Question

试述植物细胞主动和被动吸收矿质元素的机理。

Answer 1

【答案】：植物细胞对矿质元素的吸收可以通过被动吸收和主动吸收两种形式。
①被动吸收不需要消耗代谢能量，通过扩散作用或其他的物理方式进行。有些小分子可以直接透过膜脂双分子层，简单扩散进入细胞，其动力是膜内外化学势差。而很多分子不能直接透过膜脂双分子层，其扩散需要转运蛋白的协助，这就是协助扩散。协助扩散是小分子物质经膜转运蛋白顺电化学势梯度的跨膜转运。膜转运蛋白有通道蛋白和载体蛋白两类，它们是存在于细胞膜上的一类内在蛋白。由通道蛋白构成的圆形孔道，离子顺着跨质膜的电化学势梯度被动进入细胞。载体蛋白通过构象变化转运物质。载体蛋白包括单向载体、同向载体和反向载体3种，其中单向载体能催化分子或离子顺着电化学势梯度、被动的单向转运。
②主动吸收是利用代谢能量逆浓度梯度吸收矿质元素的过程。主动吸收需要载体蛋白的参与。同向运输载体指被转运的物质与H⁺同向跨过膜，即在与H⁺结合的同时又与另一分子或离子(如Cl^-、NO^3-、氨基酸、蔗糖等)结合，同一方向跨过膜运输，也称为共向转运。反向运输载体是在与H⁺结合后再与其他分子或离子(如Na⁺)结合，两者向相反的方向运输，这种运输称为反向转运。绝大多数溶质是通过“共转运”(包括共向转运和反向转运)机制主动转运的，只有极少数的溶质可以直接利用ATP释放的能量主动转运，如H⁺、Ca²⁺可以通过离子泵(质子泵和钙泵)跨过质膜。质子泵运输理论认为，细胞对离子的吸收和运输是由质膜上的生电质子泵(也称为H⁺-ATP酶)推动的。质子泵是一种利用能量逆化学梯度转运H⁺的过程，是初级主动运输，由初级主动运输建立的跨膜电化学势梯度，又促进了细胞对其他矿质元素的吸收，即次级主动运输。