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物質跨膜運輸?shù)膸讉€“再生”問題

2011-12-31 00:00:00袁海軍
知識窗·教師版 2011年12期


   高中生物教材中介紹了物質跨膜運輸?shù)幕局R,也經(jīng)常考查,但由于課本介紹內(nèi)容的局限性,所以在平時的教學過程中,筆者再生了幾個問題,現(xiàn)介紹如下。
   一、所有離子的跨膜運輸是否都是主動運輸
   必修1課本中列舉了大量以主動運輸形式出入細胞的離子的實例,高中試卷中考查離子出入細胞的方式時,也都認為是主動運輸,這很容易使學生產(chǎn)生錯誤的認知,即離子的跨膜運輸就是主動運輸。而必修3課本中“神經(jīng)調(diào)節(jié)”介紹了神經(jīng)元動作電位的產(chǎn)生是由于細胞膜對Na+的通透性增加,Na+內(nèi)流引起的,這又直接表明在此過程中,Na+不是通過主動運輸進入細胞的。神經(jīng)細胞靜息電位和動作電位的形成過程表明,K+、Na+既能通過主動運輸,又能通過被動運輸出入細胞。在靜息狀態(tài)下,細胞膜上的鈉鉀泵使K+聚集在膜內(nèi),Na+聚集在膜外,而細胞膜對K+的通透性遠大于對Na+的通透性,K+可以從高濃度向低濃度被動地運輸?shù)郊毎ね?,使細胞?nèi)電位升高,K+濃度升高,當膜內(nèi)外的電位差與K+的濃度差相平衡時,就能達到膜內(nèi)外K+的平衡,這個電位差就是K+的平衡電位。當神經(jīng)細胞受到閾值以上刺激時,細胞膜上的Na+通道打開,使Na+的通透性增加,Na+順濃度梯度進入膜內(nèi),大大增加了Na+的通透性,進一步加快了Na+的進入,從而形成動作電位。當興奮向前傳導時,興奮部位又會恢復到靜息狀態(tài)。所以離子的跨膜運輸不全是主動運輸。
   二、主動運輸是否都需要直接消耗ATP
   高中教材介紹的主動運輸都需要直接消耗ATP,但有些物質是通過間接利用ATP出入細胞的,這種主動運輸稱為協(xié)同運輸,它是借助于膜兩側H+、Na+的電化學濃度差與H+、Na+同時運輸?shù)?。而H+、Na+的電化學濃度差是質子泵、鈉鉀泵直接消耗ATP來維持的。
   1.H+推動的協(xié)同運輸
   在一些細菌中,每吸收一個乳糖分子,就同時吸收一個H+。利用膜內(nèi)外的H+濃度差來驅動乳糖的吸收,表現(xiàn)為同方向的協(xié)同運輸。
   2.Na+推動的協(xié)同運輸
   動物腎細胞和小腸細胞對葡萄糖的吸收,就是利用細胞膜兩側的Na+濃度差來驅動的。鈉鉀泵確保細胞外Na+濃度較高,Na+和葡萄糖同時結合到載體上,利用Na+的濃度差所提供的能量,將Na+和葡萄糖同時運進細胞,鈉鉀泵又將運進細胞的Na+送到細胞外。Na+的濃度差也推動著動物細胞對氨基酸的協(xié)同運輸。離子與物質進行同方向運輸?shù)姆Q之為同向協(xié)同運輸,反之稱之為反向協(xié)同運輸。
   三、主動運輸是否都是逆濃度運輸
   高中教材認為主動運輸?shù)倪\輸方向是從低濃度向高濃度。學生也常誤解為主動運輸?shù)倪\輸方向與膜兩側的濃度差有關。但事實上,主動運輸?shù)姆较蛉Q于載體的方向性,而不是膜兩側的濃度差。主動運輸某一物質的方向是一定的,它不會隨著濃度差的改變而改變。因為主動運輸?shù)姆较蚴且欢ǖ模员贿\一側的物質濃度總會小于運進一側的物質濃度,將一側的低濃度調(diào)整高于另一側的高濃度,并不會改變主動運輸?shù)姆较?。所以,主動運輸能逆著濃度差運輸物質,但并不一定總是逆著濃度差運輸物質。
   四、是否只有主動運輸是逆濃度梯度運輸
   高中教材認為逆濃度梯度運輸?shù)氖侵鲃舆\輸,而杜南平衡表明,細胞膜內(nèi)能夠擴散的離子濃度的積等于細胞膜外離子濃度的積。如把細胞放置到NaCl溶液中,由于細胞內(nèi)的大部分負離子吸引了一部分能夠擴散的正離子,所以細胞膜外的正離子濃度較小。而膜外Cl-向膜內(nèi)擴散時,會帶動Na+向膜內(nèi)擴散,使細胞積累的Na+比外界溶液多。所以,并不只有主動運輸是逆濃度梯度運輸。
   五、水分子的跨膜運輸是否只是自由擴散
   高中生物教材介紹水分子的跨膜運輸方式為自由擴散。但自由擴散是一種簡單擴散,不需要膜蛋白的協(xié)助。當阿格雷就成功地分離出了水通道蛋白后,說明水分子可通過水通道蛋白協(xié)助出入細胞。
  
  參考文獻:
  [1]潘瑞熾,董愚得.植物生理學[M].北京:高等教育出版社,1998.
  [2]潘瑞熾.植物生理學[M].北京:高等教育出版社,2003.
  [3]翟中和.細胞生物學[M].北京:高等教育出版社,1999.
  [4]沈同,王鏡巖.生物化學(下冊)[M].北京:高等教育出版社,1998.
   (作者單位:江蘇省如皋市城西中學)

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