四法判断“物质跨膜运输方式”

安徽 王五侠 徐金鹏

活细胞是开放的生命系统，其通过细胞膜与周围环境时刻进行着物质交换。细胞膜是选择透过性膜，物质跨膜运输方式与分子大小、极性、电荷及浓度等均有关系。课堂教学中指导学生快速、准确地判断物质跨膜运输方式是每位生物教师需要思考的问题，在实际教学过程中笔者利用四种方法巧判物质跨膜运输方式，喜获良好教学效果。

一、根据物质名称进行判断

【例1】下列有关物质进出人体细胞的叙述，错误的是 （ ）

A.甘油进入小肠绒毛上皮细胞不需要消耗ATP

B.酒精进入胃腺细胞需要载体蛋白协助

C.细胞外液中O2进入肌细胞是自由扩散

D.浆细胞分泌抗体过程中需依靠膜的流动性

【解析】甘油、酒精和O2进入细胞的方式均是自由扩散，不需消耗能量也不需要载体蛋白协助；浆细胞分泌抗体属于消耗能量的胞吐过程，需依靠细胞膜的流动性完成。

【答案】B

【教学策略】气体分子（如O2、CO2、N2等）和苯为疏水性分子；乙醇、甘油、尿素和脂肪酸为不带电荷的极性小分子，这些物质进出细胞的方式均为自由扩散。关于水的跨膜运输方式，在试题中没有设置特殊背景的情况下，水会从溶质的低浓度一侧（渗透压低）流向高浓度一侧（渗透压高）进行自由扩散；若试题中有信息表明所研究细胞中有水通道蛋白协助水跨膜运输，这时水进入此种细胞的方式为协助扩散。大分子物质（如胰岛素）运出细胞的方式为借助细胞膜流动性的胞吐，颗粒性物质运入细胞的方式为胞吞（如吞噬细胞摄取病毒或细菌）。

教学过程中对于物质运输方式比较固定的物质名称，教师可以通过强调记住物质名称的方式联系其跨膜运输方式。而对于葡萄糖（不带电荷极性分子）、氨基酸（带电荷的极性分子）和各种无机盐离子不能根据名称判断运输方式，需要联系物质具体运输方向及浓度进行判断，避免学生因生搬硬套出现判断失误。

二、根据运输过程图像进行判断

【例2】如图表示某细胞膜，其中A～C表示不同物质，a～e表示物质跨膜运输方式，下列叙述中正确的是（ ）

A.若是人红细胞，葡萄糖进入细胞可用a表示

B.若是酵母菌细胞，水进入细胞可用c表示

C.若是轮藻细胞，K+进入细胞可用b表示

D.若是蛙神经元，Na+运出细胞可用e表示

【解析】葡萄糖进入人红细胞是协助扩散，应用d表示；水进入酵母菌细胞是自由扩散，应用b表示；K+进入轮藻细胞是主动运输，应用a表示；Na+运出蛙神经元是主动运输，应用e表示。

【答案】D

【教学策略】根据物质运输过程图解判断物质跨膜运输方式是此部分内容常考题型，该题型可考查学生综合运用知识解题能力和获取信息解题能力。教学过程中需要先让学生根据糖蛋白的有无判断细胞膜的外侧和内侧，这样可明确图中各种被运输物质的运输方向。判断时需要让学生遵循“三个要点”，即载体、能量和浓度进行综合分析。

教学时要让学生明确小分子物质从高浓度向低浓度运输就是被动运输，从低浓度向高浓度运输就是主动运输；消耗能量的运输包括小分子物质的主动运输和大分子物质的胞吞和胞吐过程，不消耗能量的运输是被动运输过程；需要载体协助的运输是协助扩散和主动运输，不需要载体参与的为小分子物质自由扩散过程或大分子物质胞吞或胞吐过程（胞吞和胞吐过程需要膜上受体蛋白参与）。课堂中可让学生通过列表或者构建概念图的方式比较自由扩散、协助扩散、主动运输、胞吞和胞吐在载体、能量和浓度等方面的异同点，进而让学生从多方面、多角度加强对不同跨膜运输方式的理解和感悟。

三、根据曲线图影响因素进行判断

【例3】某科学家在研究物质运输时发现有下列四种曲线关系。若某物质运输时与曲线②和④相符，最可能是下列哪一过程 （ ）

A. CO2从肝脏细胞进入组织液

B.水进入小麦根毛细胞

C. Na+进入人神经元内

D.小肠上皮细胞吸收氨基酸

【解析】由曲线②和④可知，此物质运输有最大速率，且与氧气浓度有关，应是主动运输方式，CO2和水运输均是自由扩散，Na+进入人神经元是协助扩散，小肠上皮细胞吸收氨基酸是主动运输。

