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物质进出细胞的方式-1
第11讲
一轮复习
第1课时（共2课时）
知识点22：物质进出细胞的方式
特例：小分子的神经递质释放是胞吐
物质进出细胞的方式
小分子
大分子
通道运输
载体运输
主动运输
被动运输
自由扩散
协助扩散
胞吞
胞吐
神经递质
1.自由扩散
物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式，叫作自由扩散，也叫简单扩散。
定义
条件
顺浓度
不需要转运蛋白，
不需要耗细胞内化学反应产生的能量
浓度差
运输速率(v)
运输方向
运输动力
溶质:溶质分子多(高浓度)→溶质分子少(低浓度)
水:水分子多(低浓度)→水分子少(高浓度)
浓度差
实例
①水
②气体(CO2、O2)
③脂溶性小分子有机物
(甘油、乙醇、苯等)
脂双层
(无蛋白)
水、气体
甘油、尿素、苯
乙醇、固醇类
葡萄糖、氨基酸
离子
蛋白质、核酸
2.协助扩散
借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式，叫作协助扩散，也叫易化扩散。
定义
条件
顺浓度、转运蛋白
浓度差
运输速率(v)
不需要耗细胞内化学反应产生的能量
运输方向
溶质:溶质分子多(高浓度)→溶质分子少(低浓度)
水:水分子多(低浓度)→水分子少(高浓度)
运输动力
浓度差
浓度差
运输速率(v)
0
a
A
B
b
浓度差0~a时：协助扩散有载体蛋白的协助，因此其运输速率大于自由扩散。
浓度差大于a时：由于载体蛋白的数量有限，载体蛋白都参与了协助扩散，协助扩散的运输速率达到最大。
浓度差大于b时：由于自由扩散的速率不受载体数量的限制，因此自由扩散的速率超过协助扩散的速率。
A：自由扩散
B：协助扩散
自由扩散和协助扩散运输速率比较
浓度差
转运蛋白的数量
自由扩散的速率
协助扩散的速率
种类 载体蛋白 通道蛋白
特异性
运输 特点
只容许与自身结合部位相适应的分子或离子通过
只容许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过
与被运输的物质结合
不与被运输的物质结合
每次转运时都会发生自身构象的改变
运输过程中自身构象不发生改变
既能参与协助扩散
也能参与主动运输
只能参与协助扩散
转运蛋白
实例
1.由载体蛋白参与的协助扩散
葡萄糖进入绝大多数组织细胞
(除小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞)
葡萄糖
葡萄糖转运蛋白
结合
运输
解离
复原
ATP
ADP+Pi
一系列酶的磷酸化
蛋白质合成
脂肪
合成
糖原
合成
胰岛素
胰岛素受体
囊泡
细胞对葡萄糖的摄取受胰岛素的调节
胰岛素促使葡萄糖被各种细胞吸收，特别是骨骼肌和脂肪细胞
血糖浓度低
胰岛素升高
胰岛素促使膜泡中葡萄糖转运蛋白运输到细胞上
葡萄糖被运到细胞内
葡萄糖
实例
2.由通道蛋白参与的协助扩散
①水通道
小管液
肾小管
上皮细胞
肾小管
组织液
H2O
H2O
H2O
H2O
H2O
抗利尿激素
水通道
水通道蛋白广泛存在于所有细胞的细胞膜上。
②离子通道
通常情况下：K+在细胞内浓度高，Na+在细胞外浓度高（Na+-K+泵造成的）
K+通道
Na+通道
K+外流
Na+内流
Ca2+在细胞外浓度高于细胞质基质中浓度(Ca2+泵造成的)
Ca2+通道
Ca2+内流
K+
Ca2+
Na+
K+
++
++
