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细胞主动转运与生命的哲学思考

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细胞主动转运与生命的哲学思考

生命是一个开放的、有序的、自动控制系统，这一系统的维持前提条件是必须不断与外界环境进行物质、能量、信息的交换，以获得系统生命活动所需要的负熵。从生物物理学的观点来看，生命活动不外乎是这三个量的综合运动（吸收、转移、贮存和利用）。细胞的主动转运在生命系统的物质、能量、信息有序的综合运动中起着决定性的作用。

1生物体内主动转运的基本概述

1.1主动转运的基本概念及特点

主动转运是细胞在特殊的蛋白质介导下消耗能量，将物质从低浓度一侧转运到高浓度一侧的过程。主动转运与被动转运的根本区别：对于一个开放的生命系统，主动转运需要从系统外获得能量，通过本身的某种耗能过程，将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。按照热力学定律，溶液中的分子由低浓度区域向高浓度区域移动，就像举起重物或推物体沿斜坡上移，或使电荷逆电场方向移动一样，必须由外部供给能量。在膜的主动转运中，这能量只能由膜或膜所属的细胞来供给，这就是主动的含义。被动转运，其特点是在这样的物质转运过程中，物质分子只能作顺浓度差、即由膜的高浓度一侧向低浓度一侧的净移动，而它所通过的膜并未对该过程提供能量。被动转运时物质移动所需的能量来自高浓度所含的势能，因而不需要另外供能。主动转运的特点：①逆浓度梯度（逆化学梯度）运输；②需要能量（由ATP直接供能）或与释放能量的过程偶联（协同运输），并对代谢毒性敏感；③都有载体蛋白，依赖于膜运输蛋白；④具有选择性和特异性。⑤具有饱和性。⑥具有竞争性。

1.2主动转运的类型及分布

根据供能的方式可将其分为三种类型：ATP—驱动泵、协同运输、光驱动泵。ATP—驱动泵分为P型离子泵，或称P型ATP酶.此类运输泵运输时需要磷酸化，包括Na+-K+泵、Ca2+离泵；Na+-K+泵广泛存在于各种细胞膜上，对细胞生存和活动是极其重要的。其生理意义是保持细胞内外的钠离子、钾离子浓度差，这对许多代谢反应和防止细胞肿胀有重要意义，同时建立了一种势能储备，是可兴奋细胞兴奋的基础。V型泵，或称V型ATP酶，主要位于小泡的膜上，如溶酶体膜中的H+泵，运输时需ATP供能，但不需要磷酸化；F型泵，或称F型ATP酶.这种泵主要存在于细菌质膜、线粒体膜和叶绿体的膜中，它们在能量转换中起重要作用，是氧化磷酸化或光合磷酸化偶联因子。协同运输与ATP—驱动泵不同，葡萄糖和氨基酸的主动运输不直接消耗ATP水解提供的能量，而是借助于Na+-K+泵排出的Na+所产生的电化学梯度使物质进入细胞。除ATP-驱动泵和协同运输外，在一些光合细菌膜上存在H+泵，这种泵由光激活，产生H+的浓度梯度（电化学梯度），驱动物质进入细胞，这种泵称为光驱动泵。泵蛋白是生物主动转运的物质基础，广泛分布于细胞膜、内质网膜、高尔基体膜、核糖体膜、线粒体膜、细胞核膜上。

2主动转运与生命的新陈代谢

新陈代谢是生命的基本特征，它包括物质代谢和能量代谢。能量代谢是指机体的能量的产生、转移、贮存和利用。各种能量物质在机体或细胞内氧化所释放的能，其总量的50%以上迅速转化为热能，不足50%可以作功的自由能以ATP的形式供机体或细胞完成合成代谢（细胞内的化学功）、物质主动转运（转运功）、肌肉收缩（机械功）、神经信息传递（电力功）等基本生理活动。主动转运在能量代谢中举足轻重，各种主动转运的能量来源见表-1，其中，仅Na+-K+泵的转运所耗的能量占代谢所获得的总能量20-30%，由Na+-K+泵活动形成的离子势能贮备，是继发性主动转运（如葡萄糖、氨基酸等营养物质的转运）、细胞生物电的产生及被动转运等生理活动的能量来源。

在物质代谢过程中，细胞需要不断选择性地通过细胞膜主动摄入营养物质（糖、脂类、蛋白质、无机离子等）和排出代谢产物，没有主动转运就没有营养物质的摄入。这类营养物质对生命极为重要：蛋白体的同化与异化和不停地跟外界进行物质、能量、信息的交换是生命存在、发展的基本条件和根本动力。生命过程，就是蛋白体不断自我更新、自我复制、自我调节的过程。糖与脂肪是生命不可缺少的能量物质。无机离子离子是维持机体或细胞新陈代谢必须元素。钠、钾、钙、氯元素在人体内主要以离子状态存在于各种组织和细胞的体液中。在细胞内外，这些离子是不均匀分布的，这种不均匀分布是由主动转运实现的。钠、钾、氯离子对机体或细胞的生理活动起着重要的作用；①维持细胞内外的渗透压；②维持神经、肌肉的正常兴奋性；③维持机体内的酸碱平衡；④参与细胞内糖和蛋白质的代谢。钙在机体各种生理学和生物化学过程中起着重要作用。它能降低毛细血管和细胞膜的通透性，防止渗出，控制炎症和水肿。体内许多酶系

统（ATP酶、琥珀脱氢酶、脂肪酶、蛋白分解酶等）需要钙激活，钙有