聚焦物質運輸的方式

物質運輸的方式有主動運輸和被動運輸兩種。被動運輸有自由擴散和協助擴散兩種。下面就學生常見的疑難問題進行解析。

一、自由擴散和滲透作用辨析

(一)不同點

自由擴散是指小分子物質通過簡單的擴散作用進出細胞。滲透作用是指像水分子等溶劑分子進出細胞的擴散。從表面看它們有以下不同點。

1.對象不同。自由擴散對象是小分子包括溶質、溶劑分子。滲透作用對象是水分子等溶劑分子。

2.條件不同。自由擴散條件是從高濃度到低濃度。滲透作用條件是從低濃度到高濃度。

3.能量不同。自由擴散消耗的能量是勢能。滲透作用消耗的是水等溶劑分子的勢能。

(二)相同點

1.對象都是指小分子物質。

2.條件表面不同，其實相同。濃度是指溶質的濃度，水等溶劑分子當然沒有濃度的概念。若把條件改為單位體積某分子的數量，那么二者的條件就相同了。如酒精的自由擴散是從高濃度到低濃度，高濃度酒精單位體積的酒精分子數量高于低濃度酒精單位體積酒精分子數量。水的滲透作用是從低濃度到高濃度，實質是單位體積低濃度的溶液的水分子數量高于高濃度溶液。所以二者本質是一樣的。

3.消耗的能量本質也一樣都是分子勢能。只不過當溶質分子自由擴散時消耗的是溶質勢能。滲透作用消耗的是溶劑勢能。

從上述分析可知，滲透作用是自由擴散的一種，只指溶劑分子的自由擴散。

二、協助擴散的概念和種類

(一)協助擴散的概念

協助擴散是指非脂溶性物質或親水性物質，如氨基酸、糖和金屬離子等借助細胞膜上的膜蛋白的幫助順濃度梯度或順電化學濃度梯度，不消耗ATP進入膜內的一種運輸方式。

(二)協助擴散的種類

1.載體中介的協助擴散。指借助載體蛋白的跨膜雙向轉運功能實行順濃度移動，具有特異性、飽和性和競爭性等特點。

載體蛋白位于細胞膜上，它能與特定的分子和離子，如糖類、氨基酸，或金屬離子等結合，將這些分子或離子從膜的一側轉運到另一側。

2.通道中介的協助擴散。指借助通道蛋白的跨膜順濃度運輸。

通道蛋白在細胞膜上形成特定的孔道，并且這種孔道的開與關是可調控的。控制開關的機制之一是胞外的信號分子通過與通道蛋白的結合，改變這些蛋白的構象，使通道打開或關閉。這種通道稱為配體門通道。

另一種控制方式是細胞內或細胞外特定離子的濃度發生變化而導致膜電位變化，而膜電位的變化又導致通道蛋白構象變化，由此來控制通道的開關，此類通道稱為電位門通道。例如，當胞液中游離Ca2+的濃度增加時，一些K+的通道打開。通道開放的時間是非常短的，常常只有幾毫秒，被運輸的物質順濃度梯度迅速穿過通道。

三、自由擴散和協助擴散的區別

自由擴散是指氣體分子(氧氣等)、小分子(水分子等)或脂溶性物質(甘油、酒精等)通過簡單的擴散作用進出細胞，不需要載體，不消耗能量，順濃度梯度。協助擴散是指非脂溶性物質或親水性物質，如氨基酸、糖和金屬離子等借助細胞膜上的膜蛋白的幫助順濃度梯度或順電化學梯度，不消耗ATP進入膜內的一種運輸方式。

(一)協助擴散需要膜蛋白的幫助，并且比自由擴散的速度要快幾個數量級。

(二)自由擴散的速率與溶質的濃度成正比。當溶質的跨膜濃度差達到一定程度時，協助擴散的速率達到最大值，其速度就不再提高。

(三)自由擴散中，結構上相似的分子以基本相同的速度通過膜，而在協助擴散中，載體蛋白具有高度的選擇性，如能夠幫助葡萄糖快速運輸，但不幫助與葡萄糖結構類似的糖類運輸。

(四)協助擴散作用載體蛋白會受到各種抑制。載體蛋白的運輸作用會受到類似于酶的競爭性抑制，以及蛋白質變性劑的抑制作用。自由擴散不會。

四、主動運輸的判斷根據

從低濃度一側運輸到高濃度一側，需要載體蛋白的協助，同時還需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量，這種方式叫做主動運輸。這是人教版生物(必修1)教材關于主動運輸的概念。但是有些習題甚至高考題不少就是根據從低濃度到高濃度這一點來判斷某運輸方式是否是主動運輸的，這是不對的。如下題:

甲、乙兩種物質的分布情況如圖(顆粒的多少表示濃度的高低)，在進行跨膜運輸時，下列說法正確的是(所給的答案是C)。

A.甲進入細胞一定需要能量

B.甲運出細胞一定不需要能量

C.乙進入細胞一定有載體蛋白的參與

D.乙運出細胞一定有載體蛋白參與

上面這一題判斷主動運輸的前提就是從低濃度到高濃度。那么主動運輸一定是從低濃度到高濃度嗎?先看主動運輸的種類。

到目前為止，人們知道根據物質運輸的動力來源的不同，主動運輸可分為以下兩種方式。

1.由ATP直接提供能量的主動運輸。細胞膜上的ATP磷酸水解酶(簡稱ATP酶)催化ATP水解釋放出能量，驅動離子轉運。

2.由ATP間接提供能量的主動運輸，又叫協同運輸。有些物質進入細胞并不是直接消耗ATP，而是借助于另一種物質的濃度梯度為動力進行的。若進行協同運輸的兩種物質運輸方向一致，稱為同向協同運輸。若兩種物質運輸方向相反，則稱之為反向協同運輸。

從上面來看，主動運輸方式中體現出主動的是消耗細胞新陳代謝的能量即ATP，不是濃度梯度。物質的運輸可以從低濃度到高濃度，也可以從高濃度到低濃度濃度。細胞內外物質濃度的高低是主動運輸造成的結果，而不是主動運輸的條件。只不過常見的主動運輸是從低濃度高濃度。不能因為常見就把它當作判斷是否是主動運輸的條件。