-
-
-
-
Na+
-
-
-
++
++
-
Ca2+
Ca2+
Na+
+
+
-
-
+
+
-
-
电压门控
Na+通道
电压门控
Ca2+通道
化学门控Na+通道
K+通道
神经细胞上的K+、Na+、Ca2+通道
兴奋性神经递质
K+
++
++
-
-
-
-
Na+
-
-
-
++
++
-
Ca2+
Ca2+
Cl-
+
+
-
-
+
+
-
-
电压门控
Na+通道
电压门控
Ca2+通道
化学门控Cl-通道
K+通道
神经细胞上的K+、Cl-、Ca2+通道
抑制性神经递质
纤毛
K+机械门控通道开放
纤毛摆动
K+机械门控通道关闭
K+
K+
K+
内淋巴液
(低Na+、高K+)
外淋巴液
(高Na+、低K+)
Ca2+
Ca2+
K+
电压门控Ca2+通道
电压门控K+通道
听毛细胞
听毛细胞
内耳听毛细胞的Ca2+、K+通道
选择性
离子通道具有两个特征
每种通道只对一种或几种离子有较高的通透能力，而对其他离子通透性很小或不通透。
门控性
离子通道通常具有开和闭的两种状态。由不同的刺激(电压、化学物质、机械力、温度等)引起通道蛋白构像改变而实现开或闭。
开
闭
通道运输
载体运输
被动运输
自由扩散
协助扩散
水通道
离子通道
被动运输的类型
细胞外
细胞内
自由扩散
协助扩散
协助扩散
载体蛋白
通道蛋白
协助扩散
自由扩散
载体蛋白
通道蛋白
细胞外
细胞内
被动运输的类型
通道运输
载体运输
被动运输
自由扩散
协助扩散
水通道
离子通道
3.主动运输
物质逆浓度梯度 进行跨膜运输，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗 细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫作主动运输。
定义
条件
载体蛋白 + 细胞内化学反应产生的能量
能量
运输速率(v)
运输方向
运输动力
逆浓度
细胞内化学反应产生的能量
载体数量限制
通过主动运输来选择吸收所需要的物质，排出代谢废物和对细胞有害的物质，从而保证细胞和个体生命活动的需要。
意义
细胞外
细胞内
ATP
载体蛋白
主动运输
囊性纤维化与Cl-载体异常关闭有关
ATP
ADP+Pi
H2O
稀薄的黏液
黏稠的分泌物不断积累
功能正常的氯离子载体
功能异常的氯离子载体
氯离子
氯离子
囊性纤维化患者肺部支气管上皮细胞表面转运氯离子的载体蛋白的功能发生异常
患者支气管中黏液增多，造成细菌感染。
扩展：主动运输的类型
Pi
ATP
ADP
光
H+
H+
H+
H+
ATP驱动
协同转运
光驱动
ATP驱动
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+
Na+
Na+
Na+
K+
能量
细胞外
细胞内
1.钠钾泵(Na+-K+泵)
Na+-K+泵逆浓度
将K+运入细胞
将Na+运出细胞
细胞内K+浓度高
细胞外Na+浓度高
主要存在动物细胞膜上
钠钾泵(Na+-K+泵)的生理功能
细胞内K+浓度高
细胞外Na+浓度高
1.维持动物细胞的渗透平衡
细胞内外的渗透压平衡
K+维持细胞内液的渗透压
Na+维持细胞外液的渗透压
2.神经细胞(可兴奋细胞)静息电位和动作电位形成的基础
细胞内K+浓度高
细胞外Na+浓度高
K+外流
Na+内流
静息电位(外正内负)
动作电位(外负内正)
3.作为其他物质逆浓度运输的动力(协同转运）
细胞外
Na+浓度高
Na+顺浓度内流
为其他物质逆浓度运输提供能量
细胞外
细胞内
细胞外
