问答题 论述植物细胞膜转运蛋白对矿质元素的转运机理。
【正确答案】细胞膜上离子运输蛋白包括通道蛋白、载体蛋白、离子泵。
离子通道是细胞膜上由通道蛋白形成的跨膜孔道结构,控制离子通过细胞膜。离子通道对离子运输有选择性,顺电化学势梯度进行,不消耗代谢能量,是一种被动的、单方向跨膜运输。属于简单扩散。
离子载体是一类跨膜运输的内在蛋白,在跨膜区域不形成明显的孔道结构。载体蛋白的活性部分选择地与质膜一侧的离子或溶质结合,载体蛋白的构象发生变化,将离子或溶质自膜的一侧运至另一侧。这种离子跨膜运输方式属于易化扩散。载体蛋白可分为3种类型:单向转运体、同向共转运体和反向共转运体。单向转运体催化分子或离子单向跨膜运输。质膜上已知的单向转运体有Fe2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+等载体。同向共转运体是转运体与质膜外侧的H+结合的同时,又与另一个分子或离子结合,同向运输。反向共转运体是转运体与质膜外侧的H+结合的同时,又与质膜内侧的分子或离子结合,两者朝相反方向运输。
离子泵也是膜内在蛋白,运输过程需要消耗代谢能量,能量来源于水解ATP,被运送的离子是逆电化学势梯度进行的。植物细胞质膜上的离子泵主要有H+-ATPase(质子泵)和C2+-ATPase(钙泵)。
根据离子跨膜运输是否消耗能量和运输离子的方向可将离子跨膜运输机制分为被动运输和主动运输。
被动运输是指离子的跨膜运输不消耗代谢能量,而且离子的运输方向是顺电化学势梯度进行的。离子通过离子通道的跨膜运输就是被动运输过程。
主动运输需要消耗代谢能量,被运送的离子的方向是逆电化学势梯度进行的。离子通过离子泵的跨膜运输就是主动运输过程。主动运输又可分为初始主动运输和次级主动运输,由H+-ATPase运送质子的过程是初始主动运输,由H+-ATPase活动所建立的跨膜质子电化学势梯度所驱动的其他离子的跨膜运输过程是次级主动运输。次级主动运输是一种共运输过程,共运输包括同向共运输和反向共运输。
离子通过离子载体的运输可以是主动运输,也可以是被动运输。运输的离子顺电化学势梯度进行的跨膜运输为被动运输,运输的离子逆电化学势梯度进行的跨膜运输为主动运输。
【答案解析】