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细胞膜(plasma membrane)的基本结构和物质转运功能(跨膜物质转运,单纯扩散,易化扩散,主动转运)
来源:医学全在线 更新:2007/8/25 字体:

 

  细胞膜上的钠泵活动的意义是:(1)由钠泵活动造成的细胞内高K+,是许多代谢反应进行的必需条件;(2)如果细胞允许大量细胞外Na+进入膜内,由于渗透压的关系,必然会导致过多水分了进入膜内,这将引起细胞的肿胀,进而破坏细胞的结构;(3)它能够建立起一种势能贮备。如所周知,能量只能转换而不能消灭,细胞由物质代谢所获得的能量,先以化学能的形式贮存在ATP的高能磷酸键之中;当钠泵蛋白质分解ATP时,此能量用于使离子作逆电-化学势跨膜移动,于是能量又发生转换,以膜两侧出现了具有高电-化学势的离子(分别为K+和Na+)而以势能的形式贮存起来;换句话说,泵出膜外的Na+由于其高浓度而有再进入膜内的趋势,膜内高浓度的K+、则有再有再移了膜的趋势,这就是一种势能贮备。由钠泵造成的离子势能贮备,可用于细胞的其他耗能过程。如下节将详细讨论的Na+、K+等离子在膜两侧的不均衡分布,是神经和肌肉等组织具有兴奋性的基础;由K+、Na+等离子在特定条件下通过各自的离子通道进行的顺电-化学势的被动转运,使这些细胞表现出各种形式的生物电现象。

  继发性主动转运钠泵活动形成的势能贮备,还可用来完成一些其他物质的逆浓度差的跨膜转运,这主要见于前面提到的肠上皮和肾小管上皮细胞对葡萄糖、氨基酸等营养物质的较为安全吸收现象,这显然有主动转运过程的参与。但据观察,这种理论上要耗能的过程并不直接伴随ATP或其他供能物质的消耗。这些物质的跨膜转运经常要伴有Na+由上皮细胞的管腔侧同时进入细胞;后者是葡萄糖等进入细胞的必要条件,没有Na+由高浓度的膜外顺浓度差进入膜内,就不会出现葡萄糖等分子逆浓度差进入膜内。在完整的在体肾小管和肠粘膜上皮细胞,由于在细胞的基底-外侧膜(或基侧膜,即靠近毛细血管和相邻上皮细胞侧的膜)上有钠泵存在(图2-4),因而能造成细胞内Na+浓度经常低于小管液和肠腔液中Na+浓度的情况,于是Na+不断由小管液和肠腔液顺浓度差进入细胞,由此释放的势能则用于葡萄糖分子的逆浓度进入细胞。葡萄糖主动转运所需的能量不是直接来自ATP的分解,而是来自膜外Na+的高势能;但造成这种高势能的钠泵活动是需要分解ATP的,因而糖的主动转运所需的能量还是间接地来自ATP,为此把这种类型的转运称为继发性主动转运,或称为联合转运(cotransport)。每一种联合转运也都与膜中存在的特殊蛋白质有关,称为转运体(transporter);而且在不同的情况下,被转运的物质分子有的与Na+移动的方向相同,有时两者方向相反。甲状腺细胞特有的聚碘作用,也属于继发性主动转运。

图2-4 葡萄糖和一些氨基酸的继发性主动转运模式图

上方弯曲的管腔侧膜上的圆和方块,分别表示同葡萄糖和某些氨
基酸的继发性转运有关的转运蛋白质

  主动转运是人体最重要的物质转运形式,除上述的钠泵外,目前了解较多的还有钙泵(Ca2+-Mg2+依赖式ATP酶)、H+-K+泵(H+-K+依赖式ATP酶)等。这些泵蛋白在分子结构上和钠泵有很大类似,都以直接分解ATP为能量来源,将有关离子进行逆浓度的转运。钙泵主要分布在骨骼肌和心肌细胞内部的肌浆网上,激活时可将胞浆中的Ca+迅速集聚到肌浆网内部,使胞浆中Ca+浓度在短时期内下降达成100倍以上;这是诱发肌肉舒张的关键因素。H+-K+泵主要分布在胃粘膜壁细胞表面,与胃酸的分泌有关。

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