非電解質(zhì)通過(guò)擴(kuò)散跨過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜必須具備兩個(gè)條件:第一,該物質(zhì)在細(xì)胞外的濃度很高;第二,細(xì)胞質(zhì)膜必須對(duì)這種物質(zhì)具有通透性。膜對(duì)某種溶質(zhì)具有透性,必須滿足兩個(gè)條件之一:(1)這種物質(zhì)能夠直接穿過(guò)脂雙層,或是(2)膜中有可允許該溶質(zhì)通過(guò)的跨膜孔道。
■ 擴(kuò)散與滲透
細(xì)胞質(zhì)膜具有兩個(gè)基本的特性∶允許小分子物質(zhì)通過(guò)擴(kuò)散穿過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜,也可以讓水通過(guò)滲透進(jìn)出細(xì)胞質(zhì)膜。但是擴(kuò)散和滲透是兩個(gè)不同的概念。
● 擴(kuò)散(diffusion)是指物質(zhì)沿著濃度梯度從半透性膜濃度高的一側(cè)向低濃度一側(cè)移動(dòng)的過(guò)程,通常把這種過(guò)程稱為簡(jiǎn)單擴(kuò)散。
● 滲透(osmosis)的含義則是指水分子以及溶劑通過(guò)半透性膜的擴(kuò)散。
它們都是從自由能高的部位向自由能低的部位置ATP移動(dòng)。
正是根據(jù)水與水中溶質(zhì)在膜通透性上的差別,才將膜稱為半透性(semipermeable)。當(dāng)兩種不同濃度的溶液被半透性的膜脂分隔開(kāi)后,高溶質(zhì)濃度的一側(cè)是高滲的(hypertonic),而低溶質(zhì)一側(cè)則是低滲的(hypoosmotic)。若兩側(cè)的溶質(zhì)濃度相等,則稱為等滲(iso-osmotic)?! ?BR> ■ 被動(dòng)運(yùn)輸: 簡(jiǎn)單擴(kuò)散(simple diffusion)及限制因素
簡(jiǎn)單擴(kuò)散是被動(dòng)運(yùn)輸?shù)幕痉绞?,不需要膜蛋白的幫助,也不消耗ATP,而只靠膜兩側(cè)保持一定的濃度差,通過(guò)擴(kuò)散發(fā)生的物質(zhì)運(yùn)輸。
簡(jiǎn)單擴(kuò)散的限制因素是物質(zhì)的脂溶性、分子大小和帶電性。
● 脂溶性:脂溶性越強(qiáng),通過(guò)脂雙層膜的速率越快。
● 相對(duì)分子質(zhì)量:相對(duì)分子質(zhì)量小,脂溶性高的分子才能快速擴(kuò)散。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,推測(cè)質(zhì)膜的通透性孔徑不會(huì)大于0.5~1.0nm,能夠擴(kuò)散的最小分子是水分子。
● 物質(zhì)的帶電性:
為什么所有帶電荷的分子(離子),不管它多小, 都不能自由擴(kuò)散?
