第三節細胞膜與物質運輸
活細胞和環境之間要不間斷地進行物質交換，細胞所需要的物質要從細胞外周圍環境取得，而細胞的代謝產物又要排出細胞，這些物質必須經過細胞膜。然而，細胞膜並不是讓任何物質都可以隨便進出的而是有選擇地允許或阻止一些物質通過，細胞膜這個特性被稱為選擇性通透。選擇性通透對物質進出細胞起著調節作用，維護了膜內外離子濃度差，保持了膜內外滲透壓平衡，從而保證了生物體的細胞進行正背的生命活劫。
細胞內外的物質交換有許多不同機決定了物質運輸的不同方式。下麵介紹三種運輸途徑：被動運輸、主動運輸。
一、被動運細胞
物質通過單純擴散，順著濃度梯度，由高濃度向低濃度通過膜的運動，運動的動力來自濃度梯度，不需要由細胞提供代謝能量，這種運輸的過程稱為被動運輸。被動運輸又包括單純擴散和易化擴散等方式。
（―）單純擴散
單純擴散又稱簡單擴散，是最簡單的一種運輸方式。根據擴散原理，溶質分子總是從高濃度一側向低濃度一側移動，物質的這種通透方式稱為單純擴散。細胞的單純擴散運輸方式就是按著物理學的擴散原理進行的，它不需要消耗細胞本身的代謝能，也不必有專一的膜蛋白分子，隻要物質在膜兩側保持一定的濃度差，即可發生這種運輸。例如，脂溶性物質苯、醇、甾類激素以及水、隊等就是通過單純擴散的方式，從高濃度一側直接穿過脂質雙層向低濃度一側運輸的。
為了弄清細胞膜對物質的選擇性通透，有人在實驗室製造出無蛋白的人工脂質雙層（人工膜），研究哪些分子以單純擴散形式通過人工脂質雙層，哪些分子不能通過，以及各種分子通過的快慢等。
第一，疏水分子在油中越是容易溶解的，它通過脂質雙層的擴散也就越快，例如醇、苯分子就是這樣；
第二，不帶電荷的極性分子，如果它體積很小，也能快速通過人工脂質雙層，如水、乙醇、尿素等就能快速通過；水分子雖難溶於油，但由於水分子小、不帶電荷，具有雙結構，所以能穿過脂質雙層；
第三，不帶電荷的大極性分子如他葡萄糖、能通過；
第四，所有帶電荷的分子、離子，不管其分子有多小，一般均不易通過膜，因為電荷不能進入臘質雙層的疏水區。上述隻是人工脂質雙層對各類分子按符濃度梯度進行擴散的規律，並非是活的細胞。
活細胞膜極性分子，也能透過各種極性分子，如離子、糖、氨基酸、核酸以及許多細胞代謝產物等“這足因為，在細胞膜中有一類特異蛋白質叫運輸蛋白，它能使溶質通過細胞膜。運輸蛋白質分子複合物，它以多種形式存在於各種生物膜中。運輸蛋白的--種。一般認為通道蛋是橫跨細胞膜的水通道，能使適當大小的分了~和帶電荷的溶質通過單純擴散運動從膜的一側運到另一側。通道蛋白不直接與小的帶電荷的溶質相互作用，而是溶質以自由擴散的方式通過水通道。還有一種重要的運輸蛋內叫載體蛋白，易化擴散就由載體蛋來完成的。
（二）易化擴散
一些非脂溶性的物質如糖、氨基酸、核苷酸和離子等，不能以單純擴散的形式進出細胞，它們穿過細胞膜需要借助某些載體蛋白的幫助，這種借助載體蛋白、順濃度梯度的物質運輸方式稱易化擴散或叫幫助擴散。在載體蛋白質結合部位，對所結合的物質具有高度的專一性，一個特定的載體蛋白質運輸一個類型化合物，甚至僅一種分子或離子。一般認為，載體結合溶質通過膜的運輸機製，可能是山於載體蛋白的構象發生可逆的變化。蛋白的一端表麵的結合部位溶質的分子或離子結合，結合，即引起載體蛋白發生構象變化；將被運送的分子或離子從膜的一側移至膜的另一側，此時載體蛋白對該物質的親和力也改變，於是物質與載體分離而被釋放。然後，載體蛋白又恢複到它原有的構象，如此反複變化。這種運輸過程是利用被轉運物質濃度差的勢能，不需要消耗代謝能。
典型的分子載體是人紅細胞膜上轉運葡萄糖的載體蛋白，它是貫穿脂質雙層的糖蛋白複合體，分子量約有45000，每個紅細胞膜上有5萬個載體，它對葡萄糖有特異的親和力，當複合體外側亞基與葡萄糖分子結合時，構象發生改變，將葡萄糖分子運至細胞內，其最大傳遞速度為每秒180個葡萄糖分子。
二、主動運輸
主動運輸的現象普遍存在於動植物細胞和微生物細胞中。例如，在正常的生理條件下，人紅細胞內濃度相當於血漿中的30倍；而他濃度比血漿中低得多，但仍由血漿進入細胞，而由細胞透入血漿，這是一種典型的逆濃度梯度的“上坡”運輸，這些現象都不能用被動運輸的機理來解釋。經研究，細胞有這種逆濃度梯度運輸物質的能力。所以說，主動運輸就是物質逆濃度梯度，由低濃度一側向高濃度一側運輸，在此過程中需要能14供給。下麵介紹兩種主動運輸。
（―）鈉鉀泵
鈉鉀泵X叫鈉泵。人們把鑲嵌在細胞膜脂質雙分子層中的能把鉀、鈉離子逆濃度梯度運輸的一種運輸蛋白質稱為鈉鉀泵。鈉鉀泵能將細胞內的他移到細胞外；把細胞外的仄十翻細胞內。
鈉鉀泵的實質就是酶，是膜中的內在蛋白，此蛋白由一個跨膜催化亞單位和一個蛋白構成。膜催化亞單位在細胞質麵有連接部位；在外表麵有烏本連接部位。烏本是鈉鉀泵的抑製劑，在膜外與爭奪連接部位，當它把連接部位占據後，鈉鉀泵則停止工作。
鈉鉀泵所以能把細胞內的泵出細胞外，同時又把細胞外的攝入細瞧內，主要通過酶的實現的。而構―變化又是由於酶的反複磷酸化、酸化的結果。
鈉鉀泵的工作過程可分為以下兩個步驟：
在細胞膜內側.當連接部位結合後，激活了酶的活性，和高能憐酸根而高能磷酸結合，形成磷酸酶中間體，即酶磷酸化，從而引起酶構象變化，於是與舊結合的部位轉向膜的外側，這種磷酸化的酶對親和力低，對親和力高，因雨在膠外側釋放。
是鈉鉀泵的模型。下口酶構象的不斷變化，隨之與他的親和力也發生改變，從而將移到細胞外，同時將尺―攝到細胞內的全過程。
（二）離子梯度驅動的主動運輸