Physiologie – Zellmembran, Transportprozesse und Membranpotentiale
1.1 生物膜的結構與功能
生物膜的重要性
物質運輸：負責物質的進出（攝取與釋放）
屏障功能：維持細胞內外液環境中的粒子濃度
信號傳導
生物膜的結構
脂雙層：主要由脂質組成，包括
磷脂（Phospholipids）
糖脂（Glycolipids）
膽固醇（Cholesterol）
蛋白質：包括內在與外在蛋白質
受體蛋白
信號蛋白
運輸蛋白
細胞間接觸蛋白（如間隙連接﹑緊連接）
酶
嵌入蛋白的意義
糖蛋白（Glycoproteins）：
附有樹狀多醣
功能上對於細胞間識別與黏附有重要作用，提供保護和穩定
其他蛋白質分類：
分為外在蛋白（附著於膜外部）與內在蛋白（深入雙層中）
外在蛋白通過靜電力或鬆散地附著於磷脂頭部
內在蛋白受到不同因素的影響而開閉（如離子通道）
細胞結合：
永久或臨時的細胞之間或細胞與細胞外基質的結合
為細胞骨架和細胞間接觸提供錨定點
1.2 生物膜的物質交換方式
物質交換的形式
擴散（Diffusion）
滲透（Osmosis）
被動運輸（Passive Transport）
主動運輸（Active Transport）
物質交換的定律
擴散
定義：參與物質由高濃度向低濃度均勻分布的物理過程
基於粒子的熱運動（布朗運動）
影響擴散速率的因素:
脂溶性及通道的存在
濃度梯度之方向，粒子從高濃度數運動到低濃度數
擴散速度與膜的面積及厚度有關（Fick的擴散定律）
滲透
水由低粒子濃度向高粒子濃度運動
由於上升的靜水壓，阻止濃度均衡
滲透壓：由於溶劑中溶解的顆粒引起的壓力
不同溶液對紅血球的作用：
等滲溶液保持形狀
高滲溶液造成紅血球收縮
低滲溶液造成紅血球膨脹或破裂
1.3 生物膜的電位形成
電位的定律
Nernst電位
定義：當細胞內鉀的淨流動停止時的潛在電位
化學梯度與電梯度的平衡
使用Nernst方程計算濃度梯度下的潛在電位
Goldman-Hodgkin-Katz方程
考慮多種離子的濃度計算潛在電位
每種離子的擴散取決於膜對該離子的通透率
化學與電梯度
化學梯度：粒子根據布朗運動趨向均勻分布的過程
電梯度：由於粒子流出引起的內部電場形成
平衡時電位即為相應離子的平衡電位
1.4 滲透性對細胞體積的影響
滲透性與滲透壓
滲透性：所有溶解粒子的濃度
滲透壓：兩種液體的壓力差
對細胞體積的影響
滲透性小的變化可導致細胞內水的移動
有效調節滲透性以防止水移位。
不同濃度對細胞形狀的影響：
等滲：細胞形狀正常
高滲：細胞收縮
低滲：細胞膨脹
鈉鉀ATP酶的角色
協調細胞內外的離子分布
對維持細胞膜電位至關重要
ATP缺乏導致細胞胀大與膜潰破
維持滲透平衡，防止細胞水腫。