葡萄糖与氨基酸的跨膜转运机制物质的跨膜运输是高考的一个高频考点，统计发现：近5年在新课标全国卷中出 现的频率为0.8，刚好最近正在指导学生的“物质跨膜方式”的相关复习，感觉 学生对这方面的理解没有一个很好的逻辑，判断跨膜输运方式纯粹靠背诵记忆， 非常机械，不能站在生命系统的范围去理解，缺乏生命观念和科学思维为了让 学生在复习后对跨膜运输有个清晰的认识和理解，彻底突破瓶颈，备课时我特意 查阅了一些知网上的文献先说一下我的总体思路：生物膜的成分一一生物膜的结构（流动镶嵌模型）一一物质的跨膜运输一、举例分析：① 氧气、二氧化碳、氮气、水、乙醇（共性：比磷脂分子的缝隙小，自由穿过）② 苯、 甘油（共性：脂溶性，与磷脂互溶，也自由穿过）③ 氨基酸、葡萄糖、核苷酸（较大（比缝隙大）：需借助蛋白质）④ 钠离子、钾离子（离子很小，但溶液中水合离子较大（比缝隙大）：需借助蛋 白质）⑤ 大分子物质（大过膜蛋白：需借助囊泡）二、 归纳：1. 很小的分子和脂溶性物质：自由扩散比如①②2. 不大不小的：借助蛋白质（载体蛋白和通道蛋白），比如③④3. 很大很大的：借助囊泡（胞吞和胞吐），比如⑤提示：水分子跨膜运输的方式：自由扩散和水通道蛋白介导的协助扩散（做题时， 如题干没有信息提示，一般认为水分子跨膜运输的方式是自由扩散）。
三、 摆事实（资料）小肠上皮细胞靠近肠腔一端的细胞膜呈“刷”状，这大大增加了细胞膜的表面 积，有人经过计算，发现小肠的吸收面积如果全部展开，足有400平方米之大 这么大的吸收面积，足以导致食物分解后在局部形成的葡萄糖浓度比小肠上皮细 胞中的要低还有肾小管上皮细胞对葡萄糖的重吸收也是如此方式：主动运 输）由于主动运输的原因，小肠上皮细胞的葡萄糖浓度明显大于组织液中的葡萄糖浓度方式：协助扩散） 葡萄糖是体内的主要供能物质，通过在细胞内氧化磷酸化生成ATP供组织细胞利 用因此，全身的组织细胞均具有摄取葡萄糖的能力由于摄取进细胞内的葡萄 糖马上被氧化磷酸化成6-磷酸葡萄糖，使细胞内的葡萄糖浓度要低于血糖浓度， 因此葡萄糖被细胞摄取是顺浓度差的过程方式：协助扩散）提示：氨基酸和葡萄糖的跨膜运输类似四、得结论葡萄糖的跨膜转运实例告诉我们：生命现象的复杂性远远超过课本的描述，物质 进出细胞的方式是很复杂的，要具体问题具体分析水分子的跨膜也要如此，具体问题具体分析，若有水通道蛋白介导就是协助扩散， 若没有通道蛋白介导就是自由扩散离子进出细胞的方式也是很复杂的，有主动运输也有协助扩散例如，神经细胞 “膜内K+浓度高，膜外Na+浓度高”这一状态是靠钠钾泵主动运输实现和维持的，但神经细胞静息时K+外流方式以及兴奋时Na+内流方式却是协助扩散。
还有 由离子通道蛋白介导的也是协助扩散结论：生命活动是复杂的，也是多样的某种物质的跨膜方式不是绝对，要具体 问题具体分析，关键看环境：是顺浓度还是逆浓度发生最后附上我在知网上找的一篇重要文章：葡萄糖 与氨基酸的跨膜转运机制腾旭，徐国恒（北京大学医学部生理系北京100083）1葡萄糖的跨膜转运机制葡萄糖是体内最主要的供能物质，因其为极性物质，不能自由通过细胞膜，故其 跨膜转运需由细胞膜上特殊的蛋白质（载体）协助但在机体内的不同部位，其转 运机制有所不同，下面分别介绍机体内不同部位葡萄糖的跨膜转运机制1.1葡萄糖的吸收一一在消化道的跨膜转运机制葡萄糖主要在小肠上部吸收，回肠也具有吸收葡萄糖的能力，但通常只是作为葡 萄糖吸收的储备葡萄糖的吸收可以人为分为2个步骤：首先是小肠腔内的葡萄 糖通过纹状缘转运到小肠上皮细胞内.随后再通过基底膜一侧膜由上皮细胞内转 运至细胞间隙，通过毛细血管吸收（图1）小肠腔 小肠上皮细胞infil管Na，葡萄糖 ”图1 荀萄糖在小肠的吸收过程SCLT 1浏2葡匐格协同转运载体1 ；GLLT 2：匍萄糖转运载体21.1.1纹状缘的Na+/葡萄糖协同转运载体葡萄糖由小肠腔转运到上皮细胞的过程需要一种称为Na+/葡萄糖协同转运载体 (Na+/glucosecotransporter, SGLT)的参与。
