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被动转运:易化扩散

4.易化扩散

不溶于脂质或脂溶性差的物质不能自由通过细胞膜脂质双分子层,但在特殊的膜蛋白质的“ 帮助”下,它们也能以很快的速度 顺浓度梯度或/和电势梯度转运。这种转运方式称为易化扩散( Facilitated diffusion)。其转运的能量与单纯扩散一样,也是来自于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单纯扩散和易化扩散是被动转运的两种基本方式。易化扩散又 可分为:以载体为中介的易化扩散和以通道为中介的易化扩散

1)以载体为中介的易化扩散(Carrier mediated facilitated diffusion)(右侧动画)

许多细胞生存必须的营养物质,如葡萄糖和氨基酸等都不溶于脂质, 但在载体的帮助下,可以实现被动的跨膜转运(下左图)。载体是细胞膜上的一类特殊蛋白质,具有一个或数个能与某种被转运物结合的位点或结构域,因而可与膜一侧被转运物分子选择性地结合,并引起自身变构,将被转运物移向膜的另一侧。若该侧被结合物的浓度较低,载体即与之分离并恢复原有构型,从而完成被转运物的跨膜转运,并为下一次结合和转运做好准备(下右图)。

以载体为中介的易化扩散具有以下特征:高度的结构特异性、饱和现象、竞争性抑制

以载体为中介的易化扩散易化扩散:葡萄糖进入一般细胞

载体与被转运的物质间有高度的结构特异性,例如葡萄糖载体只转运右旋葡萄糖,不转运左旋葡萄糖。

由于某种物质的载体数目或每一载体上能与该物质结合的位点数目是固定的,所以在低浓度时,所结合的载体数量随溶液中被转运物质的浓度升高而增多,转运速度可随被转运物质的浓度升高而增加,但在高浓度时,当被转运物质将所有的载体都结合了,没有多余的可以再利用时,转运速度不再增加,因而达到饱和。

如果某一载体对结构类似的两种物质都有转运能力,两者可以竞争载体,当两种物质同时存在时,每一种物质的转运速度均比单独存在时减低。

2) 以通道为中介的易化扩散(Channel mediated facilitated diffusion)

细胞膜对离子的通透性极差, 但它们能在膜上的离子通道的“帮助”下,以非常高的速度顺浓度梯度和电势梯度进行跨膜转运。离子通道为细胞膜上另一类特殊的蛋白质,其结构和功能状态可因细胞内外各种理化因素的影响而迅速改变:当其处于开放状态时,相关离子可高速通过。以每秒钟每一个离子通道转运的离子或溶质分子的最大量计算,Na+通道:葡萄糖载体:Na+-K+-ATP酶(主动转运)=1×107:1×104:5×102。大多数通道的开放时间十分短促,很快进入失活或关闭状态。离子通过通道进行跨膜移动即形成跨膜电流

通道的种类很多,如Na+通道、K+通道、Ca2+通道等;甚至对同一种离子也存在结构和功能不同的通道亚型,如体内至少已发现三种以上的Ca2+通道和 七种以上的K+通道等。
   以通道为中介的易化扩散的特征:高速度、有门控原理(大多数通道有门,开门时全开,离子流立即达到最大,持续开的时间中,离子流的大小不变,关门时全并,离子流完全停止。)、离子选择性(Na+通道主要选择性通透Na+、K+通道主要选择性通透K+、Ca2+通道主要选择性通透Ca2+,但选择性不如载体高)。
   依据门控的原理,可将通道分为:
   电压门控离子通道:由膜内、外电势差的改变引起其开或关。
   配基门控离子通道(化学门控离子通道):由特异性的化学物质与通道上的受体结合后,引起其开或关。
   机械门控离子通道:膜的机械变形导致其开或关。


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