细胞膜作为一个屏障,使细胞内液成分不完全相同于细胞外液,并保持相对稳定。但是,细胞在进行新陈代谢的过程中,需要不断选择性地摄入和排出多种多样的物质,这些物质的交换是通过细胞膜有选择性地进行的。物质通过细胞膜的运输途径大体是:脂溶性的小分子物质,可通过物理扩散透过细胞膜;水溶性的小分子物质或离子,需要借助相关蛋白质的介导才能完成跨膜运输;大分子物质或颗粒性物质,则通过细胞膜的整装转运进出细胞。
现将几种常见的物质跨膜运输方式分述如下:
(一)被动运输
在物质跨膜运输过程中,物质分子顺浓度梯度即从高浓度一侧运输到低浓度一侧,称为被动运输。被动运输时,物质运输所需的能量来自高浓度所含的势能。被动运输包括简单扩散和协助扩散两种。
1.简单扩散
细胞膜允许一些疏水分子和小而不带电的极性分子,以简单扩散方式通过细胞膜,溶质分子从高浓度一侧运输到低浓度一侧的物理过程,称为简单扩散。这种方式就像在无风的日子,烟囱冒出来的烟会向四周扩散一样。决定简单扩散的主要因素是细胞内外浓度梯度,一般而言,气体如O2、CO2、N2,以及小而不带电的极性分子如尿素等,能以简单扩散方式从细胞膜高浓度一侧扩散到低浓度一侧。
2.协助扩散
离子和一些比较大的分子,不能自由地通过细胞膜,需要通过镶嵌在细胞膜上的一些特殊的蛋白质协助它们顺浓度梯度进行。这叫作协助扩散,如,葡萄糖进入红细胞就是这种方式。
镶嵌在细胞膜上的协助物质进出细胞的特殊蛋白质称为载体蛋白。