细胞膜与物质运输
一层只有几个分子厚的膜，是如何控制物质进出的：从简单扩散，到泵和囊泡。
简明回答： 质膜是由磷脂双分子层和嵌入其中的蛋白质组成的流动结构，让细胞控制物质的进出。水和小分子通过被动运输进出，无需耗能；泵蛋白消耗 ATP 进行主动运输，大分子则由囊泡运入或运出。
你将学到
- 描述细胞膜的流动镶嵌模型。
- 区分被动运输与主动运输。
- 预测细胞放入盐水或纯水中时水的移动方向。
- 解释胞吞和胞吐如何运输大型物质。
会“思考”的边界
每个细胞都被一层细胞膜细胞膜包围每个细胞的薄而柔韧的边界，控制物质的进出。包裹，它只有 7 至 10 nm 厚，不到一根头发宽度的千分之一。但它的工作却十分出色：把细胞内容物留在里面，让养分和信号进来，把不该进来的东西挡在外面。
流动镶嵌模型
细胞膜由磷脂磷脂一种脂质，有一个亲水的头部和两条疏水的尾部。磷脂排成两层，构成细胞膜的基本结构。构成。每个磷脂有一个亲水的头部和两条疏水的尾部。在水中，磷脂会自发排成双层：头部朝向细胞内外的水环境，尾部藏在中间。
蛋白质嵌在这个双层结构中。有的是通道，有的是载体，有的是受体，还有的把细胞固定在邻居身上。由于脂质和许多蛋白质可以在膜中侧向漂移，细胞膜更像一层柔韧的薄膜，而不是一堵硬墙。这就是流动镶嵌模型流动镶嵌模型对细胞膜的公认描述：一层柔韧的磷脂双分子层，蛋白质像不断变换的马赛克拼片一样漂浮在其中。。
在动物细胞中，夹在磷脂之间的胆固醇可以防止膜在低温时过硬、在高温时过稀。
膜的中间是油性的，所以氧气、二氧化碳这类不带电的小分子很容易穿过，而离子和大的极性分子则很难穿过。这种性质叫作选择透过性选择透过性膜的一种性质：有些物质可以轻易通过，有些通过得很慢，还有些完全不能通过。。
被动运输：不需要能量
被动运输被动运输不需要细胞耗能的跨膜运输，因为物质是顺着浓度梯度移动的。扩散和渗透都属于被动运输。让物质顺着浓度梯度浓度梯度两个区域之间某种物质含量的差异。物质倾向于从浓度较高处向浓度较低处移动。，从浓度高的地方移向浓度低的地方。细胞不耗费能量，因为推动运动的是粒子自身的随机运动。
- 简单扩散扩散粒子通过随机运动，从浓度较高的区域扩散到浓度较低的区域。这个过程不需要细胞提供能量。。O₂、CO₂ 等不带电的小分子直接穿过脂质层。
- 协助扩散协助扩散借助通道蛋白或载体蛋白穿过细胞膜的扩散。物质仍顺浓度梯度移动，因此不需要 ATP。。离子和葡萄糖等极性分子通过通道蛋白或载体蛋白穿过膜。因为是顺着梯度走，同样不需要 ATP。
- 渗透渗透水分子穿过选择透过性膜，向溶质浓度更高的一侧扩散的现象。。水分子穿过膜，流向溶解粒子更多的一侧。
真实细胞中的渗透
细胞是膨胀还是萎缩，取决于周围溶液与细胞内部的对比。
| 细胞外的溶液 | 水的流向 | 动物细胞 | 植物细胞 |
|---|---|---|---|
| 溶质比细胞内少（低渗） | 流入细胞 | 膨胀，可能胀破 | 变得饱满挺实（膨胀），这是健康的 |
| 溶质与细胞内相同（等渗） | 无净流动 | 保持正常 | 略显松软 |
| 溶质比细胞内多（高渗） | 流出细胞 | 皱缩 | 细胞膜与细胞壁分离，植物萎蔫 |
植物细胞的细胞壁细胞壁位于植物、真菌和大多数细菌细胞膜外侧的坚硬一层。它保护细胞，并抵抗水向外施加的压力。使它不会胀破。水向外顶住细胞壁的压力称为膨压膨压植物细胞中水向外顶住细胞壁的压力。它使非木质的植物组织保持挺实；膨压下降时，植物就会萎蔫。，它让生菜保持脆挺，让茎秆保持直立。大型的中央液泡液泡充满液体的膜性腔室。成熟植物细胞中的大型中央液泡储存水分，并帮助维持膨压。储存着其中的大部分水。
把红细胞放进纯水中，最可能发生什么？
主动运输：逆着梯度而行
有时细胞必须把物质“上坡”运送，也就是移向浓度本来就更高的一侧。这需要能量。在主动运输主动运输物质逆浓度梯度穿过细胞膜的运输方式。它需要消耗能量（通常来自 ATP），由蛋白质泵完成。中，蛋白质泵利用 ATPATP（三磷酸腺苷）细胞用作能量“货币”的小分子。脱去其中一个磷酸基团会释放能量，为泵、马达和化学反应提供动力。 把物质推过膜。
典型的例子是钠钾泵，几乎所有动物细胞都有。每消耗一个 ATP，它就把 3 个钠离子泵出细胞、2 个钾离子泵入细胞。在静息的神经元中，仅这个泵就消耗了细胞能量供应的很大一部分。它维持着膜两侧的电位差，而神经信号正依赖这一点。
运送大型货物：囊泡
蛋白质、细菌等大颗粒无法挤过膜蛋白。细胞用称为囊泡的小膜泡来运送它们。
- 胞吞作用胞吞作用细胞膜向内凹陷并脱落，把物质包在囊泡中带入细胞的过程。把物质带进细胞。膜向内凹陷，包住货物，然后脱落成为囊泡。白细胞通过一种称为吞噬的胞吞作用来吞掉细菌。
- 胞吐作用胞吐作用囊泡与细胞膜融合，把内容物释放到细胞外的过程。把物质送出细胞。囊泡与细胞膜融合，把内容物释放到细胞外，神经元释放信号和细胞分泌激素就是这样完成的。
哪种运输方式直接需要 ATP 提供能量？
氧气为什么不需要蛋白质帮助就能穿过细胞膜？
要点回顾
- 流动镶嵌模型：蛋白质漂浮并镶嵌在柔韧的磷脂双分子层中。
- 被动运输（扩散、渗透、易化扩散）顺浓度梯度进行，不需要能量。
- 主动运输消耗能量（通常是 ATP），逆梯度运送物质。
- 水通过渗透流向溶质更多的一侧；胞吞和胞吐借助囊泡运输大分子。
参考来源
- Biology 2e, Chapter 5: Structure and Function of Plasma Membranes (OpenStax) 概念改编并重新撰写，未逐字照搬原文。
最近审校：2026年10月1日