1、水分子通过细胞膜运输方式的探讨河北省永年县第二中学 （057151） 李富仓摘要：通过分析教材，探讨水分子通过细胞膜时的运输方式是自由扩散还是协助扩散。关键词：水分子 运输方式 在“第 3 节 物质跨膜运输的方式”的教学过程中，对水分子通过细胞膜时的运输方式是自由扩散还是协助扩散，老师们有着各自不同的见解，现将问题讨论如下：观点 1：认为水分子通过细胞膜的方式为自由扩散理由是：在新课标（人教版）中有这样的叙述“水分子进出细胞取决于细胞内外溶液的浓度差。氧和二氧化碳也是如此。这些物质的分子很小，很容易自由地通过细胞膜的磷脂双分子层。像这样，物质通过简单的扩散作用进出细胞，叫做自由扩散。 ”并且在
2、教材的“问题探讨”中水分子和氧气、二氧化碳、氮气、苯、甘油、酒精等可以通过合成的脂双层。因此，认为水分子通过细胞膜的方式应该为自由扩散。例题 1.浸入 1mol/LKNO3 溶液中的洋葱表皮细胞，会产生质壁分离和质壁分离自动复原的现象。在此过程中，物质进出细胞的方式先后有（ ）A.自由扩散、主动运输B.自由扩散、主动运输、自由扩散C.主动运输、自由扩散D.自由扩散、协助扩散、自由扩散答案：B观点 2：认为水分子通过细胞膜的方式为协助扩散理由是：在新课标图 47 自由扩散和协助扩散示意图中显示，自由扩散和协助扩散的区别点是是否需要通过蛋白质的协助。并且在下面的“思考与讨论”中的问题“2.自由扩散
3、和协助扩散有什么异同？”答案是：自由扩散和协助扩散的共同之处是都不需要细胞消耗能量。不同之处是前者不需要蛋白质的协助，后者必须有蛋白质的协助才能实现。而水分子在通过细胞膜时，需要通过水通道蛋白的协助才能进出细胞，因此水分子通过细胞膜的方式应该为协助扩散。 本人的观点是：水分子通过细胞膜的方式为协助扩散较为合适。自由扩散、协助扩散和主动运输的主要区别点如下：通过上述三种方式的比较可知，自由扩散和协助扩散的主要区别点是：是否需要载体蛋白的协助。水分子通过细胞膜时，需要的虽然不是载体蛋白的协助，而是通道蛋白协助，但都是相关蛋白质的协助。水分子虽然和氧气、二氧化碳等其他小分子一样很容易扩散通过细胞膜的
4、磷脂双分子层，但它们有着本质的不同，氧气、 、二氧化碳等其他小分子通过细胞膜时不需任何物质的协助，只取决于膜两侧的物质浓度差，而水分子进出细胞不仅取决于细胞内外溶液的浓度差，同时也需要细胞膜上的通道蛋白的协助。通道蛋白是在细胞膜上形成的特定孔道，并且这种孔道的开关是可调控的。载体蛋白位于细胞膜上，它能与特定的分子或离子结合，将这些分子或离子从膜的一侧转运到另一侧。载体蛋白具有高度的特异性，一种载体蛋白通常只能转运一类分子或离子。通道蛋白与载体蛋白虽然在细胞膜上的结构方式不同，但都有一定的特异性，通过通道蛋白进入和通过载体蛋白进入都是通过了蛋白质的协助，划分为协助扩散较为合适。如果水分子通过水通
5、道蛋白进入作为自由扩散，还有很多离子通过细胞膜的离子通道进出细胞是否也都认为是自由扩散呢？在有些练习中（比如例题 1）把水分子通过细胞膜的方式作为自由扩散，因为这些练习出现比较早，在人们发现水通道蛋白之前一直认为水分子通过细胞的方式是自由扩散的，现在的练习中大都回避水分子的运输方式。另外，在新课标（人教版） “第 3 节物质跨膜运输的方式”的“问题探讨”中水分子是否可以通过人工合成的脂双层这个问题也值得商榷，因为在科学实验证实水分子并不能直接通过人工合成的磷脂双分子层。综上所述，我们认为水分子通过细胞膜的方式属于协助扩散较为合适。例题 1.（2008.广东）甲、乙两种物质分别依赖自由扩散（简单
6、扩散）和协助扩散进入细胞，如果以人工合成的无蛋白磷脂双分子膜代替细胞膜，并维持其他条件不变，则（ ）A.甲运输被促进 B.乙运输被促进C.甲运输被抑制 D.乙运输被抑制答案：D例题 2.实验表明，K +不能通过磷脂双分子层的人工膜，但如果在人工膜中加入少量氨霉素（含 12 个氨基酸的脂溶性抗生素）时，K +则可以通过膜从高浓度移向低浓度。这种物质通过膜的方式是（ ）A.自由扩散 B.协助扩散C.主动运输 D.胞吞作用答案：B例题 3.若某细胞的经过某种物质的处理后，细胞膜仅具有自由扩散的运输方式，则处理该细胞的物质最可能是（ ）A.淀粉酶 B.蛋白酶 C.脂肪酶 D.生长素答案：B例题 4.美
7、国科学家阿格雷和麦金农分享了 2003 年诺贝尔化学奖，他的研究成果是发现了细胞膜上专门供水分子进出的通道。完成水通道科学研究过程如下：（1）观察：科学家发现水分子能通过细胞膜。（2）问题： （3）假设：细胞膜上的某种蛋白质就是水通道。（4）实验：实验材料及仪器：a.分离某种纯化并被同位素标记的某种蛋白质；b.含被同位素标记蛋白质的细胞；c. 磷脂双分子层构成的内含一定浓度水溶液的球状体（其膜结构能与加入的蛋白质结合） ；d.蒸馏水；e.显微镜等实验方法及观察记录：A.将 b 放在 d 中，观察细胞形态变化。B.将 c 放在 d 中，观察球状体形态变化。C. (5) 甲同学的实验设计方案只有 A、B 步骤，请指出这种设计的不足之处 （6）A、B、C 中出现怎样的实验现象将支持本实验的假设 （7）请根据实验结论解释为什么低温条件下植物种子难以萌发 参考答案：（2）水究竟是怎样通过细胞膜的？（4）C.将 a 放入 c 中，再放入 d 中，观察新的球状体的形态变化。（5）这种设计无法确认水分子是通过某种蛋白质进入细胞的，因为它不能排除操作过程中的其他实验条件对实验结果的影响。（6）A 中细胞膨胀（体积变大） ，B 中球状体形态不变，C 中新构建的球状体膨胀（体积变大） 。（7）低温降低蛋白质的活性，低温下种子细胞膜上的水通道蛋白活性低，细胞中自由水少，新陈代谢减弱。
