從兩道高考題談主動運輸過程中三種轉運蛋白的作用機制及功能

張學林

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：右圖為一種溶質分子跨膜運輸的示意圖。下列相關敘述錯誤的是（ ）

A.載體①逆濃度運輸溶質分子

B.載體②具有ATP酶活性

C.載體①和②轉運方式不同

D.載體②轉運溶質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有全面了解，則B與C選項極難區分，學生選對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，以幫助學生增強分析問題的能力。

一、ATP-驅動泵

ATP-驅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Na+泵出細胞外，同時又將細胞外K+泵入細胞內，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，又需載體協助，故這一過程為主動運輸。

二、協同運輸器

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+所產生的電化學梯度使物質進入細胞。這一過程由膜上的Na+-K+泵和載體蛋白共同協作完成。Na+-K+泵將Na+泵出細胞外，膜外Na+濃度高于膜內，由此產生電化學梯度，Na+和糖（或氨基酸等）分別與載體蛋白不同位點結合，借電化學梯度使糖（或氨基酸等）相伴逆濃度梯度進入膜內，故這種載體蛋白又稱協同運輸器。如圖a、b所示，江蘇卷圖中上半部分為協同運輸載體①為該協同運輸器，需要強調的是協同運輸不等于協助擴散，也屬于主動運輸。協同運輸有同向轉移和異向轉移。如Na+與葡萄糖等相伴同向進入細胞屬于同向轉移；而Na+與H+等也可相伴異向轉移，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，由此建立H+電化學梯度，可以將糖和氨基酸等帶入細胞內。

另一種H+泵可以將胞內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PH酸性，酸性環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，產生H+電化學梯度，驅動溶質進入細胞。如圖2-C。

教學中理清知識結構，回歸基礎理論，就能理解試題中各選項的設置原理。一些問題將會迎刃而解，考試中得分率將大大提高。