一般說(shuō)來(lái),氣體分子(如O2、CO2、N2)、小的不帶電的極性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性的分子等易通過(guò)質(zhì)膜,大的不帶電的極性分子(如葡萄糖)和各種帶電的極性分子都難以通過(guò)質(zhì)膜。
■ 被動(dòng)運(yùn)輸:促進(jìn)擴(kuò)散(facilitated diffusion)及特點(diǎn)
促進(jìn)擴(kuò)散是指非脂溶性物質(zhì)或親水性物質(zhì), 如氨基酸、糖和金屬離子等借助細(xì)胞膜上的膜蛋白的幫助順濃度梯度或順電化學(xué)濃度梯度, 不消耗ATP進(jìn)入膜內(nèi)的一種運(yùn)輸方式。促進(jìn)擴(kuò)散同樣不需要消耗能量,并且也是從高濃度向低濃度進(jìn)行。
促進(jìn)擴(kuò)散同簡(jiǎn)單擴(kuò)散相比,具有以下一些特點(diǎn)∶
● 促進(jìn)擴(kuò)散的速度要快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
● 具有飽和性: 當(dāng)溶質(zhì)的跨膜濃度差達(dá)到一定程度時(shí),促進(jìn)擴(kuò)散的速度不再提高。
● 具有高度的選擇性: 如運(yùn)輸?shù)鞍啄軌驇椭咸烟强焖龠\(yùn)輸,但不幫助與葡萄糖結(jié)構(gòu)類(lèi)似的糖類(lèi)運(yùn)輸。
● 膜運(yùn)輸?shù)鞍椎倪\(yùn)輸作用也會(huì)受到類(lèi)似于酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制,以及蛋白質(zhì)變性劑的抑制作用。
■ 通道蛋白與促進(jìn)擴(kuò)散
通道蛋白(channel protein)是一類(lèi)橫跨質(zhì)膜,它們都是通過(guò)疏水的氨基酸鏈進(jìn)行重排,形成水性通道, 允許適宜的分子通過(guò)。通道蛋白具有選擇性,所以在細(xì)胞膜中有各種不同的通道蛋白。通道蛋白參與的只是被動(dòng)運(yùn)輸, 并且是從高濃度向低濃度運(yùn)輸,所以不消耗能量。
現(xiàn)已鑒定過(guò)的離子通道蛋白在膜中都有開(kāi)和關(guān)兩種構(gòu)型相當(dāng)于門(mén),所以將通道蛋白形成的通道稱為門(mén)控通道(gated channel)
● 電位-門(mén)控通道(voltage-gated channels)
這類(lèi)通道的構(gòu)型變化依據(jù)細(xì)胞內(nèi)外帶電離子的狀態(tài),主要是通過(guò)膜電位的變化使其構(gòu)型發(fā)生改變, 從而將"門(mén)"打開(kāi)。
含羞草的葉片在觸摸時(shí)發(fā)生的葉卷曲就是通過(guò)電位-門(mén)控通道傳遞信號(hào)的。
● 配體-門(mén)控通道(ligand gated channel)
這類(lèi)通道在其細(xì)胞內(nèi)外的特定配體(ligand)與其表面受體結(jié)合時(shí)發(fā)生反應(yīng)。
● 脅迫門(mén)控通道(stretch-gated channel)
■ 擴(kuò)散與滲透
細(xì)胞質(zhì)膜具有兩個(gè)基本的特性∶允許小分子物質(zhì)通過(guò)擴(kuò)散穿過(guò)細(xì)胞質(zhì)膜,也可以讓水通過(guò)滲透進(jìn)出細(xì)胞質(zhì)膜。但是擴(kuò)散和滲透是兩個(gè)不同的概念。
● 擴(kuò)散(diffusion)是指物質(zhì)沿著濃度梯度從半透性膜濃度高的一側(cè)向低濃度一側(cè)移動(dòng)的過(guò)程,通常把這種過(guò)程稱為簡(jiǎn)單擴(kuò)散。
● 滲透(osmosis)的含義則是指水分子以及溶劑通過(guò)半透性膜的擴(kuò)散。
它們都是從自由能高的部位向自由能低的部位置ATP移動(dòng)。
正是根據(jù)水與水中溶質(zhì)在膜通透性上的差別,才將膜稱為半透性(semipermeable)。當(dāng)兩種不同濃度的溶液被半透性的膜脂分隔開(kāi)后,高溶質(zhì)濃度的一側(cè)是高滲的(hypertonic),而低溶質(zhì)一側(cè)則是低滲的(hypoosmotic)。若兩側(cè)的溶質(zhì)濃度相等,則稱為等滲(iso-osmotic)?! ?BR> ■ 被動(dòng)運(yùn)輸: 簡(jiǎn)單擴(kuò)散(simple diffusion)及限制因素
簡(jiǎn)單擴(kuò)散是被動(dòng)運(yùn)輸?shù)幕痉绞?,不需要膜蛋白的幫助,也不消耗ATP,而只靠膜兩側(cè)保持一定的濃度差,通過(guò)擴(kuò)散發(fā)生的物質(zhì)運(yùn)輸。
簡(jiǎn)單擴(kuò)散的限制因素是物質(zhì)的脂溶性、分子大小和帶電性。
● 脂溶性:脂溶性越強(qiáng),通過(guò)脂雙層膜的速率越快。
● 相對(duì)分子質(zhì)量:相對(duì)分子質(zhì)量小,脂溶性高的分子才能快速擴(kuò)散。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,推測(cè)質(zhì)膜的通透性孔徑不會(huì)大于0.5~1.0nm,能夠擴(kuò)散的最小分子是水分子。
● 物質(zhì)的帶電性:
為什么所有帶電荷的分子(離子),不管它多小, 都不能自由擴(kuò)散?
