包围着细胞质的一层薄膜，称为细胞膜（cell membrane）或称为质膜（plasma membrane）。它把细胞内容物与周围环境（主要是细胞外液）分隔开。在新陈代谢过程中，进入体内的氧气、营养物质等需进入细胞内发挥其作用，而细胞代谢产物等也需经过细胞膜排出。以上过程都需要通过跨膜物质转运来完成。同时，细胞内如线粒体、内质网等的膜性部分，也具有物质转运功能。

细胞膜主要由脂质、蛋白质和糖类等物质组成。关于这三种物质分子在膜中的排列和存在形式，目前广为接受的是液态镶嵌模型（fluid mosaic model）：细胞膜是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构及生理功能的蛋白质。其中，脂质层主要起屏障作用，而主要以α螺旋或球形存在的特殊蛋白质则与跨膜物质转运及信息转导等功能有关。含量极少的糖类，主要与膜蛋白或脂质形成糖蛋白或糖脂，糖链均分布于细胞膜外表面，作为细胞表面标志参与免疫识别等功能（图2-1）。

各种物质，从离子等小分子到蛋白质等大分子及团块性固形物或液滴等，都可以进出细胞。这些物质中除极少数直接通过脂质层进出细胞外，大多数物质的跨膜转运与镶嵌在膜上的各种蛋白质有关。至于一些团块性固态或液态物质的进出细胞，则与膜的更复杂的生物学过程有关。

现将几种常见的跨膜物质转运形式分述如下（图2-2）。

单纯扩散（simple diffusion）指某些脂溶性小分子物质，如O ₂、CO ₂、N ₂、乙醇和尿素等，顺浓度梯度跨细胞膜转运。单位时间内物质通过单位面积的界面（cm ²）的量叫扩散通量。物质跨膜转运通量的大小，除了取决于它们在膜两侧的浓度差外，还要看膜对该物质的通透性。浓度差大、通透性大，扩散通量多；反之，则少。

某些不溶于脂质或脂溶性较小的物质，在某些膜蛋白的帮助下，顺浓度梯度转运的形式称为易化扩散（facilitated diffusion）。如，Na ⁺、K ⁺、Ca ²⁺等离子，可以借助离子通道（膜蛋白质）顺浓度差进入或移出细胞。

易化扩散与单纯扩散相同之处是其物质转运的动力都来自于物质的浓度差即势能储备，顺浓度差进行的，不直接消耗能量，故都属于被动转运（passive transport）。但易化扩散必须在膜蛋白帮助下进行。根据参与的膜蛋白不同，可把易化扩散分为：载体蛋白参加的载体运输和通道蛋白参加的通道运输。

载体运输（carrier transport）也称载体易化扩散，细胞膜的载体蛋白在物质浓度高的一侧与该物质结合，引起构象变化，把物质转运到浓度低的一侧，与物质分离后载体蛋白构象再次发生变化，恢复转运物质的能力。一些小分子亲水性物质，如葡萄糖、氨基酸等就是依靠载体跨膜运输的。

载体运输特点：①特异性：某种载体只特异地选择与某种物质分子结合转运。②饱和现象：膜两侧的物质浓度差增加到一定程度后，扩散通量不再增加。这是因为载体的数量及活性有极限，所能结合的物质数量及转运效率因此受到限制。③竞争性抑制：如果一种载体可以同时运载A和B两种物质，两者将竞争有限的载体，那么A物质扩散量增多时，B物质的扩散量减少。

通道运输（channel transport）也称通道易化扩散，是指一些离子在镶嵌于膜上的通道蛋白帮助下由细胞膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散。不同化学结构的离子通道对所转运的物质有一定选择性，如K ⁺通道一般只能转运K ⁺，而Na ⁺通道一般只能转运Na ⁺，但其特异性不像载体那样严格。

