逆濃度是否需要能量?

General 更新 2024-05-18

為什麼在細胞中順濃度梯度不消耗能量，而逆濃度梯度要消耗能量

因為逆濃度運輸要克服滲透壓差（細胞外液與細胞內液的濃度不同就產生了滲透壓差）所以要耗能

被動運輸和主動運輸的區別為是否消耗能量

主動運輸是指物質逆濃度梯度，在載體的協助下，在能量的作用下運進或運出細胞的過程。Na+、K+和Ca2+等離子，都不能自由地通過磷脂雙分子層，它們從低濃度一側運輸到高濃度一側，需要載體蛋白的協助，同時還需要消耗細胞內化學反應（主要為呼吸作用）所釋放的能量。主動運輸的特點是： ①逆濃度梯度（逆化學梯度）運輸； ②需要能量（由ATP直接供能）或與釋放能量的過程偶聯（協同運輸），並對代謝毒性敏感； ③都有載體蛋白，依賴於膜運輸蛋白； ④具有選擇性和特異性。被動運輸物質在細胞內外濃度不同形成梯度，物質順著梯度由高濃度向低濃度轉運的過程叫被動運輸（passive transport）。自由擴散、協助擴散屬於被動運輸。細胞膜是防止細胞外物質自由進入細胞的屏障，它保證了細胞內環境的相對穩定，使各種生化反應能夠有序運行。但是細胞必須與周圍環境發生信息、物質與能量的交換，才能完成特定的生理功能。因此細胞必須具備一套物質轉運體系，用來獲得所需物質和排出代謝廢物，據估計細胞膜上與物質轉運有關的蛋白佔核基因編碼蛋白的15~30%，細胞用在物質轉運方面的能量達細胞總消耗能量的三分之二。細胞膜上存在兩類主要的轉運蛋白，即：載體蛋白（carrierprotein）和通道蛋白（channelprotein）。載體蛋白又稱做載體（carrier）、通透酶（permease）和轉運器（transporter），能夠與特定溶質結合，通過自身構象的變化，將與它結合的溶質轉移到膜的另一側，載體蛋白有的需要能量驅動，如：各類ATP驅動的離子泵；有的則不需要能量，以自由擴散的方式運輸物質，如：纈氨酶素。通道蛋白與所轉運物質的結合較弱，它能形成親水的通道，當通道打開時能允許特定的溶質通過，所有通道蛋白均以自由擴散的方式運輸溶質。仔細對比下兩者的概念或者是特點，很多東西自己領悟就會的出來的。

主動運輸消耗的一定是細胞化學反應所釋放的能量嗎

高中生物必修一P71頁對於主動運輸的定義如下：從低濃度一側運輸到高濃度一側，需要載體蛋白的協助，同時還需要消耗細胞內化學反應所釋放的能量，這種方式叫做主動運輸。從定義來看，逆濃度梯度運輸似乎是主動運輸的一個必要條件或者是特徵，這也是很多人包括學生心中的認為。我不由得想起一個問題，小腸上皮細胞是主動吸收葡萄糖的，在組織細胞中葡萄糖是通過協助擴散來運輸的，這就給了大家一個問題：剛吃完飯後，小腸中的葡萄糖濃度肯定是大於小腸上皮細胞的，這個時候難道就不會主動運輸了嗎？同一個載體，其蛋白結構一樣，為什麼從低濃度向高濃度運的時候消耗能量，從高濃度向低濃度運輸時突然就改頭換面不消耗能量了？抑或是小腸上皮細胞存在兩種吸收方式，順濃度時用協助擴散，一旦逆濃度了馬上改用主動運輸？我認為，主動運輸的本質在於是否需要載體蛋白和是否需要消耗能量，而不在於濃度差。是否採用主動運輸取決於細胞生命活動的需要，逆濃度不是主動運輸的本質特徵，只不過大部分時候我們所看到的逆濃度運輸都是主動運輸而已。新教材課標解讀這本資料中卻也強調過主動運輸也會順濃度梯度進行，所以大家今後應該改正這麼一種錯誤觀點，即主動運輸一定是逆濃度梯度的，這是不完整的。