物质的跨膜运输及其实例

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+和葡萄糖分子在膜外与载体的结合位点的亲和力强，当载体的构象发生改变后，这种亲和力就会变弱，从而导致两种物质进入胞内。   协同运输按照其运输方向可分为同向运输和异向运输。人体细胞内的协同运输通常为Na⁺，这也就很好地解释为什么人体每天必须摄入一定量食盐的原因，为什么大量流汗或缺盐会导致人体虚弱无力。协同运输也可以异向运输，如动物细胞常通过Na⁺/H⁺反向协同运输的方式来转运H⁺，以调节细胞内的PH值，即Na⁺进入胞内时伴随着H⁺的排出。   植物、真菌和细菌很少摄入Na⁺，膜上没有Na⁺-K⁺泵，但能形成H⁺-ATP泵（酶），以形成H⁺的浓度梯度（电化学梯度），此时H⁺在运输过程中的作用就类似于Na⁺的作用。例如，在某些细菌中，乳糖的吸收伴随着H⁺的进入，每转移一个H⁺就⁺吸收一个乳糖分子。   除ATP-驱动泵和协同运输外，在一些光合细菌膜上存在H⁺泵，这种泵由光激活，产生H⁺的浓度梯度（电化学梯度），驱动物质进入细胞，这种泵称为光驱动泵。    三、高中生物教学中如何界定物质的运输       1. 限制自由扩散的一些因素   　　物质能否通过细胞膜与该物质的脂溶性、分子大小和带电性都有很大的关系。一般认为，物质的脂溶性越强，越容易通过细胞膜；除脂溶性外，分子越小，越容易通过细胞膜。   物质的带电性也是限制扩散的一个主要因素。带电的物质通常同水结合形成一个水合的外壳，这不仅增加了它们的分子体积，同时也大大降低了脂溶性。因此，不管带电离子有多么小，都不能通过自由扩散的方式进出细胞膜。   一般来说，气体分子、小的不带电的极性分子，如乙醇、脲类物质容易通过细胞膜，大的不带电的极性分子和各种带电的极性分子都难以通过细胞膜。水分子虽然具有极性，但能自由地扩散通过细胞膜。    2.水的运输方式   上文中已提到，水通过质膜有两种方式，既可通过磷脂双层膜之间的空隙进行自由扩散，也可以通过水通道进行协助扩散。不同生物的细胞膜对水的两种运输方式各不相同，有的细胞水分子很容易以自由扩散的方式进出细胞膜，例如，将红细胞移入清水或蒸馏水后，红细胞会很快吸水膨胀而溶血，而水生动物的卵母细胞在低渗溶液则不膨胀。目前在人类细胞中已发现的与水通道有关的蛋白至少有11种，在拟南芥中已发现35种水通道。   教材在正文中要求学生知道水是通过自由扩散的方式进出细胞，但为了体现最新的科研成果，课外阅读中又介绍了水通道，让学生知道除自由扩散的方式外，还可以以水通道的方式进出细胞，这种编排，既能根据学生的认知水平安排相应的教学内容，又可以让学生了解最新的科学发展，体会科学的不断进步，同时还可以认识到生命现象的复杂性。    3. 葡萄糖的运输方式    很多教师都有一个误区，认为小肠上皮细胞吸收葡萄糖是协助扩散，原因是小肠中存在大量的葡萄糖，会形成顺浓度梯度，这是不正确的。一方面，人体吃进的主要糖类物质是淀粉而不是葡萄糖，淀粉分解成葡萄糖需要过程和时间；另一方面，人体的小肠全长约为5~6米，小肠腔面有许多黏膜和黏膜下层向肠腔突出而形成的环形的皱襞，以及皱襞的绒毛，由于皱襞绒毛的存在，使小肠面积增大了30倍，另外，小肠上皮细胞上约有1700条微绒毛，又使小肠的吸收面积增大了20倍，总之，小肠的表面积比原来的表面积增大了600倍左右。有人经过计算，发现小肠的吸收面积如果全部展开，足有400平方米之大，这么大的吸收面积，足以导致分解后在局部形成的葡萄糖浓度比小肠上皮细胞中的要低。因此，葡萄糖被吸收进入小肠上皮细胞的方式是主动运输，即与Na⁺的协同运输，具体情况是，顺浓度梯度每进入细胞膜2个 Na⁺就可以逆浓度梯度带进1个葡萄糖分子（见图6）；由于主动运输的原因，上皮细胞的葡萄糖浓度明显大于组织液中的葡萄糖浓度，因此，葡萄糖分子又以协助扩散的方式通过上肠上皮细胞膜进入到组织液中（见图6）。 

www.5ijcw.com     　　　　图6  小肠上皮细胞吸收转运葡萄糖的过程模式图
  一般认为，小肠上皮细胞吸收葡萄糖、果糖、半乳糖以及各种氨基酸，都是通过这种逆浓度梯度向细胞内主动运输（协同运输或伴随运输）的。   事实上，物质进出细胞的方式非常复杂，我们不可能弄清楚每种物质跨膜运输的方式，也不可能用一套统一的标准进行界定，这也正好说明了生命现象的复杂性。正因为如此，教学中我们可以通过具体的事例帮助学生认识到物质进出细胞的一般规律，即被动运输（分为自由扩散和协助扩散）、主动运输的定义及其特点，同时也要帮助学生认识到物质跨膜运输的特殊性。 

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