表的内容
- 质膜必须允许某些物质进入和离开细胞，并阻止一些有害物质进入和一些必需物质离开。
- 换句话说，质膜是选择性渗透的——它们允许一些物质通过，但不允许其他物质通过。
- 如果它们失去了这种选择性，细胞将不再能够维持自己，它就会被摧毁。
- 膜输送最直接的形式是被动的。
- 被动运输是一种自然发生的现象，不需要细胞发挥任何能量来完成运动。
- 它是离子或分子通过浓度梯度穿过细胞的过程，也就是从浓度高的地方到浓度低的地方而不消耗能量的过程。
图片来源:培生教育
被动运输的特点
- 被动传输不需要能量输入，因为化合物能够基于有利的浓度梯度自由地穿过膜。
- 与主动运输不同，它不需要细胞能量的输入，因为它是由系统的熵增长趋势驱动的。
- 被动转运的速率取决于细胞膜的通透性，而细胞膜的通透性又取决于膜脂和膜蛋白的组织和特征。
- 被动运输是通过简单扩散或通过质膜上的孔进行的。
- 运输、扩散和渗透的被动形式移动小分子量物质。
- 被动转运是独立于膜蛋白和生物分子的能量分解代谢。
被动运输的类型
被动输送主要有四种:简单扩散、促进扩散、过滤和/或渗透。
简单扩散
- 扩散是一个被动的运输过程。
- 一种物质倾向于从浓度高的地方移动到浓度低的地方，直到在整个空间中浓度相等。
- 物质通过扩散在细胞质内运动，某些物质通过扩散通过质膜。
- 扩散不消耗能量。相反，不同区域的不同物质浓度是势能的一种形式，扩散是势能的耗散，因为物质的浓度梯度从高到低。
- 有几个因素影响扩散速度。
- 浓度梯度的程度:浓度差越大，扩散越快。物质的分布越接近平衡，扩散的速度就越慢。
- 扩散分子的质量:质量越大的分子移动得越慢，因为对它们来说，在它们穿过的物质的分子之间移动更困难;因此，它们扩散得更慢。
- 温度:较高的温度增加了分子的能量，从而增加了分子的运动，增加了扩散的速度。
- 溶剂密度:随着溶剂密度的增加，扩散速率降低。分子变慢是因为它们更难通过密度更大的介质。
易化扩散
- 在促进运输(亦称促进扩散)过程中，物质在跨膜蛋白的帮助下沿着浓度梯度(从高浓度到低浓度)穿过质膜，而不消耗细胞能量。
- 然而，经过易转运的物质不容易或不迅速地通过质膜扩散。
- 使极性物质和其他物质在质膜上移动的解决办法在于跨越质膜表面的蛋白质。
- 被运输的物质首先附着在质膜外表面的蛋白质或糖蛋白受体上。这使得细胞所需的物质可以从细胞外液中除去。
- 然后，这些物质被传递到特定的整合蛋白上，这有助于它们通过，因为它们形成通道或孔，允许某些物质通过膜。
- 参与转运的整合蛋白被统称为转运蛋白，它们既是物质的通道，又是载体。
过滤
- 过滤是由于心血管系统产生的静水压力，水和溶质分子在细胞膜上的运动。
- 根据膜孔的大小，只有一定大小的溶质可以通过膜孔。
- 例如，肾脏的鲍曼囊的膜孔非常小，只有白蛋白，最小的蛋白质，有机会被过滤掉。另一方面，肝细胞的膜孔非常大，可以让各种溶质通过并代谢。
渗透
- 渗透是水通过半透膜的扩散，根据水在膜上的浓度梯度。
- 扩散在细胞膜上和细胞内运输物质，而渗透只在细胞膜上运输水，而细胞膜限制了水中溶质的扩散。因此，渗透是扩散的一种特殊情况。
- 水，像其他物质一样，从浓度较高的地方移动到浓度较低的地方。
