從兩道高考題談主動運輸過程中三種轉(zhuǎn)運蛋白的作用機制及功能

張學(xué)林

2016年全國理綜Ⅰ和江蘇卷同時對離子泵及主動運輸進行考查。

全國卷Ⅰ選擇題第2題：離子泵是一種具有ATP水解酶活性的載體蛋白，能利用水解ATP釋放的能量跨膜運輸離子。下列敘述正確的是（ ）

A.離子通過離子泵的跨膜運輸屬于協(xié)助擴散

B.離子通過離子泵的跨膜運輸是順著濃度梯度進行的

C.動物一氧化碳中毒會降低離子泵跨膜運輸離子的速率

D.加入蛋白質(zhì)變性劑會提高離子泵跨膜運輸離子的速率

江蘇卷選擇題第6題：右圖為一種溶質(zhì)分子跨膜運輸?shù)氖疽鈭D。下列相關(guān)敘述錯誤的是（ ）

A.載體①逆濃度運輸溶質(zhì)分子

B.載體②具有ATP酶活性

C.載體①和②轉(zhuǎn)運方式不同

D.載體②轉(zhuǎn)運溶質(zhì)分子的速率比自由擴散快

全國試卷Ⅰ第2題要選對C并不難，但用江蘇卷的考生如果沒有對離子泵及載體蛋白質(zhì)有全面了解，則B與C選項極難區(qū)分，學(xué)生選對B命中率會大大降低。故借此兩高考試題，本文將講述主動運輸過程中三種重要載體蛋白的作用機制及功能，以幫助學(xué)生增強分析問題的能力。

一、ATP-驅(qū)動泵

ATP-驅(qū)動泵本身是一種載體蛋白，也是一種ATP酶，能催化ATP水解，由ATP水解提供能量，主動運輸轉(zhuǎn)運Na+、K+、Ca+等，典型代表為Na+-K+泵。在動物細胞膜上存在有大量Na+-K+泵，它可以將細胞內(nèi)Na+泵出細胞外，同時又將細胞外K+泵入細胞內(nèi)，在泵入泵出的過程中每個ATP分子水解可泵出3個Na+，泵入2個K+，均為逆濃度梯度，又需載體協(xié)助，故這一過程為主動運輸。

二、協(xié)同運輸器

動物細胞對葡萄糖和氨基酸等的主動運輸，不直接利用ATP水解的能量而是由膜上Na+-K+泵排出的Na+所產(chǎn)生的電化學(xué)梯度使物質(zhì)進入細胞。這一過程由膜上的Na+-K+泵和載體蛋白共同協(xié)作完成。Na+-K+泵將Na+泵出細胞外，膜外Na+濃度高于膜內(nèi)，由此產(chǎn)生電化學(xué)梯度，Na+和糖（或氨基酸等）分別與載體蛋白不同位點結(jié)合，借電化學(xué)梯度使糖（或氨基酸等）相伴逆濃度梯度進入膜內(nèi)，故這種載體蛋白又稱協(xié)同運輸器。如圖a、b所示，江蘇卷圖中上半部分為協(xié)同運輸載體①為該協(xié)同運輸器，需要強調(diào)的是協(xié)同運輸不等于協(xié)助擴散，也屬于主動運輸。協(xié)同運輸有同向轉(zhuǎn)移和異向轉(zhuǎn)移。如Na+與葡萄糖等相伴同向進入細胞屬于同向轉(zhuǎn)移；而Na+與H+等也可相伴異向轉(zhuǎn)移，即伴隨Na+進入細胞而將H+等輸出細胞。

三、H+-ATP酶泵

對于植物、真菌質(zhì)膜上沒有Na+-K+泵，而有H+泵，H+泵同時也是H+-ATP酶，由H+泵用ATP水解的能量將H+泵出細胞，這樣膜外H+高于膜內(nèi)，由此建立H+電化學(xué)梯度，可以將糖和氨基酸等帶入細胞內(nèi)。

另一種H+泵可以將胞內(nèi)H+泵入溶酶體、液泡等細胞器中。這有助于胞液PH中性和細胞器內(nèi)PH酸性，酸性環(huán)境對許多細胞器行使其功能是必不可少的條件。

在一些光合細菌細胞膜上還具有光激活H+泵，產(chǎn)生H+電化學(xué)梯度，驅(qū)動溶質(zhì)進入細胞。如圖2-C。

教學(xué)中理清知識結(jié)構(gòu)，回歸基礎(chǔ)理論，就能理解試題中各選項的設(shè)置原理。一些問題將會迎刃而解，考試中得分率將大大提高。