Na+通道\K+通道\Na+―K+泵的区别与应用

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摘要　简要阐述了细胞膜上na+通道、k+通道、na+―k+泵区别以及在物质运输中的应用。

关键词 Na+通道K+通道 Na+―K+泵

中图分类号Q-49

文献标识码E

物质进出细胞的方式是中学教材中比较抽象的一个知识点，特别是涉及同种物质在不同情况下进出细胞的方式有所不同的情况。典型的例子：在人教版必修一教材《分子与细胞》第71页介绍物质通过主动运输的方式进出细胞时举例：人的红细胞中K+的浓度比血浆高30倍，Na+的浓度却只有血浆的1／6，所以红细胞吸收K+是逆浓度的主动运输；但在人教版必修三教材《稳态与环境》第18页介绍兴奋在神经纤维上的传导时解释为：神经细胞内K+浓度明显高于膜外，而Na+浓度比膜外低。静息时，由于膜具有通透性，造成K+外流，使膜外阳离子浓度高于膜内，这是大多数神经细胞产生和维持静息电位的主要原因。这一进一出的两个过程，学生容易迷糊。同是K+怎么有时逆浓度有时顺浓度运输?两者是否矛盾?两个过程涉及的细胞膜上的结构有什么不同?学生容易将Na+通道、K+通道、Na+――K+泵混淆，为帮助学生理解，特整理以下知识。

1　Na+通道、K+通道、Na+―K+泵的区别

离子通道是细胞膜上一种特殊的亲水性蛋白质结构的微孔道，由蛋白质复合物构成。一种离子通道只允许一种离子通过，并且只有在对特定刺激发生反应时才瞬时开放。离子通道具有两个显著特征：一是具有离子选择性，其方向是从高浓度向低浓度运输。根据离子通道的选择性进而可以分成Na+通道、K+通道(图1)、ca+通道等类型。二是离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节，并通过通道开关应答于适当的信号，如含羞草的闭叶运动，草履虫的快速转向运动都与离子通道有关。Na+―K+泵实际上是一种能分解ATP的酶，即Na+―K+ATP酶复合体(图1)，由2个亚基组成，其上有相应的3个Na+、2个K+、ATP酶结合位点，当ATP水解释放能量时，使Na+―K+泵蛋白质的分子结构发生构象变化，从而将3个Na+从细胞内逆浓度排出，同时将2个K+从细胞外逆浓度运入。

2　离子通道和Na+―K+泵在Na+、K+进出细胞中的应用

多细胞生物的细胞内K+浓度大多高于细胞外液，Na+榷度大多低于细胞外液。所以如血浆中的红细胞吸收K+或者排出Na+不是通过相应的离子通道进行的，而是借助Na+―K+泵中ATP的分解释放的能量将其从低浓度向高浓度运输。由于高浓度的离子具有较高的势能，因此K+有向膜外扩散的趋势，Na+有向膜内扩散的趋势，细胞膜在静息时K+通道打开，所以K+通过K+通道从高浓度向低浓度协助扩散运出细胞。当受到刺激时，相应部位的Na+通道打开，大量Na+借助Na+通道同样协助扩散进入细胞内，具体过程可分为图2中的A、B、C、D四个阶段。然后借助Na+―K+泵的主动运输恢复最初的平衡状态，维持正常时细胞内的K+浓度总是超过细胞外K+度很多，细胞外Na+浓度总是超过细胞内Na+浓度很多。

3　离子通道和Na+―K+泵在葡萄糖进入小肠细胞中的应用

离子通道和Na+―K+泵不仅在Na+、K+进出细胞中起作用，还有些物质有时也借助Na+离子通道和Na+―K+泵的共同作用来进行跨膜运输。例如葡萄糖进入红细胞时是协助扩散，但其进入小肠绒毛上皮细胞时则是主动运输。但此时的主动运输是间接利用能量，又称协同运输。研究发现，小肠绒毛上皮细胞吸收葡萄糖、果糖等时，周围介质中必须有很高浓度的Na+存在，否则葡萄糖等的主动运输不能进行。在发生葡萄糖、果糖等进入细胞的过程中，都伴随有Na+进入细胞。科学家对此作了如下的解释：葡萄糖为例，它的主动运输系统是靠两个组分的共协作。其一是运送物质的载体(Na+离子通道)，它们有两个结合位点分别与葡萄糖和Na+结合，因而运送时二者能同时进入细胞。第二个组分是Na+―K+它靠ATP供能把Na+送到细胞外，并由于Na+―K+泵的作用，使细胞外Na+维持较高的浓度。因而Na+回流细胞内是一个不需要能量的过程。在这个过程中，葡萄糖与Na+共用一个专门载体，与Na+相伴进入细胞内。葡萄糖的运送速度量决定于膜两侧Na+的浓度梯度，当细胞内Na+的度增大时，又通过钠钾泵把Na+泵出从而使Na+始终保持外高内低的浓度梯度。