SGLT目前发现有6种亚型，分别 命名为SGLTI-6,分布于小肠参与葡萄糖吸收的是SGLTl这种载体最早发现于 20世纪80年代初期，是存在于小肠上皮细胞纹状缘的一种膜蛋A，Wright等在 1990年前后从家兔小肠上皮细胞的cDNA文库中筛选克隆出该蛋白，分子量约为 73x10s，含有662个氨基酸残基，命名为SGLTl该载体具有同向转运Na+和葡 萄糖的能力，能够同时结合小肠腔内的2分子Na+和1分子葡萄糖，并将其转运 至小肠上皮细胞内(图2)图2 SGLT 1转运葡萄糖模式图1 :结台点面向细胞外的SCLT ］ ；2：SGLT ］于细胞外2个MT 结合结合了 2个Nk的SGLT 1在与细胞外1分子葡萄糖 结台；4：SGLT 1通过构象改变将和葡萄糖转运至细胞内. 面筒糖与SGLT 1分离；5；而，目SGLT !分离；6；结合点面向 细胞内的SGLT 2A：当细胞胞外不存在僚萄糖UtSGIT i仅转运N］进入细媵内：B：当细胞外存在葡箭糖时，SGLT 1同时转运Nb和葡萄概进入 细胞内由于消化液的稀释作用，进餐一段时间后，肠腔内的葡萄糖浓度能够降低至 2mmol/L，低于小肠上皮细胞内葡萄糖浓度。
故葡萄糖由小肠腔转运至上皮细胞 内为逆浓度差转运，需要有额外的能量用于克服浓度差，此能量来源于Na+顺浓 度差转运时提供的浓度势能小肠腔内Na+的浓度约为142mmol/L，而小肠上皮 细胞内的Na+浓度仅为50mmol/L，因此当Na+从小肠腔顺浓度差向小肠上皮细胞 内转运时，释放出其储备的浓度势能，此能量供给葡萄糖的逆浓度差转运而小 肠上皮细胞内低Na+环境的维持依赖于上皮细胞基底膜一侧膜钠泵的活动，钠泵 通过分解三磷酸腺苷(ATP)提供能量逆浓度差转运Na+，维持细胞内的低Na+环 境钠泵每分解1分子ATP能够将3分子Na+逆浓度差转运至细胞外，同时将2 分子K+逆浓度差转运至细胞内因此，葡萄糖通过纹状缘时，SGLTl虽然不分解 ATP，但其转运动力来源于钠泵分解ATP所形成的细胞内外Na+浓度势能储备， 故葡萄糖在纹状缘的转运仍然是需要消耗ATP的，属于继发性主动转运1.1.2基底膜-侧膜的葡萄糖转运载体葡萄糖由小肠上皮细胞内转运至细胞间隙需要葡萄糖转运载体 2(glucosetransporter，GLUT2)的协助(图 3)GLUT2 是 Thorens 等 1988 年筛选 克隆出的一种膜蛋白，分子量为61x10，定位于小肠上皮细胞的基底膜一侧 膜.此外，GLUT2还表达于肝脏、胰岛细胞和肾小管。
GLUT2转运葡萄糖不需要 Na+的参与其特异性较低，除转运葡萄糖外，还能够转运半乳糖、果糖等随着小肠腔内的葡萄糖不断转运至小肠上皮细胞内，细胞内的葡萄糖浓度不断升 高，当细胞内葡萄糖浓度超过血糖浓度后，其在基底膜一侧膜GLUT2的协助下由 小肠上皮细胞内顺浓度差转运至细胞间隙，随后通过毛细血管壁进入血液循环被 吸收因此，葡萄糖通过基底膜一侧膜时所需的能量来源于自身的浓度势能，不 需要额外消耗ATP，属于载体介导的易化扩散1.2葡萄糖的重吸收一一在肾小管的跨膜转运机制葡萄糖只在近端肾小管重吸收，其吸收机制类似于葡萄糖在消化道的吸收，只是 参与的载体亚型有所不同葡萄糖在近端肾小管的重吸收过程也可以人为地分为 2个步骤，首先是肾小管内的葡萄糖通过刷状缘进入肾小管上皮细胞内，随后肾 小管上皮细胞内的葡萄糖通过基底膜一侧膜转运至细胞间隙，通过肾小管周围毛 细血管吸收葡萄糖通过近端肾小管刷状缘的机制与通过小肠上皮细胞纹状缘的机制相同，同 样是与Na+协同地继发性主动转运由于基底膜一侧膜上钠泵的活动导致肾小管 上皮细胞内的低Na+环境，Na+由小管腔内向肾小管上皮细胞内顺浓度差转运时 所释放的浓度势能，供给葡萄糖逆浓度差由小管腔进入肾小管上皮细胞。
