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蒋世禄的生物课堂内外

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【转载】在高中知识范围内解读小分子物质跨膜运输方式  

2013-05-02 00:10:00|  分类: 教学参考资料 |  标签: |举报 |字号 订阅

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协助扩散只有葡萄糖进入红细胞这一个例子吗?
按现行人教版教材高中教材讲述协助扩散时只举了一个例子——葡萄糖进入红细胞。许多教辅书因此认为这是唯一的协助扩散例子。这显然是错误的。类似的误解还有很多,所以有必要总结一下小分子物质跨膜运输的方式。

自由扩散的物质非常容易分辨。一般来说,只要一种物质是脂溶性的,就可以直接穿透细胞膜的磷脂双分子层,其运输方式通常都是自由扩散。如甘油、苯、固醇、CO2等。水不是脂溶性的,但分子比较小,也可以“挤过”磷脂双分子层。所以,现行教材通常认为水也是自由扩散。但是,在需要快速运输水分子时,水分子是通过水通道扩散的。按照现有高中分类方法,通过通道蛋白的扩散是属于协助扩散。所以,水也有协助扩散的方式。

不能自由扩散的小分子物质必须通过蛋白质的协助才能跨膜运输,高中分为两类:协助扩散和主动运输。关于这部分内容教辅观点非常混乱。值得重点讨论。

首先,不能认为只要是顺浓度梯度的运输就是协助扩散。协助扩散还是主动运输是由载体决定的。例如:神经细胞细胞膜上的钠钾泵可以消耗ATP运输钠离子和钾离子。运输的原理是膜内的Na+首先与钠钾泵结合,接着ATP磷酸基团转移到钠钾泵上,引起钠钾泵空间结构发生改变,将Na+运输到膜外;而后膜外K+与钠钾泵结合,钠钾泵上的磷酸基团水解,钠钾泵结构再变回去,把K+转运到细胞内。我们可以看到即使因意外原因影响,膜内Na+浓度大于膜外,没有磷酸化和去磷酸化的过程,钠钾泵也不可能发生构象改变而起运输作用;在有ATP、Na+和K+存在的时候钠钾泵更不可能停止主动运输。所以,主动运输的载体在顺浓度梯度的情况下也会消耗能量来运输物质,不可能临时转变成不消耗能量就运输物质的协助运输载体。

其次,同一物质在不同情况下可能有不同的跨膜运输方式。同样以神经细胞细胞膜为例,其上有钠钾泵对Na+和K+进行主动运输,同时还有Na+通道和K+通道对Na+和K+运输。通过离子通道的运输在高中的知识范畴中当属协助扩散。

更有趣的是,顺浓度梯度时,同一物质在同一细胞的同一位置可以同时进行主动运输和协助扩散。如小肠绒毛细胞的游离面就同时具有葡萄糖的主动运输运输载体和协助扩散载体。小肠腔中葡萄糖浓度高于小肠绒毛细胞内部时,主动运输的载体会继续起作用,同时协助扩散的载体也会起作用。为什么生物会进化出这样的结构呢?原来小肠绒毛主动运输的载体在葡萄糖浓度很低时就“满负荷运转”了,葡萄糖的协助扩散则需要非常高的葡萄糖浓度才会“满负荷运转”。所以,同时进行协助扩散有助于增大葡萄糖的吸收量。需要注意的是,协助扩散的载体是有方向性的,小肠绒毛游离面葡萄糖的协助扩散载体只能由膜外向膜内运输葡萄糖。所以,当小肠腔中葡萄糖浓度低于小肠绒毛细胞中葡萄糖浓度时,葡萄糖并不会扩散到小肠细胞之外。总之,当小肠腔中葡萄糖浓度低时,小肠绒毛细胞可以“艰难”的吸收葡萄糖,当小肠腔中葡萄糖浓度高时,小肠绒毛细胞更能“畅快“的吸收葡萄糖。

【转载】在高中知识范围内解读小分子物质跨膜运输方式  

小肠绒毛上皮细胞可以顺浓度主动运输吗?答第11期柯老师 
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