一般說(shuō)來(lái),氣體分子(如O2、CO2、N2)、小的不帶電的極性分子(如尿素、乙醇)、脂溶性的分子等易通過(guò)質(zhì)膜,大的不帶電的極性分子(如葡萄糖)和各種帶電的極性分子都難以通過(guò)質(zhì)膜。
■ 被動(dòng)運(yùn)輸:促進(jìn)擴(kuò)散(facilitated diffusion)及特點(diǎn)
促進(jìn)擴(kuò)散是指非脂溶性物質(zhì)或親水性物質(zhì), 如氨基酸、糖和金屬離子等借助細(xì)胞膜上的膜蛋白的幫助順濃度梯度或順電化學(xué)濃度梯度, 不消耗ATP進(jìn)入膜內(nèi)的一種運(yùn)輸方式。促進(jìn)擴(kuò)散同樣不需要消耗能量,并且也是從高濃度向低濃度進(jìn)行。
促進(jìn)擴(kuò)散同簡(jiǎn)單擴(kuò)散相比,具有以下一些特點(diǎn)∶
● 促進(jìn)擴(kuò)散的速度要快幾個(gè)數(shù)量級(jí)。
● 具有飽和性: 當(dāng)溶質(zhì)的跨膜濃度差達(dá)到一定程度時(shí),促進(jìn)擴(kuò)散的速度不再提高。
● 具有高度的選擇性: 如運(yùn)輸?shù)鞍啄軌驇椭咸烟强焖龠\(yùn)輸,但不幫助與葡萄糖結(jié)構(gòu)類(lèi)似的糖類(lèi)運(yùn)輸。
● 膜運(yùn)輸?shù)鞍椎倪\(yùn)輸作用也會(huì)受到類(lèi)似于酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制,以及蛋白質(zhì)變性劑的抑制作用。
■ 通道蛋白與促進(jìn)擴(kuò)散
通道蛋白(channel protein)是一類(lèi)橫跨質(zhì)膜,它們都是通過(guò)疏水的氨基酸鏈進(jìn)行重排,形成水性通道, 允許適宜的分子通過(guò)。通道蛋白具有選擇性,所以在細(xì)胞膜中有各種不同的通道蛋白。通道蛋白參與的只是被動(dòng)運(yùn)輸, 并且是從高濃度向低濃度運(yùn)輸,所以不消耗能量。
現(xiàn)已鑒定過(guò)的離子通道蛋白在膜中都有開(kāi)和關(guān)兩種構(gòu)型相當(dāng)于門(mén),所以將通道蛋白形成的通道稱為門(mén)控通道(gated channel)
● 電位-門(mén)控通道(voltage-gated channels)
這類(lèi)通道的構(gòu)型變化依據(jù)細(xì)胞內(nèi)外帶電離子的狀態(tài),主要是通過(guò)膜電位的變化使其構(gòu)型發(fā)生改變, 從而將"門(mén)"打開(kāi)。
含羞草的葉片在觸摸時(shí)發(fā)生的葉卷曲就是通過(guò)電位-門(mén)控通道傳遞信號(hào)的。
● 配體-門(mén)控通道(ligand gated channel)
這類(lèi)通道在其細(xì)胞內(nèi)外的特定配體(ligand)與其表面受體結(jié)合時(shí)發(fā)生反應(yīng)。
● 脅迫門(mén)控通道(stretch-gated channel)