張學(xué)林
2016年全國(guó)理綜Ⅰ和江蘇卷同時(shí)對(duì)離子泵及主動(dòng)運(yùn)輸進(jìn)行考查。
全國(guó)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(yùn)輸離子。下列敘述正確的是( )
A.離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸屬于協(xié)助擴(kuò)散
B.離子通過離子泵的跨膜運(yùn)輸是順著濃度梯度進(jìn)行的
C.動(dòng)物一氧化碳中毒會(huì)降低離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率
D.加入蛋白質(zhì)變性劑會(huì)提高離子泵跨膜運(yùn)輸離子的速率
江蘇卷選擇題第6題:右圖為一種溶質(zhì)分子跨膜運(yùn)輸?shù)氖疽鈭D。下列相關(guān)敘述錯(cuò)誤的是( )
A.載體①逆濃度運(yùn)輸溶質(zhì)分子
B.載體②具有ATP酶活性
C.載體①和②轉(zhuǎn)運(yùn)方式不同
D.載體②轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)分子的速率比自由擴(kuò)散快
全國(guó)試卷Ⅰ第2題要選對(duì)C并不難,但用江蘇卷的考生如果沒有對(duì)離子泵及載體蛋白質(zhì)有全面了解,則B與C選項(xiàng)極難區(qū)分,學(xué)生選對(duì)B命中率會(huì)大大降低。故借此兩高考試題,本文將講述主動(dòng)運(yùn)輸過程中三種重要載體蛋白的作用機(jī)制及功能,以幫助學(xué)生增強(qiáng)分析問題的能力。
一、ATP-驅(qū)動(dòng)泵
ATP-驅(qū)動(dòng)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(dòng)運(yùn)輸轉(zhuǎn)運(yùn)Na+、K+、Ca+等,典型代表為Na+-K+泵。在動(dòng)物細(xì)胞膜上存在有大量Na+-K+泵,它可以將細(xì)胞內(nèi)Na+泵出細(xì)胞外,同時(shí)又將細(xì)胞外K+泵入細(xì)胞內(nèi),在泵入泵出的過程中每個(gè)ATP分子水解可泵出3個(gè)Na+,泵入2個(gè)K+,均為逆濃度梯度,又需載體協(xié)助,故這一過程為主動(dòng)運(yùn)輸。
二、協(xié)同運(yùn)輸器
動(dòng)物細(xì)胞對(duì)葡萄糖和氨基酸等的主動(dòng)運(yùn)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(chǎn)生的電化學(xué)梯度使物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞。這一過程由膜上的Na+-K+泵和載體蛋白共同協(xié)作完成。Na+-K+泵將Na+泵出細(xì)胞外,膜外Na+濃度高于膜內(nèi),由此產(chǎn)生電化學(xué)梯度,Na+和糖(或氨基酸等)分別與載體蛋白不同位點(diǎn)結(jié)合,借電化學(xué)梯度使糖(或氨基酸等)相伴逆濃度梯度進(jìn)入膜內(nèi),故這種載體蛋白又稱協(xié)同運(yùn)輸器。如圖a、b所示,江蘇卷圖中上半部分為協(xié)同運(yùn)輸載體①為該協(xié)同運(yùn)輸器,需要強(qiáng)調(diào)的是協(xié)同運(yùn)輸不等于協(xié)助擴(kuò)散,也屬于主動(dòng)運(yùn)輸。協(xié)同運(yùn)輸有同向轉(zhuǎn)移和異向轉(zhuǎn)移。如Na+與葡萄糖等相伴同向進(jìn)入細(xì)胞屬于同向轉(zhuǎn)移;而Na+與H+等也可相伴異向轉(zhuǎn)移,即伴隨Na+進(jìn)入細(xì)胞而將H+等輸出細(xì)胞。
三、H+-ATP酶泵
對(duì)于植物、真菌質(zhì)膜上沒有Na+-K+泵,而有H+泵,H+泵同時(shí)也是H+-ATP酶,由H+泵用ATP水解的能量將H+泵出細(xì)胞,這樣膜外H+高于膜內(nèi),由此建立H+電化學(xué)梯度,可以將糖和氨基酸等帶入細(xì)胞內(nèi)。
另一種H+泵可以將胞內(nèi)H+泵入溶酶體、液泡等細(xì)胞器中。這有助于胞液PH中性和細(xì)胞器內(nèi)PH酸性,酸性環(huán)境對(duì)許多細(xì)胞器行使其功能是必不可少的條件。
在一些光合細(xì)菌細(xì)胞膜上還具有光激活H+泵,產(chǎn)生H+電化學(xué)梯度,驅(qū)動(dòng)溶質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞。如圖2-C。
教學(xué)中理清知識(shí)結(jié)構(gòu),回歸基礎(chǔ)理論,就能理解試題中各選項(xiàng)的設(shè)置原理。一些問題將會(huì)迎刃而解,考試中得分率將大大提高。