膜轉(zhuǎn)運蛋白與小分子物質(zhì)的跨膜運輸
????細胞內(nèi)外各種離子濃度的維持有助于維持細胞的正常功能。如動作電位的產(chǎn)生需要胞外高鈉、胞內(nèi)高鉀;鉀離子也是mRNA翻譯所需的物質(zhì);此外,鉀離子還是致痛物質(zhì)之一,細胞壞死釋放內(nèi)容物時,胞內(nèi)高濃度的鉀離子進入內(nèi)環(huán)境,會激活傷害性感受器引起痛覺。
????細胞膜以磷脂雙分子層為基本骨架,對大多數(shù)物質(zhì)高度不透。物質(zhì)跨細胞膜的運輸需要膜上轉(zhuǎn)運蛋白的參與。轉(zhuǎn)運蛋白分兩種:載體蛋白和通道蛋白。
???? 載體蛋白通過與溶質(zhì)(待轉(zhuǎn)運物質(zhì))的結(jié)合和構(gòu)象的改變完成轉(zhuǎn)運,它們具有一些酶的特征,如只特異性轉(zhuǎn)運一類分子、可被抑制劑抑制、活性隨環(huán)境改變(如pH、溫度)而變化,因此也稱為通透酶。它們有的可以水解ATP進行逆濃度差的轉(zhuǎn)運(主動運輸),有的可以順濃度差轉(zhuǎn)運(協(xié)助/易化擴散)。Na+/K+泵是其典型代表。
????通道蛋白通過在質(zhì)膜(即細胞膜)上形成通道行使轉(zhuǎn)運功能,不與待轉(zhuǎn)運物質(zhì)結(jié)合。因此通道蛋白對待轉(zhuǎn)運物質(zhì)的選擇性不及載體蛋白。通道蛋白與載體蛋白相比轉(zhuǎn)運效率高,轉(zhuǎn)運速率沒有極限。通道蛋白不是一直開放,電學、光學、力學、化學環(huán)境的改變,可引起它們開啟或關(guān)閉(電壓門通道、光敏感通道蛋白、應(yīng)力激活通道、配體門通道)。
????小分子物質(zhì)通過細胞膜,除了通過轉(zhuǎn)運蛋白的主動運輸和協(xié)助擴散的方式以外,還可通過自由擴散的方式。磷脂分子具有極性頭部和疏水尾部,在膜上形成疏水區(qū)域,故疏水分子如氣體分子和脂類易以自由擴散通過質(zhì)膜。

????協(xié)助擴散(易化擴散)是指由轉(zhuǎn)運蛋白參與且不消耗能量(ATP)的轉(zhuǎn)運方式。主動運輸與其區(qū)別在于后者要消耗能量或利用其他溶質(zhì)的濃度差。
????PS:對于被動運輸?shù)母拍?,高中人教版教材與翟中和《細胞生物學》表述有出入。高中教材將被動運輸定義為不需要額外消耗能量的運輸方式,包括自由擴散與協(xié)助擴散;而《細胞生物學》上被動運輸專指協(xié)助擴散。
????主動運輸是載體蛋白介導(dǎo)(參與)的消耗能量進行的逆濃度差的轉(zhuǎn)運方式。ATP驅(qū)動泵直接利用水解ATP提供的能量進行轉(zhuǎn)運(能量偶聯(lián)的化學反應(yīng));協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白利用另一溶質(zhì)的濃度差進行轉(zhuǎn)運,即消耗另一溶質(zhì)的濃度勢能。而這“另一溶質(zhì)的濃度勢能”根本來源還是ATP參與的轉(zhuǎn)運過程。此外,細菌中還有由光提供能量的光驅(qū)動泵。
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(本文根據(jù)翟中和《細胞生物學》和高中人教版生物學教材自行整理而成,如與教材有出入請以教材為準)