关于主动运输

 货运行业           |    2018-11-25 14:24

经常在教师的各种交流群里,都有过关于物质跨膜运输的讨论,特别是主动运输的讨论,很多教师认为主动运输一定是逆浓度梯度运输(即从低浓度一侧向高浓度一侧运输),也有教师认为主动运输存在顺浓度梯度运输(即从高浓度一侧向低浓度一侧运输)的情况。挑起事端的例子就是葡萄糖进入小肠绒毛上皮细胞,我们知道这个过程是主动运输,这点没有疑问,但很多老师认为这明明是顺浓度梯度,因为葡萄糖的根本来源从食物中来,小肠肠腔内葡萄糖浓度高,小肠绒毛细胞内的葡萄糖浓度低。因此就有了以上关于主动运输运输方向的争论!

在教师中存在如此大的争论,那在学生中更是疑惑不断,有学生感叹道,答题的的时候我到底该怎么答呢?来一道高考题大家先练练手!

2014年安徽卷第2道选择题就考查了通过图示中的信息判断Na+和氨基酸进出肾小管上皮细胞的方式。图5为氨基酸和Na.进出肾小管上皮细胞的示意图。表1中选项正确的是()

      

肾小管肾周小围管组管织腔液

表1

选项

管腔中氨基酸乛上皮细胞

+ 管腔中Na 乛上皮细胞

上皮细胞中氨基酸乛组织液

A

主动运输

被动运输

主动运输

B

被动运输

被动运输

被动运输

C

被动运输

主动运输

被动运输

D

主动运输

被动运输

被动运输

解析肾小管上皮细胞从肾小管中吸收Na +是顺浓度梯度的协助扩散,吸收氨基酸则是通过Na + /氨基酸同向转运蛋白间接消耗A逆浓度梯度转运氨基酸的主动运输,而氨基酸从肾小管上皮细胞转运到组织液则是借助载体蛋白顺浓度梯度转运不消耗ATP, 属于协助扩散。

  这道题考察了主动运输的方向性,同时考察了离子的运输,又搞事情啦,在人教版教材中叙述认为 "Na+ ,K+和ca2+“.等都不能自由地通过磷脂双分子层,它们从低浓度一侧运输到高浓度一侧,不仅需要载体蛋白的协助,同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量, 这种方式叫做主动运输"。这种表述导致学生简单地认为矿质离子一定以主动运输的方式进出细胞。然而,事实真的如此吗?

这学期以来,由于要给竞赛同学上《细胞生物学》,每天逼着自己苦学《普通生物学》、《细胞生物学》《生理学》等等,这不遇到这样的疑问,终于可以一探究竟了,接下来,我就和大家聊聊关于主动运输的那些事!

啥是主动运输(概述)

主动运输普遍存在于动植物细胞和微生物细胞中,是由载体蛋白所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由低浓度一侧向高浓度一侧进行跨膜转运的方式,且转运物质的过程需要与某种释放能量的过程相偶联。一般根据能量来源,将主动运输归纳为:由 ATP直接提供能量(ATP驱动泵)、间接提供能量〈偶联转运蛋白)和光能驱动3种基本类型(图1)。从左向右依次是A  .ATP驱动泵;B.偶联转运蛋白;C.光驱动泵图1主动运输的3种类型[ 1 ]

ATP直接供能

ATP间接功能

ATP间接供能的主动运输,不直接消耗ATP,但是要间接利用ATP,小肠上皮细胞从肠腔吸收葡萄糖、氨基酸就属于这种方式,工作原理就是,载体蛋白上有两个结合位点,可分别与Na+和葡萄糖结合,由于Na+泵需要ATP供能,并不断地将Na+输出到细胞外,结果造成了Na+浓度膜外高于膜内,由此产生了电位梯度。Na+和葡萄糖分别与载体蛋白结合,借助电位梯度的力量,使Na+和葡萄糖结伴而行,进入细胞,进入细胞后葡萄糖与载体蛋白分开,Na+又被泵出细胞外。

光驱动的主动运输

      光驱动泵(light一driven pump)主要在细菌细胞中发现,对溶质的主动运输与光能的输人相偶联,如菌紫红质利用光能驱动H+的转运。因为光能驱动比较少见,就不多赘述了。

开始画重点

主动运输是溶质分子逆浓度梯度的运输。综合现有资料分析,可以认为所有主动运输类型,都是通过直接或间接消耗ATP将溶质分子逆浓度梯度运输,从而打破细胞内外物质浓度的平衡,建立并维持一定的浓度梯度的过程。

矿质离子以主动运输或协助扩散的方式进出细胞。神经元静息电位和动作电位的形成分析可知,动作电位时N内流和静息电位时贮外流,均通过通道蛋白以协助扩散方式进出细胞。由此可见,矿质离子进出细胞的方式可能是主动运输也可能是协助扩散。

葡萄糖跨膜运输的方式多样。细胞内利用葡萄糖进行各项代谢活动,使细胞内葡萄糖浓度低于血糖浓度,葡萄糖进人全身组织细胞是顺浓度梯度的过程。因此,从进化的角度来讲,细胞以什么方式运输葡萄糖是由细胞所处的环境长期选择的结果,而且也应遵循生物经济节能的原则。由此可见,葡萄糖以协助扩散的方式进出组织细胞较为普遍。

最后关于葡萄糖逆浓度梯度进入小肠上皮细胞的解释

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;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 。