细胞内
同向转运
逆向转运
Na+
Na+
葡糖糖
H+
2. Ca2+泵
细胞膜上
的Ca2+泵
内质网和液泡等膜上Ca2+泵
Ca2+泵
出细胞
Ca2+泵
入细胞器
细胞质基质低钙环境
ATP
ADP+Pi
Ca2+
ATP
ADP+Pi
内质网
细胞质基质
3. H+泵
①细菌和真菌及植物细胞膜上没有Na+-K+泵，有H+泵，形成H+浓度，为营养物的吸收提供动力(H+驱动的同向协同转运)。
ATP
ADP+Pi
H+
H+
A
小分子
营养物质
②溶酶体和液泡等膜上存在H+泵，形成这些细胞器内部的酸性环境。
ATP
ADP+Pi
H+
4. ABC转运蛋白
ATP
ATP
ATP酶
2ATP
2ADP+2Pi
细胞外
细胞内
①存在于原核细胞膜上，将物质运入细胞
2个ATP与2个ATP酶结合
2个ATP酶聚合
转运蛋白结构改变，与物质结合并运输
ATP被水解，转运蛋白结构恢复
4. ABC转运蛋白
ATP
ATP
ATP酶
2ATP
2ADP+2Pi
细胞外
细胞内
②存在于真核细胞膜上，将物质运出细胞
2个ATP与2个ATP酶结合
2个ATP酶聚合
转运蛋白结构改变，与物质结合并运输
ATP被水解，转运蛋白结构恢复
协同转运
细胞外
细胞内
细胞外
细胞内
同向转运
逆向转运
Na+
Na+
葡糖糖
H+
也称继发性主动运输或次级主动运输
1. Na+-葡萄糖同向转运载体存在于小肠和肾小管的上皮细胞
葡萄糖
Na+
Na+
K+
ATP
葡萄糖
葡萄糖
小肠或肾小管腔
小肠或肾小管上皮细胞
组织液
高Na+
高葡萄糖
低Na+
低葡萄糖
高Na+
低葡萄糖
主动运输
协助扩散
葡萄糖的主动运输
顶端膜
基底膜
ATP
ADP+Pi
H+
H+
2. 植物液泡膜上有H+-Ca2+、H+-蔗糖逆向运输载体
液泡腔
(pH=3~6)
H+
Ca2+
蔗糖
蔗糖的主动运输
Ca2+的主动运输
H+驱动蔗糖逆向转运，使得液泡在白天将叶绿体光合作用合成的多余蔗糖储存在液泡中，夜间再将这些蔗糖运到细胞质基质。
H+
Na+的主动运输
Na+
细胞质基质
(pH=7.0)
H+的主动运输
光
H+
H+
H+
H+
光驱动
一种噬盐的厌氧细胞膜上特有的蛋白质(细菌视紫红质)，可在光能的激发下，逆浓度将H+运出细胞，造成细胞外积累高能浓度H+，这种H+浓度差可被另一种蛋白利用合成ATP。
H+
H+
ATP
ADP+Pi
细胞外
细胞内
ATP合酶
细菌视紫红质
光能
H+浓度差(势能)
ATP中的化学能
水
葡萄糖
Na+
K+
Ca2+
总结：常见物质的扩膜运输方式
自由扩散和协助扩散(通过水通道的协助扩散速率更快)
协助扩散(通过葡萄糖转运蛋白进入绝大多数组织细胞)
主动运输(通过Na+驱动的主动运输进入小肠和肾小管上皮细胞)
主动运输(通过Na+-K+泵排出细胞)
协助扩散(通过Na+通道流入细胞)
主动运输(通过Na+-K+泵进入细胞)
协助扩散(通过K+通道流出细胞)
主动运输(通过Ca2+泵排出细胞后进入内质网等细胞器)
协助扩散(通过Ca2+通道进入细胞质基质)
总结：物质跨膜运输的曲线
协助扩散
自由扩散
自由扩散或协助扩散
主动运输
总结：物质跨膜运输的曲线
自由扩散
协助扩散或主动运输
总结：物质跨膜运输的曲线
⑦
⑧
自由扩散
协助扩散或主动运输
总结：物质跨膜运输的曲线
⑨
⑩
自由扩散或协助扩散
主动运输
或哺乳动物成熟红细胞的主动运输
总结：物质跨膜运输的曲线

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