（武漢市第四十九中學(xué) 湖北武漢 430080）

一、物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞概述

生物體的發(fā)育伴隨著細(xì)胞的周期性生長和凋零，而細(xì)胞的生長和凋零需要與外界環(huán)境不斷地進(jìn)行物質(zhì)交換以滿足其正常代謝，因此，進(jìn)入和離開細(xì)胞的物質(zhì)占據(jù)著非常重要的位置。進(jìn)入和離開細(xì)胞的物質(zhì)通常分為兩類：大分子物質(zhì)和小分子物質(zhì)。其中，小分子物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式有：自由擴(kuò)散、協(xié)助擴(kuò)散以及主動(dòng)運(yùn)輸；大分子主要通過內(nèi)吞作用和胞吐作用進(jìn)入和離開細(xì)胞。[1]

二、物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的幾種方式

1.小分子物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式

（1）自由擴(kuò)散

小分子的自由擴(kuò)散主要取決于物質(zhì)所處環(huán)境的濃度，物質(zhì)會(huì)從高濃度擴(kuò)散到低濃度。對(duì)于細(xì)胞，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)濃度大于細(xì)胞外濃度時(shí)，物質(zhì)將從細(xì)胞內(nèi)部擴(kuò)散到細(xì)胞外部;相反，當(dāng)細(xì)胞內(nèi)濃度低于細(xì)胞外濃度時(shí)，物質(zhì)從細(xì)胞外進(jìn)入細(xì)胞。進(jìn)行自由擴(kuò)散的小分子物質(zhì)主要有氧氣，二氧化碳，苯以及水等，這些小分子物質(zhì)在進(jìn)行自由擴(kuò)散時(shí)不需要消耗細(xì)胞新陳代謝的能量，這種方式屬于被動(dòng)運(yùn)輸。

（2）協(xié)助擴(kuò)散

有很多小分子由于自身的脂溶性問題導(dǎo)致不能進(jìn)行細(xì)胞和外界環(huán)境間的無能量消耗的自由擴(kuò)散，因此，有必要在細(xì)胞膜上使用特殊的蛋白質(zhì)作為載體來協(xié)助擴(kuò)散和進(jìn)出細(xì)胞。這種方法需要一定的能量，因?yàn)榧?xì)胞膜上的蛋白質(zhì)執(zhí)行某些任務(wù)時(shí)需要消耗能量來使小分子物質(zhì)例如葡萄糖，氨基酸和核苷酸等進(jìn)行協(xié)助擴(kuò)散，這種運(yùn)輸方式也是被動(dòng)運(yùn)輸?shù)囊环N。[2]

（3）主動(dòng)運(yùn)輸

由于鈉、鉀、鈣等離子小分子物質(zhì)不能自由地出入細(xì)胞膜的磷脂雙分子層，它們從低濃度到高濃度時(shí)不但需要細(xì)胞膜上的載體蛋白，還需要細(xì)胞消耗新陳代謝的能量來進(jìn)行物質(zhì)的轉(zhuǎn)移。這種進(jìn)出細(xì)胞的方式被稱為物質(zhì)的主動(dòng)運(yùn)輸。主動(dòng)運(yùn)輸具有逆向濃度梯度輸送的特性，并且必須依賴運(yùn)輸過程中細(xì)胞膜上的載體膜蛋白，這是選擇性和特異性的。

2.大分子物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的方式

大分子不能通過細(xì)胞膜進(jìn)入和離開細(xì)胞，因此它們只能通過胞吞作用和胞吐作用轉(zhuǎn)移物質(zhì)。胞吞作用是指當(dāng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞時(shí)，由于細(xì)胞膜具有流動(dòng)性，相應(yīng)的細(xì)胞膜凹陷，會(huì)將附著細(xì)胞膜表面的大分子包圍并形成從細(xì)胞膜脫落并進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部的囊泡;反之，胞吐作用是指細(xì)胞內(nèi)部將新陳代謝的大分子殘余物通過內(nèi)陷的空胞形成的吞噬體與溶解酶融合之后排除體外。內(nèi)吞作用和胞吐作用都需要細(xì)胞的內(nèi)部能量被消耗。

