試析物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

謝懿姍

【摘 要】在高中生物的學(xué)習(xí)中，物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸是考點(diǎn)，也是較容易出錯(cuò)的地方。本文主要對(duì)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸進(jìn)行了探討，為高中生物課的學(xué)習(xí)提供了參考。

【關(guān)鍵詞】物質(zhì)；跨膜運(yùn)輸；生物

對(duì)于物質(zhì)來說，跨膜運(yùn)輸是常常出現(xiàn)的事情，在進(jìn)行跨膜運(yùn)輸?shù)臅r(shí)候，它所需要的條件是有一定的要求的，同時(shí)對(duì)于不同的物質(zhì)和情況所需要的跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞揭膊灰粯樱唧w的過程也會(huì)存在著差異。

一、物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸

物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸指的是一些物質(zhì)從高濃度到膜的一側(cè)，向低濃度的一層進(jìn)行移動(dòng)的過程。在物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸中，影響單純擴(kuò)散的主要因素有兩個(gè)方面，一個(gè)方面是膜的兩側(cè)溶質(zhì)分子濃度的梯度。如果這個(gè)濃度的梯度越大，那么物質(zhì)順著濃度梯度進(jìn)行擴(kuò)散就會(huì)越多，如果濃度的梯度出現(xiàn)了消失，那么擴(kuò)散的行為就會(huì)停止。第二個(gè)方面是膜對(duì)這個(gè)物質(zhì)的通透性。細(xì)胞膜從結(jié)構(gòu)上來說，它是一個(gè)脂質(zhì)的雙分子層，因此，膜對(duì)于，例如膜對(duì)于脂溶性比較高的物質(zhì)，例如：氧和二氧化碳碳，它的通透性就會(huì)比較大，最這樣的情況下就會(huì)更容易擴(kuò)散。反過來對(duì)于脂溶性低和非脂溶性物的通透性就會(huì)比較小，擴(kuò)散就會(huì)比較難。

二、如何理解水通過滲透作用跨生物膜

滲透作用指的是液態(tài)的小分子通過半透膜的擴(kuò)散方式來進(jìn)行滲透。半透膜一般會(huì)通過孔道的大小和膜兩側(cè)的同類分子自由能差來決定通過膜的情況，是沒有生物膜活性的。雖然水分子跨生物膜和半透膜發(fā)生的滲透作用的結(jié)果是一樣的，但是它的發(fā)生過程存在著比較大的差別。在這樣的情況下，就不能把細(xì)胞吸水和失水簡(jiǎn)單地等同于滲透作用。

根據(jù)生物膜的具體成分、物質(zhì)相互親合的原理及水通道蛋白的發(fā)現(xiàn)三個(gè)方面的內(nèi)容來進(jìn)行具體的分析，水在生物膜中進(jìn)行通過，一方面是由生物膜上面的水親合物來決定的，并且所有膜的蛋白都能對(duì)水分進(jìn)行過膜的承擔(dān)。這個(gè)過程主要是對(duì)蛋白進(jìn)行貫穿，因?yàn)樗强梢孕纬梢粋€(gè)水的通道的，可以為水分子過膜創(chuàng)造一個(gè)十分便利的條件。此外，非貫穿的蛋白也會(huì)有一個(gè)自發(fā)的運(yùn)動(dòng)，這個(gè)自發(fā)的運(yùn)動(dòng)會(huì)使得水分子出現(xiàn)過膜的行為和現(xiàn)象，因?yàn)閷?duì)于蛋白分子來說，它們都是具備水親合性的，并且膜蛋白對(duì)于水的親合量和水勢(shì)之間是成一個(gè)正比的關(guān)系的[2]。特別是從生物膜內(nèi)外兩側(cè)來進(jìn)行分析，一般來說，水勢(shì)大的地方它的親合就會(huì)越大，從而自發(fā)地轉(zhuǎn)運(yùn)到另一側(cè)的能力就會(huì)越強(qiáng)，從而會(huì)體現(xiàn)出來一個(gè)和滲透作用一致的現(xiàn)象。另一個(gè)方面，生物膜內(nèi)外兩側(cè)的水勢(shì)所產(chǎn)生的動(dòng)力會(huì)使得水分子能夠克服阻力對(duì)生物膜的磷脂分子進(jìn)行穿過，并且過膜的情況會(huì)由生物膜內(nèi)外兩側(cè)的水勢(shì)差來進(jìn)行決定。如果外側(cè)的水勢(shì)比內(nèi)側(cè)的水勢(shì)大，那么細(xì)胞就會(huì)出現(xiàn)吸水的情況。如果外側(cè)的水勢(shì)比內(nèi)側(cè)的水勢(shì)小，那么細(xì)胞就會(huì)出現(xiàn)失水的情況。