参与此 过程的转运载体是SGLT6种亚型中的SGLT1和SGLT2,其中以低亲和力但高转运 效率的SGLT2为主此外，也有研究者认为SGLT3可能参与肾小管刷状缘的葡萄 糖跨膜转运进入肾小管上皮细胞的葡萄糖通过基底膜一侧膜进入细胞间隙的机制是载体介 导的异化扩散，肾小管上皮细胞内的葡萄糖顺浓度梯度在转运载体的协助下转运 至细胞间隙参与此过程的转运载体是GLUT 1和GLUT21.3葡萄糖的摄取利用一一在其他组织细胞的跨膜转运机制 葡萄糖是体内的主要供能物质，通过在细胞内氧化磷酸化生成ATP供组织细胞利 用因此，全身的组织细胞均具有摄取葡萄糖的能力由于摄取进细胞内的葡萄 糖不断地被氧化磷酸化，使细胞内的葡萄糖浓度要低于血糖浓度，因此葡萄糖被 细胞摄取是顺浓度差的过程，不需要额外消耗能量，其机制为载体介导的异化扩 散，参与此过程的转运载体为GLUT需要注意的是，GLUT转运葡萄糖是双向性 的，既可以将葡萄糖转运至细胞内，也可以将细胞内的葡萄糖转运出来，其方向 取决于细胞内外的葡萄糖浓度，即GLUT始终是顺浓度差转运葡萄糖GLUT目前共发现14个亚型，分别命名为GLUT1〜14，根据各亚型的结构和功能 特点，将其分为3个亚家族。
其中，GLUT 1是最早发现的葡萄糖转运载体，几乎 分布于全身各组织细胞在红细胞膜和脑血管内皮细胞内表达水平最高，是机体 组织细胞摄取葡萄糖最主要的转运载体除GLUT 1外，其他GLUT的亚型分布均 具有组织特异性，例如GLUT4 只分布于胰岛素敏感组织（心脏、骨骼肌和脂肪组 织）胰岛素能够刺激GLUT4由细胞内转位至细胞膜，使细胞摄取葡萄糖的能力 迅速提高10〜20倍，因此，GLUT4可能成为糖尿病的治疗靶点，是目前的研究 热点之一需要注意的是，并不是每个GLUT的亚型都参与葡萄糖的跨膜转运， 例如，GLUT5分布于小肠，但没有转运葡萄糖的能力，而是参与果糖的跨膜转运， 可能与果糖在小肠的吸收有关2氨基酸的跨膜转运机制氨基酸与葡萄糖均属于机体内重要的小分子极性物质，同样不能自由通过细胞 膜，需要细胞膜上相应的转运蛋白的协助其转运机制与葡萄糖相似，也包括与 Na+协同地继发性主动转运和载体介导的易化扩散2种机制其中，与Na+协同 地继发性主动转运主要参与氨基酸在小肠纹状缘和肾小管刷状缘的转运；载体介 导的易化扩散主要参与全身组织细胞对氨基酸的摄取利用，以及小肠上皮细胞内 和肾小管上皮细胞内的氨基酸向细胞间隙的转运。
目前已经发现的氨基酸转运载体有数10种之多，根据其转运氨基酸种类的不同， 可以分为三大类：中性氨基酸转运载体、碱性氨基酸转运载体和酸性氨基酸转运 载体再根据载体转运是否依赖于Na+，每大类载体又可以分为Na+依赖的和非 Na+依赖的2类每类中的氨基酸转运载体又可以根据其结构的不同进一步细分 为不同的型和亚型例如，Na+依赖的中性氨基酸转运载体就包括A、ASC、N、BETA、 Gly等不同的氨基酸转运载体，即便是同一类的转运载体，其转运的氨基酸种 类和范围也并不相同，例如，氨基酸转运载体A和Gly同属于中性氨基酸转运载 体，载体A能够广泛转运全部中性氨基酸，而载体Gly仅能够转运甘氨酸此外， 有的氨基酸转运载体能够同时转运2类或以上的氨基酸，例如，载体B0+能够同 时转运中性氨基酸和碱性氨基酸需要注意的是虽然氨基酸转运载体的种类繁 多，但其大多来自于细胞和分子水平的研究，仍需在整体水平进行进一步的研究， 以了解其生理学意义主要参考文献1姚泰.人体生理学（第3版）.北京：人民卫生出版社 2001我的 08:56:59。