新人教版(2004年版,2007年第4次印刷)第70页有这么一段话:“离子和一些较大的分子如葡萄糖等,不能自由地通过细胞膜。镶嵌在膜上的一些特殊的蛋白质,能够协助葡萄糖等一些物质顺浓度梯度跨膜运输。进出细胞的物质借助载体蛋白的扩散,叫做协助扩散(facilitated diffusion)。自由扩散和协助扩散统称为被动运输。”教学的时候,很多学生都认为葡萄糖的跨膜运输方式是协助扩散,理由就是这段话中的文字。我反复读了几遍,认为这些话单独看是没有问题的,整段看就有歧义了,很容易让人得出“葡萄糖的跨膜运输方式是协助扩散”的结论。另外,教材中也没有明确指出葡萄糖的跨膜运输方式是主动运输。那么,
带着这个问题,我查阅了《细胞生物学》(2000年,翟中和,王喜忠,丁明校主编)。
在该书第109页有这样的文字:“协助扩散(facilitated diffusion)是各种极性分子和无机离子,如糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等顺其浓度梯度或电化学梯度减小方向的跨膜转运”,“例如葡萄糖分子以简单扩散的方式穿越细胞膜,其通透系数为10-7cm/s,以协助扩散的方式穿越红细胞的质膜时其通透系数为10-2cm/s,通透系数增加了105倍。”可见,葡萄糖跨越红细胞膜时的运输方式应该是协助扩散。
在该书第115页还有这样的文字:“共运输是物质运输方向与离子转移方向相同,如小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖或氨基酸等有机物,就是伴随着Na+从细胞外流入细胞内而完成。完成共运输的载体蛋白有两个结合位点,必须同时与Na+和特异的氨基酸或葡萄糖分子结合才能进行共运输。”由此可以得出,小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖或氨基酸等有机物是共运输,而共运输是主动运输的一种情况。所以,小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖或氨基酸等有机物是主动运输。
从上述内容中我们看出,葡萄糖在跨越不同细胞质膜时的方式是不同的。因此,我们在教学中不可一概而论“葡萄糖的运输方式主动运输”,必须分情况进行表述。
针对这个问题,不妨做两个方面的界定:
1,协助扩散与主动运输的区分标准是不是浓度梯度
协助扩散和主动运输都属于载体介导的跨膜运输方式,它们之间的关键区别在于实现跨膜转运是否需要能量。协助扩散的动力来自于浓度梯度,故不需要能量。而主动运输因为一般是逆浓度梯度或电化学梯度进行跨膜转运,所以需要能量,其运输过程所需能量来源有三种:atp直接供能、atp间接供能和光能驱动。由此可见,葡萄糖和氨基酸这两种分子的跨膜运输方式是主动运输还是自由扩散,其衡量标准不是浓度梯度,而是要看其是否需要能量。从根本上讲,这两种运输方式的差异在于载体的类型不同。
2,在不同功能的细胞中同一物质的跨膜运输的方式是不是相同
对不同功能的细胞而言,其细胞膜上的载体蛋白会有明显的差异。那么同一物质的跨膜运输方式是不是相同的呢?下面以葡萄糖和氨基酸在不同细胞中跨膜运输的情况为例来进行说明。
从当前的人体生理研究成果来看,葡萄糖和氨基酸的跨膜运输分属两类。一类是钠离子协同的继发性主动运输,实例有小肠纹状缘(小肠上皮细胞顶面)和肾小管刷状缘(肾小管上皮细胞顶面)对葡萄糖及氨基酸的转运。另一类是载体介导的易化扩散,即协助扩散,实例包括全身组织细胞对葡萄糖和氨基酸的摄取,以及小肠上皮细胞内和肾小管上皮细胞内的葡萄糖与氨基酸向细胞间隙的转运。可见葡萄糖和氨基酸物质的跨膜运输方式到底属于哪一种,不能笼统地去讲,要依具体情况而定。