协助扩散两种方式的介绍

宋志中

有关物质跨膜运输方式的判断是一种常见的题型，但由于协助扩散既有与自由扩散相同的地方，又有与主动运输相同的地方，因此协助扩散的运输方式有时被当成自由扩散(如神经细胞受刺激时Na⁺通过蛋白通道进入细胞内)，有时又可能被当成主动运输(如葡萄糖进入红细胞)。学生要避免这种错误，需要对协助扩散的特点和方式有更详细的了解，以区分它与自由扩散、主动运输的不同。

1协助扩散的概念

协助扩散(又称易化扩散)是各种极性分子和无机离子，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸以及细胞代谢物等顺浓度梯度或电化学梯度减小的方向的跨膜转运，该过程不消耗细胞代谢产生的能量，但物质在运转的过程中，需要膜结构中一些特殊蛋白质的“帮助”。由此，可以看出：

①转运的物质是从浓度高的一侧到浓度低的一侧；

②物质的转运需要一些特殊蛋白的帮助；

③该过程不需要能量。

事实上，包括协助扩散的被动运转并非与能量转换无关，只是不需要细胞膜或细胞另外提供其他形式的能量，因为被动运转的动力是该物质顺着电化学梯度做跨膜转运时释放的电化学势能。

2协助扩散的物质基础

从生物膜的流动镶嵌模型可以看出：细胞膜主要是由磷脂和蛋白质构成的，其中，磷脂以双分子层的形式构成细胞膜的基本支架，蛋白质分子有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中，有的贯穿于整个磷脂双分子层，并且，大多数蛋白质分子是可以运动的。由协助扩散的概念可以看出，协助扩散需要膜结构中的一些特殊蛋白质的帮助，而膜结构中存在的一些能运动的蛋白质分子为协助扩散提供必要的物质基础。

3协助扩散的类型

根据协助扩散中蛋白质的不同，协助扩散又可以分为以载体为中介的协助扩散和以通道为中介的协助扩散两类。

3.1以载体为中介的协助扩散

所谓载体就是指细胞膜上一类特殊蛋白质，它能在溶质高浓度一侧与溶质发生特异性结合，并且构象发生改变，把溶质转运到低浓度一侧将之释放出来，载体蛋白恢复到原来的构象，又开始新一轮的转运。因此一些必需的营养物质，如葡萄糖、氨基酸等虽不溶于脂质，但在这样一些载体的帮助下，也能进行被动的跨膜转运。这种方式就是以载体为中介的协助扩散，它有以下特点：

①高度的结构特异性，葡萄糖转运子可选择性地结合右旋葡萄糖，而对相对分子量相等的左旋葡萄糖则不能或不易结合；

②饱和现象，这主要是膜中一种载体的数目或每一个载体能与该物质结合的位点数目是相对固定的，因此，被转运的物质超过一定数量时，载体转运能力也就不能再增加了；

③竞争性抑制，如某一载体蛋白对结构类似的两种物质都有转运能力，那么，当加入两种物质时，每一种物质的转运速度都比单独加入一种减少，说明两者可竞争载体蛋白。

3.2以通道为中介的协助扩散

此处所指的通道其实也是一种蛋白质，即通道蛋白。由通道蛋白所介导的协助扩散不需要与溶质分子结合，横跨膜形成亲水通道，允许一些分子和特定的离子以更快的速度通过。这种蛋白通道也有两个显著的特点：①被转运的离子具有选择性，蛋白通道对被转运的离子的大小与电荷具有高度的选择性，而且转运速率高。②通道是门控的，蛋白通道由开或关两种构象所调节：当通道处于开的状态时，可允许特定的离子由高浓度一侧向低浓度一侧移动，当它处于关闭的状态时，该离子就不能通过。多数情况下，通道是处于关闭状态的，只有在它所在的膜两侧出现某种化学信号时才开放，称为化学门控通道。有些则由所在膜两侧电位差的变化决定其开、闭，称为电压门控通道等。