从两道高考题谈主动运输过程中三种转运蛋白的作用机制及功能

张学林

2016年全国理综Ⅰ和江苏卷同时对离子泵及主动运输进行考查。

全国卷Ⅰ选择题第2题：离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是（ ）

A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散

B.离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的

C.动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率

D.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率

江苏卷选择题第6题：右图为一种溶质分子跨膜运输的示意图。下列相关叙述错误的是（ ）

A.载体①逆浓度运输溶质分子

B.载体②具有ATP酶活性

C.载体①和②转运方式不同

D.载体②转运溶质分子的速率比自由扩散快

全国试卷Ⅰ第2题要选对C并不难，但用江苏卷的考生如果没有对离子泵及载体蛋白质有全面了解，则B与C选项极难区分，学生选对B命中率会大大降低。故借此两高考试题，本文将讲述主动运输过程中三种重要载体蛋白的作用机制及功能，以帮助学生增强分析问题的能力。

一、ATP-驱动泵

ATP-驱动泵本身是一种载体蛋白，也是一种ATP酶，能催化ATP水解，由ATP水解提供能量，主动运输转运Na+、K+、Ca+等，典型代表为Na+-K+泵。在动物细胞膜上存在有大量Na+-K+泵，它可以将细胞内Na+泵出细胞外，同时又将细胞外K+泵入细胞内，在泵入泵出的过程中每个ATP分子水解可泵出3个Na+，泵入2个K+，均为逆浓度梯度，又需载体协助，故这一过程为主动运输。

二、协同运输器

动物细胞对葡萄糖和氨基酸等的主动运输，不直接利用ATP水解的能量而是由膜上Na+-K+泵排出的Na+所产生的电化学梯度使物质进入细胞。这一过程由膜上的Na+-K+泵和载体蛋白共同协作完成。Na+-K+泵将Na+泵出细胞外，膜外Na+浓度高于膜内，由此产生电化学梯度，Na+和糖（或氨基酸等）分別与载体蛋白不同位点结合，借电化学梯度使糖（或氨基酸等）相伴逆浓度梯度进入膜内，故这种载体蛋白又称协同运输器。如图a、b所示，江苏卷图中上半部分为协同运输载体①为该协同运输器，需要强调的是协同运输不等于协助扩散，也属于主动运输。协同运输有同向转移和异向转移。如Na+与葡萄糖等相伴同向进入细胞属于同向转移；而Na+与H+等也可相伴异向转移，即伴随Na+进入细胞而将H+等输出细胞。

三、H+-ATP酶泵

对于植物、真菌质膜上没有Na+-K+泵，而有H+泵，H+泵同时也是H+-ATP酶，由H+泵用ATP水解的能量将H+泵出细胞，这样膜外H+高于膜内，由此建立H+电化学梯度，可以将糖和氨基酸等带入细胞内。

另一种H+泵可以将胞内H+泵入溶酶体、液泡等细胞器中。这有助于胞液PH中性和细胞器内PH酸性，酸性环境对许多细胞器行使其功能是必不可少的条件。

在一些光合细菌细胞膜上还具有光激活H+泵，产生H+电化学梯度，驱动溶质进入细胞。如图2-C。

教学中理清知识结构，回归基础理论，就能理解试题中各选项的设置原理。一些问题将会迎刃而解，考试中得分率将大大提高。