简单扩散 通道扩散 载体扩散
一、简单扩散
• 简单扩散（simple diffusion）又称被动扩散，是小分子物 质穿膜运输的最简单的方式。不需要穿膜运输蛋白协助， 由高浓度向低浓度运输，不需细胞提供能量，所需能量来 自高浓度本身所含的势能。
• 须满足两个条件：一是溶质在膜两侧保持一定的浓度差； 二是溶质必须能透过膜。
• 载体蛋白与特定的溶质结合，改变构象使溶质穿 越细胞膜
• 通道蛋白形成水溶性通道，贯穿脂双层，当通道 开放时特定的溶质（一般是离子）可经过通道穿 越细胞膜。
（一）载体蛋白介导的被动运输
一些非脂溶性（或亲水性）的物质，如葡萄 糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等，不能以 简单扩散的方式通过细胞膜，但它们可在载体蛋 白的介导下，不消耗细胞的代谢能量，顺物质浓 度梯度或电化学梯度进行转运，这种方式称为易 化扩散（facilitated diffusion）或帮助扩散 。
（3）应力激活通道：
应力激活通道（stress-activated channel）是 通道蛋白感受应力而改变构象，开启通道使“门” 打开，离子通过亲水通道进入细胞，引起膜电位 变化，产生电信号。
如内耳听觉毛细胞顶部的听毛即具有应力激 活通道。
2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦 金农，分别因对细胞膜离子通道结构和机理研究 而获诺贝尔化学奖。
2. 离子通道的类型
（1）配体门控通道 （2）电压门控通道
（3）应力激活通道
（1）配体门控通道
配体门控通道（ligand-gated channel）与细胞 外的特定配体（ligand）结合后，发生构象改变， 结果将“门”打开，允许某种离子快速穿膜扩散。
乙酰胆碱受体（acetylcholine receptor，nAChR） 是典型的配体门控通道。
载体蛋白构象变化介导的易化扩散示意图
葡萄糖的转运是通过载体蛋白自身构型的改变来 实现的
（二）离子通道
1. 离子通道的特点
①通道蛋白介导的是被动运输，通道是双向的。 ②离子通道对被转运离子的大小和所带电荷都有高
度的选择性。 ③转运速率高 。 ④多数离子通道不是持续开放，离子通道开放受
“闸门”控制 。
Peter Agre
Roderick MacKinnon
穿膜运动
小分子物质跨膜转运
大分子物质囊泡运输
被动运输
主动运输
简单扩散 水 非极性
易化扩散 通道蛋白 载体蛋白
离子泵 协同转运
内吞
吞噬 吞饮
胞吐
气体
受体介导的内吞
主动运输是载体蛋白逆浓度梯度的耗能 运输
✓ 概念：主动运输是载体蛋白介导的物质逆电化学 梯度，由低浓度一侧向高浓度一侧进行的穿膜转 运方式，需要消耗能量。
乙酰胆碱受体模式图
（2）电压门控通道：
膜电位的改变是控制电压门控通道（voltagegated channel）开放与关闭的直接因素。
电压门控通道主要存在于神经元、肌细胞及腺 上皮细胞等可兴奋细胞，包括钾通道、钙通道、 钠通道和氯通道。
正常情况下，膜处于极化状态，电压闸门关闭； 接受刺激后，膜去极化，电压闸门开放。
（1）细胞膜内侧：
Na+与酶结合
激活酶 ATP水解
酶磷酸化 酶构象变化
Na+ 结合的部位
转向膜外侧 释放 Na+。
（2）细胞膜外侧：
改变构象的酶蛋白与K+合
酸化
酶的构象又恢复原状
膜内侧释放。
酶去磷 将K+ 在
每泵出3个Na+只泵入2个K+
Na＋-K＋泵的生物学意义
➢直接效果：维持了细胞内低钠高钾的特殊离 子浓度。 ➢间接效应：
①调节膜内外渗透压维持恒定的细胞容积。 ②保持膜电位。 ③为物质吸收提供驱动力。如葡萄糖和某些氨基酸
的伴随扩散
④为蛋白质合成及代谢活动提供必要的离子浓度
2. 协同运输
协同运输（co-transport）是一类由Na+-K+ 泵（或H+泵）与载体蛋白协同作用，间接消耗 ATP所完成的主动运输方式。
根据溶质分子运输方向与顺电化学梯度转移 的离子（Na+或H+）方向的关系，又可分为共运 输（symport）与对向运输（antiport）。
✓ 类型：可分为ATP驱动泵（由ATP直接提供能量）
和协同运输（ATP间接提供能量）两种类型。
1. ATP驱动泵
ATP驱动泵都是穿膜蛋白，它们在膜的胞质 侧具有一个或多个ATP结合位点，能够水解ATP 使自身磷酸化，利用ATP水解所释放的能量将被 转运分子或离子从低浓度向高浓度转运，所以常 称之为“泵”。
第四章
细胞膜与物质穿膜运输
(Cell Membrane and Transmembrane Transport)
第四章 细胞膜与物质穿膜运输
概述 第一节 细胞膜的化学组成与生物学特性 第二节 小分子物质和离子的穿膜运输 第三节 大分子和颗粒物质的穿膜运输 第四节 细胞表面特化结构 第五节 细胞膜异常与疾病
• 脂溶性物质如醇、苯、甾体类激素以及O2、CO2、NO和 H2O等就是通过简单扩散方式 。
二、膜运输蛋白介导物质穿膜运输
细胞膜中有特定的膜蛋白负责转运这些物质，这类 蛋白质称为膜运输蛋白（membrane transport protein）。
膜运输蛋白主要有两类： 载体蛋白（carrier protein） 通道蛋白（channel protein）
钠钾泵（Na+-K+ pump）
钠钾泵实质上就是 Na+-K+ ATP酶，具有载 体和酶的活性。
大多数细胞：[Na+]内 [Na+]外 10~20倍 [K+]内 [K+]外 10~20倍
Na+-K+泵由大小两个亚基组成： 大的α亚基：为跨膜的脂蛋白，具有ATP酶 活性。其胞质面有3个高亲和Na+和1个ATP结合 部位，膜外表面有2个高亲和K+和1个乌苯苷结 合部位，通过反复磷酸化和去磷酸化进行活动。 小的β亚基：为半嵌入的糖蛋白，作用不详 。
穿膜运动
小分子物质跨膜转运
大分子物质囊泡运输
被动运输
主动运输
简单扩散 水 非极性
易化扩散 通道蛋白 载体蛋白
离子泵 协同转运
内吞
吞噬 吞饮
胞吐
气体
受体介导的内吞
被动运输（passive transport） ❖ 概念：是指物质顺浓度梯度，由浓度高的一
侧通过膜运输到浓度低的一侧的穿膜扩散，不 消耗代谢能的运输方式。 ❖ 种类：