浅谈物质进出细胞的方式及其应用

（武汉市第四十九中学 湖北武汉 430080）

一、物质进出细胞概述

生物体的发育伴随着细胞的周期性生长和凋零，而细胞的生长和凋零需要与外界环境不断地进行物质交换以满足其正常代谢，因此，进入和离开细胞的物质占据着非常重要的位置。进入和离开细胞的物质通常分为两类：大分子物质和小分子物质。其中，小分子物质进出细胞的方式有：自由扩散、协助扩散以及主动运输；大分子主要通过内吞作用和胞吐作用进入和离开细胞。[1]

二、物质进出细胞的几种方式

1.小分子物质进出细胞的方式

（1）自由扩散

小分子的自由扩散主要取决于物质所处环境的浓度，物质会从高浓度扩散到低浓度。对于细胞，当细胞内浓度大于细胞外浓度时，物质将从细胞内部扩散到细胞外部;相反，当细胞内浓度低于细胞外浓度时，物质从细胞外进入细胞。进行自由扩散的小分子物质主要有氧气，二氧化碳，苯以及水等，这些小分子物质在进行自由扩散时不需要消耗细胞新陈代谢的能量，这种方式属于被动运输。

（2）协助扩散

有很多小分子由于自身的脂溶性问题导致不能进行细胞和外界环境间的无能量消耗的自由扩散，因此，有必要在细胞膜上使用特殊的蛋白质作为载体来协助扩散和进出细胞。这种方法需要一定的能量，因为细胞膜上的蛋白质执行某些任务时需要消耗能量来使小分子物质例如葡萄糖，氨基酸和核苷酸等进行协助扩散，这种运输方式也是被动运输的一种。[2]

（3）主动运输

由于钠、钾、钙等离子小分子物质不能自由地出入细胞膜的磷脂双分子层，它们从低浓度到高浓度时不但需要细胞膜上的载体蛋白，还需要细胞消耗新陈代谢的能量来进行物质的转移。这种进出细胞的方式被称为物质的主动运输。主动运输具有逆向浓度梯度输送的特性，并且必须依赖运输过程中细胞膜上的载体膜蛋白，这是选择性和特异性的。

2.大分子物质进出细胞的方式

大分子不能通过细胞膜进入和离开细胞，因此它们只能通过胞吞作用和胞吐作用转移物质。胞吞作用是指当物质进入细胞时，由于细胞膜具有流动性，相应的细胞膜凹陷，会将附着细胞膜表面的大分子包围并形成从细胞膜脱落并进入细胞内部的囊泡;反之，胞吐作用是指细胞内部将新陈代谢的大分子残余物通过内陷的空胞形成的吞噬体与溶解酶融合之后排除体外。内吞作用和胞吐作用都需要细胞的内部能量被消耗。

三、物质进出细胞的具体应用

1.利用TAT蛋白进行基因治疗

TAT蛋白能够利用细胞胞吞和胞吐的运输方式使外来物质如基因和其他蛋白能够进入细胞。在细胞核中定位基因和其他物质的能力是其他任何介导没有的优点，这使其成为一种非常好的介导，能够运用于基因的治疗。随着生物科技和临床医学的发展，利用细胞物质进出的方式进行基因治疗是一种很值得关注的技术。TAT蛋白通过破坏细胞质膜使外源基因进入细胞，操作简便，不受外界因素如温度的影响，对体内环境具有较强的抗干扰能力。将其用于基因治疗有利于提高患者的康复效率，治疗更加全面，彻底消除致病的根本原因。

2.使用细胞的选择性和渗透性处理污水

由于细胞的细胞膜具有选择性以及渗透性，分子越小，疏水性越好，非极性越强越容易渗透细胞膜，因此污水可以用这种特性来进行处理。固定化细胞技术利用细胞的选择性以及渗透性来处理污水。固定化细胞技术是指使用化学或物理手段来将细胞控制在一定的空间范围内，并且将细胞的生物催化活性保持在一定程度，使得细胞群可以重复和连续的使用。在污水处理中，固定化细胞技术可以提高生物反应器中微生物的浓度和纯度，这种方法能够使菌种保持在高效状态，可以进一步的去除污水中的氮以及其他的有机物和难以降解的物质，达到污水处理的效果和目的。[3]

3.利用细胞膜渗透技术进行血液透析

血液透析是溶质与另一种溶质通过细胞膜交换的过程。细胞膜两侧溶液中的小分子可以通过细胞膜进行交换，而溶质如蛋白质等大分子不能穿过细胞膜。根据膜的平衡原理，水分子从低浓度侧渗透到高浓度侧，最终实现内外平衡。当血液进入透析液时，其代谢产物如尿素可通过透析膜进入透析液。透析液中的有用物质，如葡萄糖等物质会渗透到血液中，这种方法可以除去血液中的代谢残留物，以使血液的酸碱达到平衡。很多临床医疗会利用膜渗透技术来对血液进行透析，使收集到的血液去除杂余物，到达医疗用血的标准。

四、结语

细胞具有强大的功能，其细胞膜的特征决定了不同物质进入和离开细胞的方式。而这些方式又可以被我们加以利用来进行基因治疗、污水处理以及血液透析等，使生物技术和医疗得到进一步发展，让生活得到进一步改善。生物学为人类做出了很多贡献，作为一名高中生，我们也应该学习好生物知识，理解透彻每一个生物理论知识点，并注意了解其相关应用，为推动生物技术的发展而努力。