第二节 生物膜的功能
物质运输
能量转换
信息传递一,物 质 运 输
离子、小分子物质的运输（穿膜运输）
被动运输,主动运输
生物大分子的跨膜运输（膜泡运输）
生物膜是具有选择通透性的屏障，细胞能主动地从环境中摄取所需要的营养物质，同时排出代谢产物和废物，使细胞维持动态的恒定，这对于维持细胞的生命活动极为重要。
简单扩散物质从高浓度到低浓度的单纯的扩散作用，不需借助载体，不消耗能量。只有小分子量的不带电或疏水分子
（ H2O,O2,CO2,尿素、乙醇）以此方式过膜。
协助扩散物质从高浓度到低浓度（顺浓度梯度），需借助载体蛋白的物质运输。包括亲水性分子如糖、氨基酸等的运输。
指 物质 顺 浓度 梯度,不需要消耗代谢能的穿膜运输。
1、被动运输
㈠ 离子、小分子物质的运输（穿膜运输）
简单扩散与协助扩散的区别
协助扩散需和膜上的专一性的膜运输蛋白发生可逆结合，在它们帮助下扩散过膜。
与简单扩散相比，协助扩散有明显的饱和效应，
即当被运输物质浓度不断升高时，速度出现一个极限值，这是由于载体蛋白的数量限制造成的。
红细胞依靠葡萄糖转运蛋白吸收葡萄糖
红细胞葡萄糖转运蛋白是相对分子量 45kD的内在膜蛋白，以 α -螺旋跨膜 12次，形成一个中间圆孔，葡萄糖借助此蛋白的构象变化穿越这个圆孔。
胞外胞内葡萄糖葡萄糖转运蛋白葡萄糖结合 转运蛋白发生构象变化 葡萄糖扩散到胞质溶胶转运蛋白构象恢复质膜
葡萄糖在细胞内被己糖激酶磷酸化为 6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖不是葡萄糖转运蛋白的底物。
— 协助扩散
物质 逆浓度梯度 的穿膜运输，需消耗代谢能，
并需专一性的载体蛋白。
（ 1） ATP驱动的主动运输
Na+,K+的跨膜运输通过膜上的专一的载体
—— Na+,K+-泵 被运输,
Na+,K+-泵又称 Na+,K+-ATP酶,
它通过水解 ATP提供的能量主动向外运输
Na+,向内运输 K+,每水解 1分子 ATP向膜外泵出 3个 Na+,向膜内泵入 2个 K+。
高 K+
低 Na+
高 Na+
低 K+
2,主动运输质膜胞外胞内
2K+
3Na+
Na+,K+-泵
Na+,K+-泵由 α,β 两个亚基组成,其中 α 亚基跨膜，上有 Na+,K+,ATP及乌本苷结合位点。
Na+,K+-泵的作用机制，人们普遍接受的是构象变化假说
α 亚基β 亚基内外细胞外细胞质
Na+
Na+
P
P
Na+
K+
PK+K
+
1
2
3
4
5
6
ATP ADP
Na+,Mg2+
K+
P
膜外 Na +高，内 Na +低，本身有从外到内的趋势，贮存了能量。
Na +顺浓度梯度流向膜内，葡萄糖利用 Na +梯度提供的能量，通过专一的运送载体，伴随 Na +一起进入细胞。
再由 Na +,K + -泵将 Na +泵出以保持膜两侧的 Na + 梯度。
不靠 ATP水解放能推动，靠离子或 H+梯度形式贮存的能量。
在动物中，形成这种梯度的离子通常是 Na +,如葡萄糖被转运到小肠上皮细胞：
外高 Na+
内低 Na+
在细菌中，很多情况下是由质子梯度推动
（ 2）离子梯度驱动的主动运输葡萄糖质膜
质膜对大分子化合物或颗粒不能通透，
他们在细胞内运转时都由膜包围，形成细胞质小泡，故称 膜泡运输 。