【答案】D

【教学策略】结合物质运输的坐标曲线，根据物质运输速率的变化及影响因素可判断某种物质的具体运输方式。教学过程中在讨论物质跨膜运输速率的影响因素时，可从内部因素（包括载体蛋白种类及数量、能量及浓度差等）和外部因素（如温度和O2等）两方面分析。温度会影响各种分子的运动速率，因此低温会使被转运物质的运动速率降低，实际考题中较少涉及温度与物质运输速率关系的判断。在不考虑温度影响情况下，物质运输速率只受膜内外物质浓度差大小影响的是自由扩散；运输速率受膜内外物质浓度差大小和膜上载体蛋白数量影响的是协助扩散；运输速率受能量和膜上载体蛋白数量影响的是主动运输。

实际课堂教学中教师既要引导学生观察“物质浓度-运输速率曲线图”和“能量（或O2浓度）-物质运输速率图”，分析曲线变化特点及影响因素，更要指导学生自己画曲线图，分析和讨论曲线图，明确不同曲线的差异机理及同一曲线中不同阶段物质运输速率差异的原因，进而让学生理解限制因素的可变性、载体蛋白的专一性和饱和性等特点。

四、根据物质运输方向进行判断

【例4】主动运输消耗的能量可来自ATP或离子电化学梯度等。如图为Na+、葡萄糖进出小肠上皮细胞的示意图。下列关于图中物质跨膜运输过程的分析错误的是（ ）

A.葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞是不需耗能的主动运输

B. Na+从小肠上皮细胞进入组织液是需要消耗ATP的主动运输

C.葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞与Na+从肠腔到小肠上皮细胞相伴随

D. Na+从肠腔到小肠上皮细胞以及葡萄糖从小肠上皮细胞到组织液均为被动运输

【解析】由图可知，葡萄糖从肠腔逆浓度梯度进入小肠上皮细胞，属于主动运输，但不消耗ATP，消耗的能量应来自离子电化学梯度，A项错误；Na+从小肠上皮细胞进入组织液是逆浓度梯度进行的，且需要载体蛋白协助、需要消耗ATP，属于主动运输，B项正确；从图示可看出，葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞与Na+从肠腔到小肠上皮细胞共用一个载体，C项正确；Na+从肠腔进入小肠上皮细胞的方式是协助扩散，葡萄糖从小肠上皮细胞进入组织液的方式也是协助扩散，均为被动运输，D项正确。

【答案】A

【教学策略】氨基酸、葡萄糖及离子（如Na+、K+等）的跨膜运输方式随运输方向的不同而有变化，这也是近年来物质运输方式考查的高频考点和易错点。受旧版教材和一些教辅资料干扰，多数学生甚至部分教师不能准确根据具体方向判断这些物质的运输方式。氨基酸、葡萄糖为极性分子，离子带有电荷，首先明确这三类物质跨膜时不能进行自由扩散，其运输时顺浓度梯度为协助扩散，而逆浓度梯度为主动运输方式，提醒学生这些物质的跨膜运输方式不能只根据物质名称简单判断。对于部分作为神经递质的氨基酸（如甘氨酸、谷氨酸和天冬氨酸等），要让学生知道其由突触前膜通过胞吐方式排出，作用是增加神经递质释放量利于兴奋快速传递。

在课堂教学过程中为加强学生对此部分内容的理解和减少解题失误，教师可从如下几方面进行突破：（1）让学生树立氨基酸、葡萄糖及离子的运输方式随运输方向不同而不同的观点；（2）让学生知道动物细胞内K+浓度高于细胞外，而Na+浓度则低于细胞外的离子分布规律，这对于研究神经纤维上静息电位和动作电位产生的离子基础及运输方式很有帮助；（3）让学生知道物质进行主动运输一定消耗能量，但能量形式可以是水解ATP提供或者由其他离子的电化学梯度提供（如例4中葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞所需能量就是由Na+顺浓度梯度的电化学梯度提供）。给学生分析Na+- K+泵的工作机理及对于维持动物细胞内外一定离子浓度差的意义；（4）葡萄糖进入人成熟红细胞为协助扩散，而饭后葡萄糖从肠腔进入小肠上皮细胞的运输方式也需要视细胞内外浓度而定，当肠腔中葡萄糖浓度高于小肠上皮细胞时葡萄糖进入细胞内为协助扩散，而肠腔中葡萄糖浓度低于小肠上皮细胞时葡萄糖进入细胞内为主动运输，让学生了解细胞膜上运输葡萄糖的载体不止一种，葡萄糖进入细胞的运输方式也不是固定不变的。

“教无定法，贵在得法”，好的教学方法会使课堂轻松高效。随着对物质跨膜运输方式的深入研究，面对试题中对物质跨膜运输方式的多元化、多角度考查，生物教师则要开阔知识视野，洞悉考查角度和命题方向，选择合适的教学方法让学生掌握判断有关物质跨膜运输方式的技巧，更要让学生体会到活细胞面对复杂环境的适应性和调节性。