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医学细胞生物学4细胞膜与物的跨膜运输

细胞膜概述与结构

物质跨膜运输方式

各类物质跨膜运输机制

细胞膜在物质跨膜运输中作用

细胞膜与药物相互作用及影响

实验方法与技术应用

目录

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细胞膜概述与结构

定义：细胞膜是细胞外围的一层薄膜，将细胞质与外部环境分隔开，维持细胞内外环境的相对稳定。

功能

保护细胞内部结构，维持细胞的完整性。

参与细胞间的信息交流，如激素、神经递质等的传递。

维持细胞的正常生理功能，如细胞代谢、信号传导等。

控制物质进出细胞，进行选择性吸收和排泄。

主要成分为磷脂，构成细胞膜的基本骨架。

脂质

蛋白质

糖类

分为内在蛋白和外在蛋白，参与物质运输、信号传导等。

与蛋白质或脂质结合形成糖蛋白或糖脂，参与细胞识别、免疫应答等。

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流动镶嵌模型

认为细胞膜是由流动的脂质双分子层和镶嵌其中的蛋白质分子组成。该模型较好地解释了细胞膜的结构特点和功能特性。

单位膜模型

认为细胞膜是由一层连续的脂质分子和两侧各一层蛋白质分子组成。该模型强调了细胞膜的整体性和连续性。

晶格镶嵌模型

认为细胞膜中的脂质和蛋白质分子以特定的方式排列组合，形成类似晶格的结构。该模型强调了细胞膜中分子的有序性和规律性。

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物质跨膜运输方式

脂溶性物质或少数不带电荷的极性小分子，如O2、CO2、N2、NH3、类固醇激素、乙醇、尿素、甘油、水等，通过细胞膜顺浓度差或电位差的转运。

简单扩散

非脂溶性或亲水性物质，如Na+、K+、Cl-等离子成分，在膜蛋白的帮助下，顺浓度差或电位差进行的跨膜转运。经通道的易化扩散称经通道易化扩散，而经载体的易化扩散称经载体易化扩散。

易化扩散

原发性主动转运

细胞直接利用代谢产生的能量将物质（带电离子）逆浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运。介导这一过程的膜蛋白为离子泵。在哺乳动物细胞膜上普遍存在的离子泵是钠泵，简称钠钾泵，也称$Na^+-K^+$泵，还有氢泵、钙泵等。

继发性主动转运

许多物质逆浓度梯度或电位梯度的跨膜转运并不是直接利用分解ATP产生的能量，而是利用原发性主动转运所形成的某些离子的浓度梯度进行跨膜转运，称为继发性主动转运。例如肾小管上皮细胞重吸收葡萄糖或氨基酸等营养物质的过程。

胞吞作用

细胞通过细胞膜内陷形成囊泡，将外界物质裹进并输入细胞的过程。根据形成的胞质内吞泡的大小和胞吞作用进行的方式，可分为吞噬作用、胞饮作用。

胞吐作用

细胞需要外排的大分子，先在细胞内形成囊泡，囊泡移到细胞膜处与细胞膜融合，将大分子排出细胞的过程。

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各类物质跨膜运输机制

通过消耗ATP，将3个Na+泵出细胞外，同时将2个K+泵入细胞内，维持细胞内外Na+、K+浓度差。

钠钾泵

通过消耗ATP，将细胞质内过多的Ca2+泵入内质网或排出细胞外，维持细胞内Ca2+浓度的稳定。

钙泵

氯离子通道蛋白可形成选择性通道，允许Cl-顺浓度梯度跨膜运输。

氯离子通道

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脂肪酸转运蛋白

脂肪酸转运蛋白可结合脂肪酸分子，并将其转运至细胞内进行代谢。

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葡萄糖转运蛋白

葡萄糖转运蛋白镶嵌于细胞膜上，可特异性结合葡萄糖分子并将其转运至细胞内。

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氨基酸转运蛋白

氨基酸转运蛋白可识别并结合氨基酸分子，通过构象变化将其转运至细胞内。

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细胞膜在物质跨膜运输中作用

细胞膜具有选择性通透性，能够控制物质进出细胞。

细胞膜上的通道蛋白和载体蛋白对物质具有选择性识别和结合能力，从而实现对物质的选择性运输。

细胞膜的选择性通透性对于维持细胞内外环境的稳定和细胞的正常生理功能具有重要意义。

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物质跨膜运输过程中往往伴随着能量的转换和利用。

协助扩散过程中，细胞利用浓度差产生的势能驱动物质顺浓度梯度进行跨膜运输，同时不需要消耗额外的能量。

主动运输过程中，细胞通过消耗ATP等能量物质提供动力，驱动物质逆浓度梯度进行跨膜运输。

细胞膜上的离子通道和离子泵等结构也参与能量转换和利用过程，通过调节离子浓度和电位差等方式维持细胞的正常生理功能。

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细胞膜与药物相互作用及影响

被动扩散

药物顺着浓度梯度，通过细胞膜的脂质双层进行扩散，不需要能量消耗。

主动转运

药物逆浓度梯度，通过细胞膜上的特定转运蛋白进行转运，需要消耗能量。

膜动转运

药物通过细胞膜上的特殊结构（如胞吞、胞吐）进行转运，涉及膜的动态变化。

改变膜脂质组成

某些药物可改变细胞膜脂质双层的组成，影响膜的流动性和通透性。

影响膜蛋白功能

药物可与细胞膜上的蛋白结合，改变其构象或活性，从而影响膜的功能。

破坏膜完整性

一些药物可引起细胞膜的破裂或溶解，导致细胞内容物的泄漏和细胞死亡。

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细胞内代谢

药物进入细胞后，可在细胞内酶的作用下进行代谢，转化为活性或非活性产物。

细胞内排泄

代谢后的药物或其原形可通过细胞膜上的转运蛋白或特