主动运输

发生的部位

主动运输在细胞膜上、凡是细胞必须逆梯度摄入或排出某物质之处发生，例如根吸收矿物离子、肠道吸收葡萄糖。

课程要求掌握的三个例子是：根毛细胞从极稀的土壤溶液中吸收硝酸根等矿物离子；回肠上皮细胞在肠腔浓度降到低于血液后继续吸收葡萄糖与氨基酸；肾小管细胞把滤液中的葡萄糖与矿物离子重吸收回血液。每一种情况下，细胞膜都是过程发生的部位，而且每种细胞在膜附近都含有大量线粒体，以供应所需的能量。

输入与输出

• 输入：待运送的物质，如葡萄糖、氨基酸或矿物离子，位于膜的低浓度一侧。
• 输入：线粒体中有氧呼吸产生的 ATP，被水解以释放能量。
• 输入：嵌在质膜磷脂双分子层中的特定载体蛋白。
• 输出：同一物质，未发生改变，在膜的高浓度一侧被释放。
• 输出：ADP 与磷酸，返回线粒体重新合成为 ATP。
• 输出：载体蛋白恢复原来的形状，准备结合下一个分子。

步骤

1. 某物质在膜一侧浓度较低、另一侧浓度较高，因此单靠扩散只会把它往细胞不需要的方向移动。
2. 该物质在低浓度一侧，与横跨膜的载体蛋白上的特定位点结合。
3. 来自呼吸作用的一个 ATP 分子与载体蛋白结合，并被分解为 ADP 与磷酸，释放能量。
4. 能量改变载体蛋白的形状，使结合位点转而面向膜的另一侧。
5. 该物质在高浓度一侧被释放，完成了逆浓度梯度的运送。
6. 载体蛋白恢复原来的形状；只要 ATP 与该物质分子仍然充足，循环便不断重复。
7. 线粒体持续把 ADP 与磷酸重新合成为 ATP，使过程得以继续。

为何重要及如何调控

主动运输使细胞即使在内部浓度更高时仍能吸收有用物质，如根毛细胞中的矿物离子与小肠中的葡萄糖。这也是此类细胞含许多线粒体的原因。

主动运输的速率取决于呼吸作用的速率，因为呼吸作用供应 ATP。任何减慢呼吸作用的因素都会减慢主动运输：温度降低、缺氧或缺乏葡萄糖。

氰化物等呼吸抑制剂会停止 ATP 的生成，因而停止主动运输，而扩散与渗透则不受影响、继续进行。这一差异正是证明主动运输需要能量的标准实验证据。

膜中载体蛋白的数量也设定了上限。每种载体只对一种物质专一，所以细胞通过改变所合成的载体来调整吸收的物质。

当所有载体都被占用时，再增加物质也无法进一步提高速率，因此主动运输的速率对浓度作图会趋于平缓，而扩散的图线则持续上升。

如何考查

你可能被要求定义主动运输、把它与扩散和渗透对比，或解释大量进行它的细胞为何含许多线粒体。

数据题常给出根组织在有氧与无氧条件下，或在有无呼吸抑制剂条件下对某种离子的吸收量，要求解释差异。期望的答案要说出能量来源，即有氧呼吸产生的 ATP，并把缺氧或抑制剂与 ATP 减少、进而吸收量下降联系起来。

在方向、能量、载体蛋白与实例等标题下比较扩散、渗透与主动运输的表格，是常见的结构题。

常见误解

考试风格例题

题目。一名学生测量两个烧瓶中根组织切片对硝酸根离子的吸收量。

烧瓶 A 通入空气；烧瓶 B 通入氮气。一小时后，烧瓶 A 中的组织吸收的硝酸根远多于烧瓶 B。

(a) 说出根从稀土壤溶液中吸收硝酸根离子的过程名称。(b) 解释两个烧瓶吸收量的差异。

(c) 说出根毛细胞支持这一过程的两项结构特征。

参考答案。(a) 主动运输。

(b) 硝酸根是逆浓度梯度被吸收的，需要有氧呼吸提供的ATP 形式的能量。烧瓶 A 中有氧气，呼吸作用与 ATP 生成持续进行，载体蛋白不断把硝酸根运入细胞。

烧瓶 B 中氮气取代了氧气，有氧呼吸停止，生成的 ATP 很少，吸收量降至仅靠扩散所能达到的少量。(c) 根毛细胞有细长的突出部分，增大了膜的表面积以容纳载体蛋白；细胞内含大量线粒体以供应 ATP。

来源:SRC-DSKP-EN

常见问题