- 这种水通过膜的扩散-渗透-将继续，直到水的浓度梯度为零。渗透作用在生命系统中不断进行。
- 有三种类型的渗透溶液:等渗溶液，低渗溶液和高渗溶液。
- 等渗溶液是指细胞外溶质浓度与细胞内溶质浓度平衡时的溶液。在等渗溶液中，水分子仍然在溶液之间移动，但从两个方向的速率是相同的，因此水分子的移动在细胞内外是平衡的。
- 低渗溶液是指细胞外的溶质浓度低于细胞内的溶质浓度。在低渗溶液中，水沿着浓度梯度(从高浓度到低浓度)进入细胞。这会导致细胞膨胀。
- 高渗溶液是指溶质浓度高于细胞内的浓度。在高渗溶液中，水会流出，导致细胞收缩。
被动转运通道和载体蛋白(易转运蛋白)
- 一些分子，如二氧化碳和氧气，可以直接穿过质膜，但其他分子需要帮助才能穿过它的疏水核心。
- 在易化扩散在膜蛋白(如通道和载体)的帮助下，分子在质膜上扩散，是被动转运的一种形式。
- 这些分子存在浓度梯度，因此它们有可能通过向下扩散进入(或流出)细胞。
- 然而，由于它们是带电的或极性的，它们不能在没有帮助的情况下穿过细胞膜的磷脂部分。
- 便利运输蛋白保护这些分子不受膜的疏水核心的影响，为它们提供了一条可以穿越的路线。
渠道
- 通道蛋白跨越细胞膜，形成亲水通道，让它们的目标分子通过扩散通过。
- 通道具有很强的选择性，只接受一种分子(或少数密切相关的分子)进行运输。
- 通过通道蛋白，极性和带电化合物可以避开质膜的疏水核心，否则会减慢或阻止它们进入细胞。
- 一些通道蛋白一直是开放的，但其他的是“门控”的，这意味着通道可以根据特定的信号(如电信号或分子结合)打开或关闭。
的例子。水通道蛋白是一种通道蛋白，它能让水快速穿过膜，它们在植物细胞、红细胞和肾脏的某些部位(它们能将尿液中的水分流失降至最低)发挥重要作用。
载体蛋白
- 另一类参与转运的跨膜蛋白由载体蛋白组成。
- 载体蛋白可以改变它们的形状，将目标分子从膜的一边移到另一边。
- 像通道蛋白一样，载体蛋白对一种或几种物质具有典型的选择性。
- 通常，它们会根据与目标分子的结合而改变形状，形状的改变会使分子移动到膜的另一侧。
- 参与促进扩散的载体蛋白只是为亲水分子提供了一种向下移动现有浓度梯度的方法(而不是充当泵)。
被动运输的意义
膜运输是细胞生命所必需的。在细胞的生命周期中，大量的交换是维持功能所必需的。运输可能涉及生物分子的结合和正常功能所必需的废物的排放。
- 它通常发生在血脑屏障，因为特定的分子，如硫贲妥钠，可以扩散通过膜。
- 当所有溶质颗粒在母亲和胎儿之间交换时，在胎盘中发生被动扩散。
- 运输、扩散和渗透的被动形式，使小分子量的材料跨膜移动。
- 消化后的食物分子(氨基酸、葡萄糖)沿着浓度梯度从肠道进入血液。废物如二氧化碳或尿素通过身体细胞扩散进入血液。
- 氧气从高浓度(在气囊中)转移到低浓度(在血液中)。二氧化碳从高浓度(血液中)转移到低浓度(气囊中)。
- 渗透的生物学重要性在于，它促进了体内基本营养物质的分布和代谢废物的排泄。细胞有半透膜，渗透作用使液体溶剂通过这些细胞膜成为可能。
- 在动物(包括人类)中，肾脏过滤清除血液中的废物。
参考文献
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