浅析物质出入细胞的影响因素

秦四哥

活细胞每时每刻都在与其周围环境进行物质交换，它们所需要的物质不仅种类繁多、性质各异，且大多数是不溶于脂质的。而构成细胞膜的基本支架是磷脂双分子层，能够直接穿过脂质层出人细胞的物质极少，大多数物质的分子或离子进出细胞与细胞膜的结构、特性及其他因素有关。

1物质浓度的影响

通过自由扩散和协助扩散出人细胞的物质，主要受细胞膜内外溶质分子或离子浓度差的影响，尤其是自由扩散，只要两边浓度不一样就会从高浓度一边向低浓度一边扩散。例如，O2、CO2、甘油和乙醇等物质。对协助扩散来说，除了物质浓度的影响外，还有膜对被运输物质通过膜阻力的影响，例如同醇类激素。

2载体、通道和离子泵的影响

细胞膜上不同种类的蛋白质的通透性各异，而不同的分子或离子直径大小不同，性质也不同，所以细胞允许它们通透的情况是不一样的，载体、通道、离子泵主要影响协助扩散和主动运输，尤其是主动运输。

2.1载体蛋白质的作用

载体蛋白又称为载体。能够与特异性物质结合，通过自身构象的变化，将与它结合的物质转移到膜的另一侧。协助扩散和主动运输都必需载体蛋白质来运载物质。载体的功能与其本身的结构有很大的关系。

2.1.1有高度的特异性

即载体上有结合位点，只能与某一种物质进行暂时、可逆的结合或分离。而且，一个特定的载体只运载一种类型的化学物质，甚至一种分子或离子。例如，在同样浓度差的情况下，右旋葡萄糖的跨膜通量大大超过左旋葡萄糖，木糖则几乎不能被载运。

2.1.2有饱和现象

易化扩散一般与膜两侧被转运物质的浓度差成正比，但这只是当膜两侧浓度差较小时如此。如果膜一侧的浓度增加超过一定限度时，再增加底物浓度并不能使转运通量增加。其合理解释是:膜结构中与该物质易化扩散有关的载体蛋白质分子的数目或每一载体分子上能与该物质结合的位点的数目是同定的，于是出现了饱和，不能使载运量随底物浓度增加而无限增加。

2.1.3有竞争抑制性

两种物质的结构如果相似，它们会竞相与载体结合，甲多结合一个，乙就少结合一个。例如在机体内，锌与铜存在一定的量比关系，两者在吸收转运过程中可发生竞争性抑制。有学者通过动物实验证实，绝对或相对铜缺乏均可引起血清胆同醇、甘油三酯浓度升高，而绝对或相对锌缺乏则主要引起高密度脂蛋白胆同醇浓度下降,造成外周组织胆同醇清除障碍，而适当补锌可使高密度脂蛋白恢复正常。大剂量补锌时，由于竞争性抑制作用而使血清铜明显降低。

2.2通道蛋白的作用

通道蛋白是肽链因折叠而形成的球形蛋白质分子，球体表面具有疏水性，与周围脂质相吸引，结合紧密。通道蛋白能形成亲水的通道，当通道打开时能允许特定大小的溶质通过，特异性不如载体蛋白强。

2.3离子泵的作用

离子泵是膜运输蛋白之一，也看作一类特殊的载体蛋白，能驱使特定的离子逆电化学势梯度穿过质膜，同时消耗ATP形成的能量，属于主动运输。其中，钠-钾离子泵普遍存在于动、植物细胞质膜上，它有大小两个亚基，大亚基催化ATP水解；小亚基是一个糖蛋白。大亚基以亲Na+态结合Na+后，触发水解ATP。每水解一个ATP释放的能量输送3个Na+到胞外，同时摄取2个K+入胞，造成跨膜梯度和电位差，如此造成膜内高K+、膜外高Na+状态。膜内高K+，膜外高Na+、离子跨膜梯度以及电位差都有可能激活和启动离子泵。

3能量的影响

3.1势能的作用

以分子本身势能为动力转运的物质多见于自由扩散和协自由扩散。有人说“自由扩散和协助扩散是不消耗能量的”。其实不然，根据运动学原理，溶液中的一切分子或离子都处在不断热运动之中，即分子本身存在势能。势能大小主要决定于溶液浓度，平常所说的不消耗能量只是指分子势能以外的能量，正如物体从高处自由下落一样，能量来源于物体所具有的势能,而不需要施加外力。

3.2 ATP泵的作用

离子泵可以直接消耗ATP完成主动运转。以钠泵为例，它能把细胞代谢所获得的能量的20%~30%用于钠泵的运转，多见于一些非离子性物质。如葡萄糖、氨基酸等营养物质的吸收。还有研究发现，这些过程的进行常伴有Na+的进入，没有Na+由高浓度膜外进入膜内，就不会出现葡萄糖逆浓度梯度进人膜内，即使运载的载体很多。此过程所需能量不是ATP的分解，而是来自膜内外Na+的势能差，但造成这种势能差的钠泵活动是要分解ATP的，即能量间接来自ATP。

3.3电势能的作用

细胞膜在安静状态时，膜两侧存在一定的电位差，这种电位差一般能维持平衡状态。而离子泵、载体等的活动会造成膜内、外离子的分布不均，从而打破原有的平衡，造成膜对某些离子通透性改变，使离子大量出入细胞以恢复原有的平衡状态。

总之，物质出入细胞是一种极其复杂的生理活动,是在多种因素共同作用下完成的。

——张宝元.浅析物质出入细胞的影响因素.生物学教学.2011年第7期