三、物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的具體應(yīng)用

1.利用TAT蛋白進(jìn)行基因治療

TAT蛋白能夠利用細(xì)胞胞吞和胞吐的運(yùn)輸方式使外來物質(zhì)如基因和其他蛋白能夠進(jìn)入細(xì)胞。在細(xì)胞核中定位基因和其他物質(zhì)的能力是其他任何介導(dǎo)沒有的優(yōu)點(diǎn)，這使其成為一種非常好的介導(dǎo)，能夠運(yùn)用于基因的治療。隨著生物科技和臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展，利用細(xì)胞物質(zhì)進(jìn)出的方式進(jìn)行基因治療是一種很值得關(guān)注的技術(shù)。TAT蛋白通過破壞細(xì)胞質(zhì)膜使外源基因進(jìn)入細(xì)胞，操作簡(jiǎn)便，不受外界因素如溫度的影響，對(duì)體內(nèi)環(huán)境具有較強(qiáng)的抗干擾能力。將其用于基因治療有利于提高患者的康復(fù)效率，治療更加全面，徹底消除致病的根本原因。

2.使用細(xì)胞的選擇性和滲透性處理污水

由于細(xì)胞的細(xì)胞膜具有選擇性以及滲透性，分子越小，疏水性越好，非極性越強(qiáng)越容易滲透細(xì)胞膜，因此污水可以用這種特性來進(jìn)行處理。固定化細(xì)胞技術(shù)利用細(xì)胞的選擇性以及滲透性來處理污水。固定化細(xì)胞技術(shù)是指使用化學(xué)或物理手段來將細(xì)胞控制在一定的空間范圍內(nèi)，并且將細(xì)胞的生物催化活性保持在一定程度，使得細(xì)胞群可以重復(fù)和連續(xù)的使用。在污水處理中，固定化細(xì)胞技術(shù)可以提高生物反應(yīng)器中微生物的濃度和純度，這種方法能夠使菌種保持在高效狀態(tài)，可以進(jìn)一步的去除污水中的氮以及其他的有機(jī)物和難以降解的物質(zhì)，達(dá)到污水處理的效果和目的。[3]

3.利用細(xì)胞膜滲透技術(shù)進(jìn)行血液透析

血液透析是溶質(zhì)與另一種溶質(zhì)通過細(xì)胞膜交換的過程。細(xì)胞膜兩側(cè)溶液中的小分子可以通過細(xì)胞膜進(jìn)行交換，而溶質(zhì)如蛋白質(zhì)等大分子不能穿過細(xì)胞膜。根據(jù)膜的平衡原理，水分子從低濃度側(cè)滲透到高濃度側(cè)，最終實(shí)現(xiàn)內(nèi)外平衡。當(dāng)血液進(jìn)入透析液時(shí)，其代謝產(chǎn)物如尿素可通過透析膜進(jìn)入透析液。透析液中的有用物質(zhì)，如葡萄糖等物質(zhì)會(huì)滲透到血液中，這種方法可以除去血液中的代謝殘留物，以使血液的酸堿達(dá)到平衡。很多臨床醫(yī)療會(huì)利用膜滲透技術(shù)來對(duì)血液進(jìn)行透析，使收集到的血液去除雜余物，到達(dá)醫(yī)療用血的標(biāo)準(zhǔn)。

四、結(jié)語

細(xì)胞具有強(qiáng)大的功能，其細(xì)胞膜的特征決定了不同物質(zhì)進(jìn)入和離開細(xì)胞的方式。而這些方式又可以被我們加以利用來進(jìn)行基因治療、污水處理以及血液透析等，使生物技術(shù)和醫(yī)療得到進(jìn)一步發(fā)展，讓生活得到進(jìn)一步改善。生物學(xué)為人類做出了很多貢獻(xiàn)，作為一名高中生，我們也應(yīng)該學(xué)習(xí)好生物知識(shí)，理解透徹每一個(gè)生物理論知識(shí)點(diǎn)，并注意了解其相關(guān)應(yīng)用，為推動(dòng)生物技術(shù)的發(fā)展而努力。