内环境中的物质交换跨膜层数计算问题

内环境中的物质交换跨膜层数计算问题
物质跨膜数量的计算，是试题中经常出现的一种类型题。

不少学生在解答此类试题中明显暴露出很多问题。

该类试题涉及很多知识的支撑，如相关生理过程及经过的生物膜结构等。

解答此类问题应注意：
1物质的运输途径。

若氧气或二氧化碳进入通过的途径，常常涉及到生理结构的知识。

2涉及生物膜的问题。

单层的有：细胞膜、液泡膜、内质网膜、高尔基体膜等；双层的有：线粒体和叶绿体膜、细胞核的膜。

其中肺泡壁、毛细血管壁和小肠绒毛壁都是由单层上皮细胞构成的，穿过上皮细胞涉及2层膜结构；无膜的有：核糖体与中心体。

3某些大分子从细胞核中出来，如果核孔，不涉及到穿膜；此外，细胞向外分泌消化酶、抗体，或蛋白类激素的外排作用以及细胞的内吞作用，都可看作是通过0层生物膜。

4 磷脂分子层数=生物膜的数量×2。

5理解至少的含义。

在该类试题中常常涉及到“至少”一词，是为了使答案准确和问题简化起见。

6跨膜中涉及到的物质有：氧气、二氧化碳、葡萄糖、大分子物质如蛋白质等。

经典试题回顾：
1 关于气体跨膜运输的问题
【例1】人体组织细胞（如骨骼肌细胞）有氧呼吸时需要的C6 H12 O6 和O2 从外界进入该细胞参与反应，各自至少需要通过多少层生物膜（）
A 3和4
B 4和5
C 7和9
D 7和11
解析：这个物质跨膜数量问题就比较复杂。

先看葡萄糖，机体吸收葡萄糖主要是用于组织细胞的氧化供能；葡萄糖经小肠粘膜上皮进入毛细血管中，形成了血糖。

葡萄糖从小肠进入毛细血管经过4层细胞膜后，还要再穿过一层毛细血管壁上皮细胞（2层膜），进入组织液，再穿过1层组织细胞膜，进入组织细胞，共通过7层生物膜。

再看氧气，首先要知道肺泡膜也是由单层细胞构成的，其次要知道氧进入血液后，要进入红细胞内与血红蛋白结合并运输；三是氧进入组织细胞后，还要再进入线粒体才能被利用，因为有氧呼吸的第三阶段需要氧，而该阶段是在线粒体基质中完成的。

这一复杂的过程可表示为：离开肺泡（2层膜）→进入血管（2层膜）→进入红细胞（1层膜）→运输到组织器官→出红细胞（1层膜）→出血管（2层膜）→进入组织细胞（1层膜）→进入线粒体（2层膜），共计11层生物膜。

答案D
【例2】科学家在研究玉米，甘蔗等原产热带地区绿色植物的光合作用时发现，当向这些绿色植物提供14CO2时，光合作用开始后1S内，竟有90%以上的14C 出现在含有四个碳原子的有机酸（用C4表示）中。

随着光合作用的进行，C4中的14C 逐渐减少，而C3中的14C 逐渐增多。

这说明在这类绿色植物的光合作用中，CO2中的C首先转移到中C4，然后才转移到C3中。

科学家将这类植物叫做C4植物。

请问空气中的 14CO2进入上述植物叶肉细胞中合成淀粉，则14CO2至少需要穿过的生物膜层数为（）
A 3
B 5
C 7
D 9
解析：本题考查C4植物的叶片构造。

在维管束外有一圈维管束鞘细胞和部分的叶肉细胞。

14CO2进入C4植物的叶肉细胞的叶绿体中合成C4化合物后出来，进入到维管束鞘细胞的叶绿体中合成淀粉。

涉及到的生物膜层数=叶肉细胞膜（2）+叶肉细胞叶绿体膜（4）+维管束鞘细胞膜（1）+维管束鞘细胞的叶绿体膜（2）=9。

答案：D
2 关于非气体跨膜的问题
【例3】细胞中的mRNA分子从产生部位到作用场所需要穿过多少层磷脂双分子层（）
A 0
B 4
C 5
D 6
解析：m RNA属于生物大分子，mRNA是从核孔进入细胞质中与核糖体结合来完成翻译的，而原核细胞又无核膜。

因此，不管是什么细胞，其中的RNA分子从产生部位到作用场所都不需要穿过生物膜，即通过0层磷脂双分子层。

【例4】葡萄糖经小肠粘膜上皮进入毛细血管，需透过的磷脂分子层数是（）
A 4层
B 6层
C 8层
D 10层
解析：首先要知道小肠粘膜上皮及其周围的毛细血管壁，都是由单层上皮细胞构成的；其次要明白葡萄糖经小肠进入毛细血管需穿过小肠粘膜上皮细胞和毛细血管壁细胞。

葡萄糖从小肠进入毛细血管一共要穿过4层细胞膜，而每层细胞膜都是由双层磷脂分子层构成。

所以共穿过8层磷脂分子层。

答案：C
【例5】经内质网糖基化加工后的蛋白质分泌到细胞外需要经过的膜结构及穿过的膜层数分别为（）
A 内质网→细胞膜，2层 B内质网→高尔基体→细胞膜，3层
C内质网→高尔基体→线粒体→细胞膜，4层
D内质网→高尔基体→细胞膜，0层
解析：分泌蛋白形成的过程经过的途径为：内质网→高尔基体→细胞膜。

即经内质网糖基化加工后的蛋白质先通过内质网出芽形成小泡融合到高尔基体，接着高尔基体再出芽形成形成小泡融合到细胞膜，最后由细胞膜排出细胞外，而分泌蛋白始终没有穿过膜，而是以小泡的形式运输。

答案：D。