细胞生物学学习笔记 5 | 物质的跨膜运输：从被动扩散到主动泵
对应课件： Lecture 4 - Transport-sorting 2026（Page 4–46，Chapter 5 部分）
本章核心内容： 膜运输原理、被动运输、通道与载体蛋白、主动运输（四类 ATP 泵）、间接主动运输（协同转运）
复习目标： 掌握被动与主动运输的区别；区分载体与通道蛋白；理解 Na⁺/K⁺ 泵机制；熟悉协同转运。
一、膜运输原理与被动运输
- 通透性：脂双层对离子高度不通透；疏水小分子（O₂, CO₂）和小的不带电极性分子（H₂O, 尿素）可简单扩散。
- 两类运输蛋白：
- 通道蛋白 (Channel)：仅被动运输，形成亲水孔道，速率快，不饱和，有门控（电压/配体/机械力如 Piezo）。
- 载体蛋白 (Carrier)：主动和被动皆可，结合溶质发生构象改变，速率慢，可饱和（米氏动力学）。分为 uniport（单向）, symport（同向）, antiport（反向）。
二、主动运输 (Active Transport)
逆电化学梯度，需能量。三大能量来源：ATP 水解、光能、离子梯度。
1. 四类 ATP 驱动泵
- P-class：转运中会被磷酸化。如：Na⁺/K⁺ 泵、Ca²⁺ 泵、胃 H⁺/K⁺ 泵。
- F-class：利用 H⁺ 梯度合成 ATP。如：线粒体内膜、类囊体膜。
- V-class：水解 ATP 泵 H⁺，不形成磷酸化中间体。酸化溶酶体、液泡。
- ABC-class：最大转运蛋白家族。底物广泛，如 MDR1 多药耐药蛋白。
2. Na⁺/K⁺ 泵 (P-type)
- 机制：3 Na⁺ 出，2 K⁺ 进。磷酸化时向外开放（亲和 K⁺），去磷酸化时向内开放（亲和 Na⁺）。
- 意义：消耗细胞 1/3 ATP；维持电化学梯度（兴奋性）；维持渗透压稳定体积（动物细胞泵出离子，植物靠细胞壁，原生动物靠伸缩泡）。
- 抑制剂：哇巴因（Ouabain）、地高辛（Digoxin，强心剂）。
三、间接主动运输（协同转运）
利用主动泵建立的离子梯度（动物为 Na⁺，植物/细菌为 H⁺）驱动其他物质逆梯度运输。
- 小肠吸收葡萄糖：顶端膜 Na⁺-葡萄糖同向转运体，利用 Na⁺ 顺梯度进入细胞，驱动葡萄糖逆 20000 倍梯度进入细胞。基底膜由 Na⁺/K⁺ 泵维持 Na⁺ 梯度。
- 强心剂原理：抑制 Na⁺/K⁺ 泵 → 胞内 Na⁺ 升高 → Na⁺/Ca²⁺ 反向转运减弱 → 胞内 Ca²⁺ 升高 → 心肌收缩力增强。