维持了一些无机离子在细胞内的恒定和最适浓度
        • 被动运输消除包内外差别，主动运输，努力帮内外创造差别，维持生命活力
• 转运蛋白
  • 通道蛋白
    • 是一类横跨质膜的蛋白，能使适宜大小的分子及带电荷的离子通过
    • 本身并不直接与溶质结合，而是横跨膜形成亲水性通道，使溶质自由扩散过膜，因此只参与被动运输
    • 特点
      • 离子选择性
      • 通道是门控的 通道的活性受通道蛋白开或关两种构象调节
    • 目前发现的通道蛋白已有50多种，主要是离子通道蛋白
      • 电压门控通道
      • 配体门控通道
      • 第二信使激活的通道
      • 机械刺激激活的通道
  • 载体蛋白
    • 需要同被运输的离子和分子结合，然后通过自身的构象变化完成物质运输
    • 特点：特异性，选择性
    • 载体蛋白既参与被动的物质运输，也参与主动的物质运输