水是一個(gè)非常小的分子，和磷脂分子之間的親合性是比較小的，在這樣的情況下，水分子依靠水勢(shì)穿過磷脂分子透過生物膜，就需要對(duì)非親合性所帶來的阻力進(jìn)行克服，在這樣的情況下，速率就會(huì)比較慢。如果是依靠水親合物來進(jìn)行過膜，那么這個(gè)阻力就會(huì)比較小，特別是以通道蛋白過膜，這個(gè)阻力就會(huì)更小，因此這個(gè)速率就會(huì)更加地快。水分子經(jīng)過通道蛋白過生物膜，就像是水分子通過半透膜的孔道一樣，可以按照水勢(shì)的大小來進(jìn)行自由的進(jìn)出。因此，我們可以發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞的吸水和失水都主要依靠通道蛋白來通過生物膜。

三、物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式的分類

（一）氧氣、二氧化碳、氮?dú)夂捅降目缒み\(yùn)輸

氧氣、二氧化碳、氮?dú)夂捅蕉际欠菢O性的分子，因此比較容易和磷脂分子進(jìn)行親合，從而使得磷脂分子成為這些分子過膜的一個(gè)通道，會(huì)順應(yīng)著濃度的梯度來進(jìn)行自由的通過，是一種被動(dòng)的運(yùn)輸方式。

（二）水、乙醇、甘油的跨膜運(yùn)輸

水是極性比較大的小分子，乙醇和甘油是一個(gè)極性比較弱的分子。水分子和磷脂分子的親合性是比較小的，但是水分子的體積又比較小，本身的自由能比較大，因此穿透能力強(qiáng)，可以順應(yīng)著水勢(shì)差來對(duì)穿過磷脂雙分子層或者通過水通道通過生物膜的阻力進(jìn)行克服。相比之下，乙醇和甘油與磷脂分子之間的親合性就比較強(qiáng)，可以順應(yīng)著溶液中的濃度梯度對(duì)磷脂的雙分子層進(jìn)行通過，也是一種被動(dòng)的運(yùn)輸方式。這三種物質(zhì)經(jīng)過膜的速率中，水是最小的。

（三）離子的跨膜運(yùn)輸

氫離子、鈉離子、鉀離子、鈣離子、氯離子、鎂離子、碳酸根離子及磷酸根離子的極性都比較強(qiáng)，一般都需要依靠膜蛋白中所含有的特異性比較高的離子泵來對(duì)泵入或者泵出的細(xì)胞進(jìn)行選擇[2]。在生物膜當(dāng)中，過膜的離子的種類和數(shù)量會(huì)由離子泵的種類和數(shù)量來決定，此外離子過膜的速率會(huì)受到有氧呼吸強(qiáng)度的影響。對(duì)于離子來說，它主要依靠生物膜上的離子泵來選擇性的過膜，從而使得生物膜的內(nèi)側(cè)和外側(cè)始終存在著一定的濃度差，最終形成電位差。因此，離子大多數(shù)都是通過離子泵例進(jìn)行主動(dòng)的運(yùn)輸?shù)模部梢酝ㄟ^離子的通道來進(jìn)行被動(dòng)的運(yùn)輸。

四、結(jié)語

綜上所述，物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸在不同的條件和環(huán)境中，它的效果是不一樣的，需要根據(jù)實(shí)際的情況來進(jìn)行探討和研究，從而更好地對(duì)物質(zhì)的跨膜運(yùn)輸內(nèi)容和相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行掌握，更好地開展各方面的學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳潤(rùn).淺談物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)姆绞絒J].生物學(xué)教學(xué)，2014（7）：67-67

[2]王健.物質(zhì)跨膜運(yùn)輸方式的再討論[J].中學(xué)生物教學(xué)，2015（1）：104-106