关于细胞物质运输的几个认识误区，本文主要内容关键词为：几个论文,误区论文,细胞论文,物质论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
“物质跨膜运输的方式”是人教版《生物·必修1·分子与细胞》第4章第3节的内容，继“细胞膜的流动镶嵌模型”后，系统地阐述了细胞膜如何控制物质进出细胞，为后面要学习的细胞代谢的知识打下了基础。通过学习，我们知道物质的跨膜运输能保障细胞摄取基本营养物质，排出代谢废物，调节细胞内离子浓度，其对细胞的生存和生长也至关重要。教材总体上把物质的跨膜运输分为被动运输（包括自由扩散和协助扩散）和主动运输。
笔者在教学过程中发现，很多教师和参考资料上对于物质的运输的讲解存在误区，现举例如下：
一、误区一：水分子只能通过自由扩散进入细胞
人教版必修1教材中，对于水分子如何进出细胞是这样描述的：除了水、氧、二氧化碳外、甘油、乙醇、苯等物质也可以通过自由扩散进出细胞。这说明水可以通过自由扩散进出细胞。但水不是脂溶性物质，那么水分子是如何进出细胞的呢？
在潘瑞炽主编的《植物生理学》一书中，对于水分子如何进出细胞是这样描述的：单个的水分子可通过磷脂分子之间的间隙进出细胞，而成群的水分子是利用集流（指液体中成群的原子或分子在压力梯度下共同移动）方式通过细胞膜上蛋白质通道进出细胞的（见图1）。无论是单个水分子通过磷脂分子层，还是成群的水分子通过蛋白质通道，都是不需要能量的。
综上所述，水分子是极性分子，虽然磷脂分子的头部亲水，但磷脂分子尾部疏水，理论上水分子是不能通过磷脂分子层间隙的，但是因为构成细胞膜的磷脂是可以运动的，由于运动会产生间隙，又因为具有极性的水分子非常小，这样水分子就可以通过脂膜运动产生的间隙进出细胞，这种方式的动力取决于膜两侧溶液的浓度差。但是这种方式不能完全满足生物体对水流动量的需求，这时，水就要靠细胞膜上的蛋白质通道进出细胞，这种方式不完全取决于溶质的浓度梯度，主要取决于压力梯度，而且蛋白质通道的大小是可以调节的。所以水分子进出细胞膜的方式既有依赖于溶质浓度梯度的自由扩散，也有依赖于蛋白质通道的协助扩散，共同点是都不需要能量，均属于被动运输。
二、误区二：离子只能通过主动运输进出细胞
对于离子进出细胞的方式，人教版必修1是这样描述的：
等离子，都不能自由通过磷脂双分子层，它们从低浓度一侧运输到高浓度一侧，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，这种运输方式叫做主动运输。于是很多教师就理解为：离子只能通过主动运输进出细胞。其实离子除了主动运输进出细胞外，还有另外几种方式：
（1）通道运输。通道运输理论认为，在细胞膜上除了水通道外，还有供离子通过的蛋白质通道，在离子通道上常具有门，因此又称为门通道。根据门开关条件的不同，大体分为电压门通道、配体门通道和压力激活通道（如下页图2）。电压门通道由膜电位控制门的开关，如神经细胞膜受到膜电位变化刺激时，电压门
通道打开，产生动作电位。配体门通道的开关取决于细胞内外特定的物质（配体）与相应的通道蛋白（受体）结合，从而控制离子进出细胞。N型乙酰胆碱受体是目前了解较多的一类配体门通道，如肌细胞受体与N型乙酰胆碱结合时，引起通道构象改变，通道瞬间开启，膜外内流，膜内
外流，进而引起肌肉收缩。压力激活通道门的开关取决于机械力的作用，如内耳听觉毛细胞上受到声音压力信号刺激时，某些阳离子通道打开。离子通道大小和孔内电荷密度等使得通道对离子运输具有选择性，即一种通道只允许某一种离子通过，通道运输是一种被动运输，不需要细胞提供能量，但速度比载体蛋白运输离子速度快。
（2）协助扩散。它是一种由载体蛋白协助但是不需要消耗能量的进入细胞的方式，如葡萄糖能通过协助扩散进入红细胞。其实离子也可以通过协助扩散进入细胞，如缬氨霉素能在膜的一侧结合，通过自身构象的变化，顺着电化学梯度通过脂双分子层，在膜的另一侧释放，能往返进行，且不消耗能量。
（3）胞饮作用。胞饮作用是指物质吸附在质膜上，然后通过膜的内折而转移到细胞内的摄取物质及液体的过程。胞饮作用在吸收水分的同时，把水分中的物质一起吸收进来，如各种盐类和大分子物质甚至病毒。
所以，离子除了可以通过教材所述的主动运输进入细胞外，还可通过载体蛋白和通道蛋白协助但不消耗能量的被动运输方式进入细胞，且离子通道转运离子的速率比载体蛋白运输速率高，它们的动力主要来自溶质的浓度差和跨膜电位差。但磷脂分子层对带电荷的离子是高度不通透的。
三、误区三：大分子物质通过核孔不需要载体
大部分真核细胞具有细胞核，细胞核主要由核膜、染色质、核仁及核骨架构成，其中核膜由两层膜构成。在某些部位内外核膜相互融合形成核孔，核孔是细胞质和细胞核之间进行物质运输的通道，特别是一些大分子物质的交换离不开核孔。但是核孔是如何控制物质交换的？高中生物教材上没有明确说明，很多人认为大分子物质可通过类似扩散的方式自由进出细胞核。事实并非如此，原来在核孔上存在一种叫做核孔复合体的复杂结构，它主要由胞质环（外环）、核质环（内环）、辐（核孔边缘伸向核孔中央的突出物）、中央体（与物质运输有关）构成（如图3），核孔复合体是核质交换的双向选择性亲水通道，是一种特殊的跨膜运输的蛋白质复合体，具有双功能和双向性。双功能表现在两种运输方式：被动扩散与主动运输；双向性表现在既介导蛋白质的入核运输，又介导RNA等出核运输。具体来说，离子、水分子等小分子物质可通过被动运输通过核孔复合体，而大分子凭借自身的核定位信号和核孔复合体上的受体蛋白结合而实现“主动转运”过程。而且核孔对大分子的进入是有选择性的，如mRNA分子的前体在核内产生后，只有经过加工成为mRNA并与蛋白形成复合物后才能通过。
由此可见，细胞核膜上的核孔并不是完全中空的结构，它是主要由蛋白质构成的亲水性跨膜运输复合体，既可以进行被动运输（水、离子等小分子物质），也可以进行主动运输（主要是大分子物质）；既可以让细胞核中形成的物质如mRNA运出细胞核，也可以把一些亲核蛋白如DNA聚合酶、RNA聚合酶等从细胞质运入细胞核。
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