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被动转运:扩散、单纯扩散、渗透

细胞在新陈代谢过程中,需要不断从环境中得到O2和营养物质,排出CO2和代谢产物。 但以脂质双分子层为基架的细胞膜,只能允许脂溶性的物质自由通过,其它水溶性的物质,如离子、小分子物质、蛋白质大分子,团块物,液滴等的跨膜转运均与镶嵌在膜中的蛋白质有关。细胞膜的物质转运有以下三种方式:被动转运(passive transport): 包括单纯扩散和易化扩散、主动转运(active transport): 包括原发性主动转运和继发性主动转运、出胞和入胞(exocytosis and endocytosis): 指大分子物质或物质颗粒的跨膜转运方式。

(一) 被动转运

被动转运是指物质依据其细胞膜内外的电-化学势差, 顺浓度梯度或电势梯度,由高浓度或高电势的一侧向低浓度或低电势的一侧转运。转运时物质移动所需的能量来自高浓度或高电势一侧溶液所含的势能,因而不需细胞额外供能。被动转运最终达到的平衡点是膜两侧浓度差和/或电势差为零。

1.扩散 ( Diffusion )

扩散

根据物理学原理,溶液中的一切分子都处于不断的热运动当中(分子运动的平均动能与溶液的绝对温度成正比),而高浓度区域中的溶质分子总有向低浓度区域的净移动,这种现象称为扩散(右图)。

一般条件下,物质通过膜的扩散量与膜两侧该物质的浓度差成正比。如果溶液是含有多种溶质的混合溶液,则其中每一种物质的扩散方向和扩散量,只决定于该物质的浓度差, 与其它物质的浓度或移动方式无关。 但对电解质溶液,其中离子的移动除取决于浓度差外,还取决于离子所受的电场力,即电位差。扩散可分为:单纯扩散和易化扩散。

2.单纯扩散 (Simple diffusion)

概念:依物理学扩散原理跨细胞膜的转运方式称为单纯扩散

特点:单位时间的扩散量不仅取决于膜两侧该物质的浓度梯度,还取决于细胞膜对该物质的通透性(permeability)

当细胞膜对某物质通透时,该物质单纯扩散的速度与膜两侧浓度差的关系是正相关的。

单纯扩散的物质:由于细胞膜的基架为脂质双分子层,因此脂溶性高的分子,因膜对其有较高的通透性而能够进行单纯扩散。比较肯定的有O2和CO2等气体分子,它们溶于水, 也溶于脂质,可以依据各自的浓度差自由通透细胞膜。

3.渗透 ( Osmosis )

渗透

渗透是单纯扩散的一种特例,是指水分子的跨膜转运。在选择性通透水而不通透溶质的半透膜处,水将从低溶质浓度(水分子浓度高,渗透压低)的溶液一侧向高溶质浓度(水分子浓度低,渗透压高)的溶液一侧转运

渗透压:是由溶解在水溶液中的溶质颗粒数决定的,溶质颗粒数越多,渗透压越高。渗透压的大小可以用mmHg表示,但通常以渗透浓度(mOsm/L)表示。正常人血浆的渗透浓度约为313mOsm/L(相当于5330 mmHg);1mmol/L葡萄糖的渗透浓度为1mOsm/L;1mmol/L NaCl(Na+ + Cl-)的渗透浓度为2mOsm/L。水分子总是由渗透压低的区域向渗透压高的区域转运(右图)

渗透现象举例:各图显示红细胞在不同渗透压溶液中的形态(下图)。

红细胞在不同渗透压溶液中的形态

细胞膜就是一个半透膜。红细胞在等渗溶液中形态正常,在高渗溶液中皱缩(水渗出)。在低渗溶液中膨胀(水渗入)。


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