离子通道随其蛋白质分子构象的改变，处于不同的功能状态。当处于开放状态时，可允许特定的离子顺浓度梯度扩散；而关闭时，即使浓度差存在，物质也不能通过细胞膜。根据引起通道开闭的条件不同，一般可将通道分为电压门控性通道和化学门控性通道。电压门控性通道的开闭取决于其所在膜两侧的电位差，而化学门控性通道的开闭取决于特定化学信号的有无。

除离子通道的功能状态及膜两侧离子的浓度差外，通道运输的扩散通量还取决于其转运离子产生的电场力。已转运的离子抑制尚未转运的同种电荷离子的跨膜转运。也就是说，离子在细胞膜内外产生的电学梯度和浓度（化学）梯度同时影响离子的跨膜转运。

主动转运（active transport）是指在细胞膜泵蛋白作用下，将物质逆浓度差或电位差转运的过程。在主动转运过程中，需要消耗由细胞代谢供给的能量，任何能影响细胞代谢的因素都能影响主动转运过程。

细胞膜上存在多种泵蛋白，如钠-钾泵（简称钠泵）、钙泵、氢泵（质子泵）等，其中，钠泵（sodium pump）是广泛镶嵌在细胞膜脂质双分子层中的一种蛋白质，具有ATP酶活性，可被细胞内Na ⁺的增加或细胞外K ⁺的增加所激活，并受Mg ²⁺的浓度影响。因此，钠泵也称Na ⁺-K ⁺依赖式ATP酶。其激活后可以分解ATP释放能量进行Na ⁺、K ⁺逆浓度梯度的主动转运，通常每分解一分子ATP，可泵出三个Na ⁺和泵入两个K ⁺，膜外净增加一个电荷，故钠泵是一种生电性泵。

钠泵活动造成细胞内、外Na ⁺、K ⁺的不均匀分布，使细胞内K ⁺浓度约为细胞外的30倍，细胞外Na ⁺浓度约为细胞内的12倍，从而能建立起一种势能贮备，供细胞的其他耗能过程利用，并且是细胞内外K ⁺、Na ⁺顺浓度差移动的基础，也是可兴奋细胞产生动作电位的基础。

上述的主动转运是泵蛋白直接利用ATP分解产生的能量进行的离子跨膜转运，称为原发性主动转运。

另外，某些物质的逆浓度差转运不直接利用ATP释放的能量，而依赖另一种物质的浓度差势能储备来实现，称为继发性主动转运。如在小肠上皮细胞膜上，葡萄糖的主动转运是与Na ⁺易化扩散耦联进行的，所需能量不直接来自ATP的分解，而来自钠泵建立的Na ⁺势能储备。在Na ⁺顺浓度差转运时，释放的能量驱使葡萄糖逆浓度差在细胞内积聚（图2-3）。

入胞（endocytosis）是指细胞外某些大分子物质或物质团块，如蛋白质、脂肪颗粒、细菌和异物等进入细胞的过程。如果是固形物，称为吞噬或胞吞；如果为液体，则称为吞饮或胞饮。入胞时，首先是细胞“辨认”物质，若被转运的物质首先为细胞膜上相应的受体所辨认，称为受体介导式入胞（图2-4）。然后，与物质接触的膜发生内陷或伸出伪足包绕该物质，最后发生膜的融合和断裂，于是物质和包绕它的那部分细胞膜内移进入胞质内，形成吞噬（吞饮）小泡。

出胞（exocytosis）是指一些大分子物质、固态或液态的物质团块由细胞排出的过程。主要见于细胞的分泌活动，如内分泌腺把激素分泌到细胞外液中。一般，出胞作用的最后阶段是：囊泡向质膜内侧移动，和质膜在某点接触、融合并出现裂口，将囊泡一次性地排空，而囊泡膜也就成了细胞膜的组成部分（图2-5）。这个过程主要是由膜外的特殊化学信号或膜两侧电位的改变，引起Ca ²⁺通道开放，内流的Ca ²⁺或由其引发的内质网Ca ²⁺释放来触发。