关于“葡萄糖、氨基酸进入细胞的方式”的探讨

关于“葡萄糖、氨基酸进入细胞的方式”的探讨

发表时间：2012-07-09T14:17:31.327Z 来源：《中小学教育》2012年9月总第111期供稿作者：张恩卿

[导读] 由此可见，新旧教材对协助扩散和主动运输的描述是不同的。

张恩卿河南省濮阳市油田第三高级中学457000

俗话说：“活到老，学到老。”特别是在生物科技日益发展、教材编写反复更新的今天，教师们需要就不断出现的新问题新现象进行探讨，从而使日常教学不断贴近科学真相。2010年全国卷二有一道高考题就引起了生物老师的注意。

32、（9分）请回答：

（1）葡萄糖由肠腔进入小肠上皮细胞需要______蛋白的协助并消耗能量，小肠上皮细胞对葡萄糖的吸收属于______的过程。

（2）小肠上皮细胞中的葡萄糖浓度比血液中的高，葡萄糖由上皮细胞进入血液，驱动该转运过程的动力来自______（葡萄糖浓度差、ATP的分解）。

（3）正常人体的血糖含量为80～120mg/dl,机体长时间运动时，血糖不断被消耗，此时胰岛细胞分泌的______增加，该分泌物可促进机体内的_____分解，使血糖含量维持在正常水平。

（4）当血糖浓度高于180mg/dl时，部分葡萄糖随尿液排出体外。该过程影响肾脏对水的重吸收从而导致_____增多，此时收集尿液并加入班氏试剂，经加热后尿液颜色呈______。

（5）当体内血糖浓度降至50mg/dl时，人会感觉头昏，其原因是_____。

答案：（1）载体主动运输（2）葡萄糖浓度差（3）胰高血糖素肝糖原（4）尿量砖红色（5）脑组织活动所需的能量主要来自血液中葡萄糖的氧化分解，较低的血糖含量不能满足脑组织活动对能量的需要（其他合理答案也可）

此题考查葡萄糖的运输方式，以及血糖的调节。

这道题目引起老师的关注，主要是因为（1）（2）两道题目中涉及到了葡萄糖的运输方式，而这部分内容在新旧教材中的描述是不一样的。

在物质的跨膜运输方式上，高中教材涉及到三种方式，即被动运输（自由扩散、协助扩散）、主动运输、胞吞胞吐。对自由扩散、胞吞胞吐这两种运输方式的描述，新旧教材都是一样的，但对协助扩散和主动运输的描述是有差别的，具体如下：在旧教材中，没有提到协助扩散，但是讲到“主动运输的特点是被选择洗手的物质是从浓度低的一侧，通过细胞膜运输到浓度高的一侧，必须有载体蛋白的协助，需要消耗细胞内新陈代谢所释放的能量”。虽然教材对于主动运输有这样的定义，但是在日常教学中，教师普遍认为只要不是自由扩散就是主动运输，而进行自由扩散的物质很少，所以大部分的小分子和离子的运输都是按照主动运输对待的，协助

扩散的例子仅见于红细胞吸收葡萄糖，其它细胞吸收葡萄糖的方式则是主动运输。

新教材中的描述是这样的：“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……Na+、K+和Ca2+等离子，都不能自由的通过磷脂双分子层，它们从低浓度一侧运输到高浓度一侧，需要载体蛋白的协助，同时还需要消耗细胞内化学反应所释放的能量，这种方式叫主动运输。”

若按照新版教材的理解，结果应是这样的：物质（小分子或离子）出入细胞膜是协助扩散还是主动运输不是取决于分子或离子的性质，而是取决于物质的浓度。氨基酸、葡萄糖和各种离子出入细胞时，若从高浓度的一侧到低浓度的一侧，只需载体，不消耗细胞内释放的能量，都称之为协助扩散；若这些物质从低浓度的一侧到高浓度的一侧，这时既需要载体又需要消耗能量，称之为主动运输。

由此可见，新旧教材对协助扩散和主动运输的描述是不同的。那么事实情况到底是怎么样的？河南郑州的张俊杰老师和北京师范大学生命科学学院细胞生物学博士生导师桑建利老师就这一问题进行了对话，桑建利老师的回答是“新版教材的论述是正确的，旧版的论述显然不对。对于小分子或离子来说，跨细胞质膜运输是采取被动运输还是主动运输取决于物质跨膜的电化学梯度，并不是某种分子一定是主动运输，而某种分子一定是被动运输。”

针对这个问题，汪堃仁主编的《细胞生物学》一书中也有详细的介绍，在87页，书中这样介绍被动运输：“通过自由扩散或者通过促进扩散，物质顺着浓度，由高浓度想低浓度运动，运动的动力来自浓度梯度，不需要由细胞提供代谢能量，这种物质运输的过程称为被动运输。”另外书中还介绍了参与被动运输的几种重要的运输蛋白，其中就有运输糖、氨基酸或金属离子的载体蛋白。在书中的92页，是这样介绍主动运输的：“主动运输与上述的被动运输不同，在主动运输过程中，物质逆着浓度梯度由低浓度想高浓度运输，在此过程中需要提供能量。”书中介绍了在动物细胞中主要有几种通过“泵”的主动运输，如钠钾泵（即Na+—K+—ATP酶）、钙泵（即Ca+—ATP酶）以及钠泵和载体协同运输系统。书中这样介绍葡萄糖的运输“一般认为，动物细胞对葡萄糖和氨基酸的主动运输不直接需要ATP水解的能，而是由于钠泵排出的Na+所产生的电位梯度的作用使物质进入细胞……钠泵需要ATP提供能量不断将Na+泵出细胞外，造成细胞外的Na+高于细胞内，由此产成了电位梯度。Na+与糖分别与载体蛋白的不同位点结合，借电位梯度的力量使Na+与糖相伴进入了膜内侧……一般认为，小肠上皮细胞吸收葡萄糖、果糖、甘露糖、半乳糖以及各种氨基酸，是通过这种途径逆着浓度梯度进行运输的。”

由此可见，桑建利老师的话是很有道理的，新教材的改编使知识更加符合真相，判断葡萄糖、氨基酸等的运输方式必须根据其运输方向，若为逆浓度则是主动运输，若为顺浓度，则为协助扩散。