细胞膜(cell membrane)是将细胞内容物和周围环境分隔开的一层薄膜,也称为质膜(plasma membrane)。细胞生命活动所需的氧气和营养物质,以及二氧化碳和代谢废物,都必须通过细胞膜进出细胞,因此,细胞膜有选择地通透不同物质。此外,胞外信息要被细胞感知,也须要特定的结构参与。细胞膜的基架是脂质双分子层,主要起屏障作用,而膜上镶嵌、覆盖、贯穿的各种特殊蛋白质负责完成跨膜物质、能量和信息的转运和转换(图)。这一基本的膜结构特点被描述为:液态镶嵌模型(Fluid Mosaic of Cell Membrane)。
细胞膜的脂质以磷脂类为主,其次为胆固醇,还有少量鞘磷脂类物质。脂质以双分子层形式包被在细胞表面。每个磷脂分子中由亲水性的磷酸和碱基构成头部,都朝向膜的内表面或外表面,而由疏水性的脂酸烃链构成的两条长长的尾部则在膜内部两两相对。由于脂质的熔点低,双分子层在正常体温下呈液态被动转运是指物质依据其细胞膜内外的电-化学势差, 顺浓度梯度或电势梯度,由高浓度或高电势的一侧向低浓度或低电势的一侧转运。转运时物质移动所需的能量来自高浓度或高电势一侧溶液所含的势能,因而不需细胞额外供能。被动转运最终达到的平衡点是膜两侧浓度差和/或电势差为零。
1.扩散 ( Diffusion )一般条件下,物质通过膜的扩散量与膜两侧该物质的浓度差成正比。如果溶液是含有多种溶质的混合溶液,则其中每一种物质的扩散方向和扩散量,只决定于该物质的浓度差, 与其它物质的浓度或移动方式无关。 但对电解质溶液,其中离子的移动除取决于浓度差外,还取决于离子所受的电场力,即电位差。扩散可分为:单纯扩散和易化扩散。
2.单纯扩散 (Simple diffusion)概念:依物理学扩散原理跨细胞膜的转运方式称为单纯扩散。
特点:单位时间的扩散量不仅取决于膜两侧该物质的浓度梯度,还取决于细胞膜对该物质的通透性(permeability)。
当细胞膜对某物质通透时,该物质单纯扩散的速度与膜两侧浓度差的关系是正相关的。
单纯扩散的物质:由于细胞膜的基架为脂质双分子层,因此脂溶性高的分子,因膜对其有较高的通透性而能够进行单纯扩散。比较肯定的有O2和CO2等气体分子,它们溶于水, 也溶于脂质,可以依据各自的浓度差自由通透细胞膜。