1,胞吐
2,胞吞
㈡ 生物大分子的跨膜运输（膜泡运输）
1,胞吐
有些物质在细胞内被囊泡裹入形成分泌泡，逐渐移至细胞表面，最后与质膜接触、融合并向外排除，如胰岛素的分泌。
质膜细胞质
2,胞吞
细胞从外界摄入的大分子或颗粒，逐渐被质膜的一小部分包围而内陷，随后从质膜上脱落下来形成含有摄入物质的细胞内囊泡的过程。
吞噬作用
胞饮作用
受体介导的内吞作用
吞噬作用：凡以大的囊泡形式内吞较大的固体颗粒、
直径达几微米的复合物、微生物及细胞碎片等的过程。
如高等动物的免疫系统的巨噬细胞内吞内侵的细菌。
胞饮作用：以小的囊泡形式将细胞周围的微滴状液体
（直径＜ 1微米）吞入细胞内的过程。
受体介导的内吞作用：内吞物（配体，是蛋白质或小分子）与细胞表面的专一受体结合，并随即引发细胞膜的内陷，形成的囊泡将配体裹入并输入细胞内的过程。
胞吞一 物 质 运 输
㈠ 离子、小分子物质的运输（穿膜运输）
被动运输
主动运输
㈡ 生物大分子的跨膜运输（膜泡运输）
胞吐
胞吞小结二,能量转换
光合作用：光能 化学能
氧化磷酸化：化学能 生物能
叶绿体类囊体膜
线粒体内膜（真核）；质膜（原核）
三,信息传递
细胞质膜上存在有多种专一受体，以接受激素等胞间化学信号的作用信息。这些胞间信号称为第一信使。
第一信使与膜上的特定受体结合，引起受体蛋白构象变化，继而引起膜上 G蛋白的激活并产生第二信使
（胞内信使） cAMP,三磷酸肌醇（ IP3）,二酰甘油
（ DG） 和 Ca2+。 进而引起细胞内一系列反应。
环境刺激激素 受体
G-蛋白效应器
cAMP
IP3
DG
Ca2+
生理反应
CaM 蛋白激酶
物质运输
能量转换
信息传递一,物 质 运 输
离子、小分子物质的运输（穿膜运输）
被动运输,主动运输
生物大分子的跨膜运输（膜泡运输）
生物膜是具有选择通透性的屏障，细胞能主动地从环境中摄取所需要的营养物质，同时排出代谢产物和废物，使细胞维持动态的恒定，这对于维持细胞的生命活动极为重要。
简单扩散物质从高浓度到低浓度的单纯的扩散作用，不需借助载体，不消耗能量。只有小分子量的不带电或疏水分子
（ H2O,O2,CO2,尿素、乙醇）以此方式过膜。
协助扩散物质从高浓度到低浓度（顺浓度梯度），需借助载体蛋白的物质运输。包括亲水性分子如糖、氨基酸等的运输。
指 物质 顺 浓度 梯度,不需要消耗代谢能的穿膜运输。
1、被动运输
㈠ 离子、小分子物质的运输（穿膜运输）
简单扩散与协助扩散的区别
协助扩散需和膜上的专一性的膜运输蛋白发生可逆结合，在它们帮助下扩散过膜。
与简单扩散相比，协助扩散有明显的饱和效应，
即当被运输物质浓度不断升高时，速度出现一个极限值，这是由于载体蛋白的数量限制造成的。
红细胞依靠葡萄糖转运蛋白吸收葡萄糖
红细胞葡萄糖转运蛋白是相对分子量 45kD的内在膜蛋白，以 α -螺旋跨膜 12次，形成一个中间圆孔，葡萄糖借助此蛋白的构象变化穿越这个圆孔。
胞外胞内葡萄糖葡萄糖转运蛋白葡萄糖结合 转运蛋白发生构象变化 葡萄糖扩散到胞质溶胶转运蛋白构象恢复质膜
葡萄糖在细胞内被己糖激酶磷酸化为 6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡萄糖不是葡萄糖转运蛋白的底物。
— 协助扩散
