--离子通道和

我们已知道钠和钾是维持体液和细胞中电解质的平衡和电荷平衡的主要离子，那么，它们又是如何进出细胞的呢？前面已经介绍过，它们是通过离子通道而通过细胞膜这道屏障的。离子通道是一切生命活动的基础，无论动物或植物、单细胞生物或多细胞生物的细胞膜上，都有离子通道的存在。离子通道的存在使得对生命来讲至关重要的水溶性物质，特别是无机离子出入细胞变成可能，成为“生命物质出入细胞的通道”。

由于生物体内细胞种类繁多，结构和功能各异，并且细胞对于各种物质的需求和排出各不相同，为保障细胞的正常运转、细胞内外环境的相对稳定，细胞膜上众多的离子通道有着高度选择性和门控性特征。即一种离子通道在一定的条件下，只能准许特定的物质通过，而大多数离子通道都有相应的“闸门”控制其开启与关闭。正常情况下通道处于关闭状态，只有在特定的外界因素（如激素、膜两侧电位差等）刺激下，通道闸门才能开启，同时与此匹配的离子开始顺着离子通道跨膜转运，出入细胞膜。

现在已知神经、肌细胞膜上有K＋，Na＋和Ca2＋等通道，与生物电现象的产生、兴奋传导以及肌收缩有着密切关系。例如钾离子通道与高血压就有着密切的关系。钙通道和钾通道是血管平滑肌上最重要的离子通道，两者共同维持血管张力的平衡，钙离子浓度高会促使血管平滑肌的兴奋收缩，钾离子浓度高则促使血管平滑肌舒张，因而医学上采取的是阻断钙通道并开放钾通道，从而使血管平滑肌舒张，血管张力下降，实现降血压的目的。又例如，当细胞内合成蛋白质时，就有K＋向细胞内转移，这是因为蛋白质合成时需要K＋和Mg2＋，每生成1克蛋白质，就有0.45mmolK＋进入细胞。科学家经过研究还发现，钠通道与人体感受气味有关。感受气味的是鼻腔黏膜嗅细胞顶端的嗅丝，嗅细胞的底端伸出轴突，伸展到大脑边缘系统的嗅球。在嗅丝细胞膜上有对应于数千种气味物质的受体蛋白。受体与气味物质一经结合就会将细胞膜上的钠通道打开，钠离子即流入细胞内从而引起动作电位的产生，信号就会通过嗅丝-细胞体-轴突传送到大脑中，最终也就使人感受到了气味。因此可以说钠离子也与嗅觉有关。

细胞膜通过本身的耗能作用，来进行逆浓度差转运，又称为“泵”转运，这个过程因为是主动运输必须直接给其提供能量。所谓的“泵”就是镶嵌在细胞膜上的特殊蛋白质。泵蛋白具有特异性，按其所转运的物质种类分为质子泵、钠-钾泵、钙泵和碘泵等。钠-钾泵就是细胞膜上的一种Na＋-K＋ATP酶，当细胞外K＋浓度升高或细胞内Na＋浓度升高时钠-钾泵就被激活，故称为Na＋-K＋依赖式ATP酶。钠钾泵被激活后，分解ATP，同时释放能量，于是钠-钾泵就会逆浓度差或电位差把膜内的Na＋泵出，同时把膜外的K＋泵入，从而恢复膜内外Na＋、K＋的不均匀分布，如图6-13所示。据统计，细胞代谢产生的能量有20%～30%用于钠-钾泵转运。

图6-13　Na＋-K＋泵的主动转运

神经细胞、肌细胞内外存在的钠离子、钾离子的浓度差是细胞膜上Na＋-K＋泵作用的结果。有1个分子的ATP分解，就能把2个钾离子泵进细胞内，同时把3个钠离子排出细胞外。在ATP提供能量的条件下，它能将细胞内低浓度的Na＋泵到高浓度的细胞外，同时将K＋逆浓度梯度泵回到细胞内。每个Na＋-K＋ATP酶上每秒可运转100次，膜上有许多这样的Na＋-K＋泵、Ca＋2泵等蛋白质分子。它们的工作就保证了细胞内外的离子浓度梯度和细胞生理活动的正常运行。Na＋和K＋的浓度梯度是形成细胞膜两边电位差的重要因素，正是这种电位差才使得在神经和肌肉细胞中的神经冲动的传递得以可能。