关于“物质跨膜运输”的几点思考

1 跨膜运输是否等同于穿膜运输？

 

现行的人教版课标教材把物质进出细胞称为跨膜运输，并且把物质跨膜运输的方式分为被动运输、主动运输、胞吞和胞吐3种。大学《细胞生物学》教材大多也持此种观点[1][2]。中图版课标教材则把物质出入细胞方式首先分为穿膜运输和膜泡运输两大类，穿膜运输再分为被动运输、主动运输，膜泡运输指的就是胞吞、胞吐。可见“跨膜运输”与“穿膜运输”两概念并不等同，大分子与颗粒性物质的跨膜运输是通过胞吞作用和胞吐作用完成的，物质并没有从细胞膜中穿过，因此不属于穿膜运输。

 

可是现在不少生物老师混淆了穿膜运输、跨膜运输两个概念，把跨膜运输等同于穿膜运输，所以在很多教辅资料上都特别“提醒”考生胞吞和胞吐不属于跨膜运输，有的资料上还煞有介事地把物质进出细胞的方式分为跨膜运输和非跨膜运输，把被动运输和主动运输归为跨膜运输，把胞吞、胞吐归为非跨膜运输，其实这些说法是不科学的。

 

2 穿膜是否等同于穿过磷脂双分子层？

 

通过自由扩散跨膜运输的物质，如水、氧气、二氧化碳、甘油等，它们的分子都很小，能够通过人工的无蛋白质的脂双层，它们跨膜运输是直接穿过细胞膜的磷脂双分子层。而离子和一些较大的分子如葡萄糖、氨基酸等，不能通过无蛋白质的脂双层，它们跨膜运输的方式不可能是自由扩散，而只能是协助扩散或主动运输，这些物质穿过细胞膜时并没有穿过细胞膜的磷脂双分子层，而是从膜上镶嵌的特殊蛋白质分子（载体蛋白或通道蛋白）那里通过的。这样看来，下面这道高考题似乎是个错题。

 

[03上海生物，第25题]葡萄糖经小肠粘膜上皮进入毛细血管，需透过的磷脂分子层数是（    ）

 

A．4层   B．6层   C．8层   D．10层

 

答案：C。

 

3 葡萄糖、氨基酸进出细胞的方式到底是协助扩散还是主动运输？

 

2002年以前的老版高中生物教材上讲过红细胞从血浆中吸收葡萄糖是协助扩散，小肠绒毛上皮细胞从肠腔里吸收葡萄糖、氨基酸是主动运输，肾小管管壁上皮细胞从原尿中吸收葡萄糖、氨基酸也是主动运输。后来的大纲版教材中没有讲协助扩散，所以一提到葡萄糖或氨基酸的跨膜运输，师生们想都不想就会答主动运输。现在课标教材又讲协助扩散了，而且特别讲了在顺浓度梯度的情况下，葡萄糖、氨基酸等分子可以通过协助扩散进出细胞。当细胞外葡萄糖或氨基酸的浓度低于细胞内时，细胞则通过主动运输吸收这些营养物质。

 

协助扩散和主动运输都属于载体蛋白介导的跨膜运输方式，但这两种运输方式中使用的载体蛋白的类型不同，用于协助扩散的载体蛋白转运物质时不需要细胞供能，而用于主动运输的载体蛋白转运物质时必须有能量驱动。小肠绒毛上皮细胞从肠腔里吸收葡萄糖和氨基酸，都是钠离子协同的继发性主动运输，由绒毛上皮细胞刷状缘上的钠依赖载体(sodium dependent carrier)转运，其动力是膜两侧Na⁺浓度差，而Na⁺浓度梯度的维持则依赖于钠泵，所以逆浓度梯度转运葡萄糖和氨基酸需要的能量间接来自ATP。进入小肠绒毛上皮细胞内的葡萄糖和氨基酸则以协助扩散的方式通过基底膜入血。肾小管管壁上皮细胞葡萄糖和氨基酸的转运情况与小肠绒毛上皮细胞的类似。人体内其他细胞对葡萄糖和氨基酸的摄取则都属于协助扩散。

 

4 到底存在不存在顺浓度梯度的主动运输？

 

原来的许多资料上都讲主动运输也可以顺浓度梯度进行，下面这道高考题就支持这种观点。

 

[01广东生物，第33题]物质进入细胞都要穿过细胞膜，不同物质穿过细胞膜的方式不同，下列各图表示在一定范围内细胞膜外物质进入细胞膜内的三种情况。回答下列问题：

 

 

（1）据图指出A、B、C所表示的物质运输方式，A是                    ，B是                ，C是                 。

 

（2）上述三种运输方式中，哪一种加入呼吸抑制剂后，曲线会发生变化？为什么？

 

                                                                             

 

（3）乙醇、CO₂、氨基酸进入细胞的方式分别是       、      、      。

 

笔者在分析了人体内各种细胞摄取葡萄糖和氨基酸的方式之后，结合结构与功能相适应、生物与环境相适应的原理进行思考，认为在自然条件下，应该不存在顺浓度梯度的主动运输现象，因为这种现象会造成能量无谓的浪费，不会被自然选择所保留。当然，这种顺浓度梯度的主动运输在实验条件下还是可以出现。例如，在生理状态下，由于消化液的稀释作用，肠腔内的葡萄糖浓度明显低于小肠绒毛上皮细胞，细胞通过主动运输逆浓度梯度从肠腔中吸收葡萄糖；但如果人为地提高肠腔内葡萄糖的浓度，使之大于小肠绒毛上皮细胞中葡萄糖的浓度，由于小肠绒毛上皮细胞刷状缘上的载体蛋白不会改变，它依然会通过主动运输的方式吸收葡萄糖。顺带说一下，上面这道高考题认定氨基酸进入细胞的方式就是主动运输似乎有失偏颇，实际上对于人体内大多数细胞来说，氨基酸进入细胞的方式是协助扩散。