物质 逆浓度梯度 的穿膜运输，需消耗代谢能，
并需专一性的载体蛋白。
（ 1） ATP驱动的主动运输
Na+,K+的跨膜运输通过膜上的专一的载体
—— Na+,K+-泵 被运输,
Na+,K+-泵又称 Na+,K+-ATP酶,
它通过水解 ATP提供的能量主动向外运输
Na+,向内运输 K+,每水解 1分子 ATP向膜外泵出 3个 Na+,向膜内泵入 2个 K+。
高 K+
低 Na+
高 Na+
低 K+
2,主动运输质膜胞外胞内
2K+
3Na+
Na+,K+-泵
Na+,K+-泵由 α,β 两个亚基组成,其中 α 亚基跨膜，上有 Na+,K+,ATP及乌本苷结合位点。
Na+,K+-泵的作用机制，人们普遍接受的是构象变化假说
α 亚基β 亚基内外细胞外细胞质
Na+
Na+
P
P
Na+
K+
PK+K
+
1
2
3
4
5
6
ATP ADP
Na+,Mg2+
K+
P
膜外 Na +高，内 Na +低，本身有从外到内的趋势，贮存了能量。
Na +顺浓度梯度流向膜内，葡萄糖利用 Na +梯度提供的能量，通过专一的运送载体，伴随 Na +一起进入细胞。
再由 Na +,K + -泵将 Na +泵出以保持膜两侧的 Na + 梯度。
不靠 ATP水解放能推动，靠离子或 H+梯度形式贮存的能量。
在动物中，形成这种梯度的离子通常是 Na +,如葡萄糖被转运到小肠上皮细胞：
外高 Na+
内低 Na+
在细菌中，很多情况下是由质子梯度推动
（ 2）离子梯度驱动的主动运输葡萄糖质膜
质膜对大分子化合物或颗粒不能通透，
他们在细胞内运转时都由膜包围，形成细胞质小泡，故称 膜泡运输 。
1,胞吐
2,胞吞
㈡ 生物大分子的跨膜运输（膜泡运输）
1,胞吐
有些物质在细胞内被囊泡裹入形成分泌泡，逐渐移至细胞表面，最后与质膜接触、融合并向外排除，如胰岛素的分泌。
质膜细胞质
2,胞吞
细胞从外界摄入的大分子或颗粒，逐渐被质膜的一小部分包围而内陷，随后从质膜上脱落下来形成含有摄入物质的细胞内囊泡的过程。
吞噬作用
胞饮作用
受体介导的内吞作用
吞噬作用：凡以大的囊泡形式内吞较大的固体颗粒、
直径达几微米的复合物、微生物及细胞碎片等的过程。
如高等动物的免疫系统的巨噬细胞内吞内侵的细菌。
胞饮作用：以小的囊泡形式将细胞周围的微滴状液体
（直径＜ 1微米）吞入细胞内的过程。
受体介导的内吞作用：内吞物（配体，是蛋白质或小分子）与细胞表面的专一受体结合，并随即引发细胞膜的内陷，形成的囊泡将配体裹入并输入细胞内的过程。
胞吞一 物 质 运 输
㈠ 离子、小分子物质的运输（穿膜运输）
被动运输
主动运输
㈡ 生物大分子的跨膜运输（膜泡运输）
胞吐
胞吞小结二,能量转换
光合作用：光能 化学能
氧化磷酸化：化学能 生物能
叶绿体类囊体膜
线粒体内膜（真核）；质膜（原核）
三,信息传递
细胞质膜上存在有多种专一受体，以接受激素等胞间化学信号的作用信息。这些胞间信号称为第一信使。
第一信使与膜上的特定受体结合，引起受体蛋白构象变化，继而引起膜上 G蛋白的激活并产生第二信使
（胞内信使） cAMP,三磷酸肌醇（ IP3）,二酰甘油
（ DG） 和 Ca2+。 进而引起细胞内一系列反应。
环境刺激激素 受体
G-蛋白效应器
cAMP
IP3
DG
Ca2+
生理反应
CaM 蛋白激酶
