使用山羊肠倒囊演示组氨酸的膜转运：本科生的体验式教学工具

Summary

在这里，我们报道了一种廉价且可重复的方法，证明了组氨酸在山羊肠道中的膜转运。这个过程是通过钠梯度穿过肠上皮细胞膜实现的组氨酸和钠离子的共同转运而发生的。该方法利用体验式学习教学法来更好地了解溶质在生物膜上的运动。

Abstract

组氨酸是一种必需氨基酸，也是与免疫系统、肺通气和血管循环有关的代谢物的前体。膳食组氨酸的吸收在很大程度上依赖于存在于肠上皮细胞顶膜上的 Broad 中性氨基酸转运蛋白 （B⁰AT） 的钠偶联中性氨基酸转运。在这里，我们使用山羊空肠倒囊展示了肠绒毛肠肠上皮细胞从管腔吸收组氨酸。对暴露于不同浓度钠和组氨酸的空肠囊进行测定，以确定囊内组氨酸的浓度随时间的变化。结果显示组氨酸吸收活跃。增加盐浓度导致组氨酸的吸收增加，表明钠和组氨酸在山羊肠道倒囊中的吸收是对称的。该方案可用于可视化氨基酸或其他代谢物的肠道移动性，并进行适当的修饰。我们建议将这个实验作为一种体验式教学工具，可以帮助本科生理解膜运输的概念。

Introduction

生物细胞被膜脂质双层包围，该双层将细胞内胞质溶胶与细胞外内容物分开。该膜充当调节溶质运动的半透性屏障¹。跨生物膜的传输受溶质渗透系数的影响，该系数取决于几个因素，包括溶质的浓度和电荷。一般来说，溶质使用三种机制穿过膜（图 1）：被动扩散、促进扩散和主动运输²。简单扩散是可溶性、不带电荷和非极性溶质通过其浓度梯度通过半透膜的过程（图 1A）。膜蛋白对此过程没有帮助，因为它涉及溶质从较高浓度区域移动到较低浓度区域。扩散速率基于菲克定律³。另一方面，促进扩散是一种蛋白质依赖性运输，其中膜只允许选择性溶质沿浓度梯度通过，而无需消耗能量（图 1B）。这种传递是特异性的，与简单扩散的不同之处在于表现出饱和动力学。

主动运输是分子相对于其浓度梯度的蛋白质依赖性运输，即使用 ATP 或离子梯度从低浓度区域到较高浓度区域（图 1C）。当转运蛋白水解 ATP 时，这种运输称为初级主动运输（图 1C

Protocol

整个协议及其所有步骤如图 4 中的示意图所示。该方法改编自之前使用大鼠肠道的研究⁸。该实验是按照机构指南进行的。本研究中使用的样品是从商业供应商处采购的。

注意：在本实验期间戴手套。

1. 倒空肠囊的制备

1. 预处理和清洁山羊空肠。
   1. 从有执照的供应商?.......

Discussion

膜转运是教授所有主要生物科学学科（基础或应用）本科生的最基本概念之一。传统上，跨膜运动是使用放射性同位素标记的代谢物进行可视化的。然而，这些方法极其危险，不适用于教学或学习。虽然体验式学习是理解这些复杂概念的最佳教学技术，但缺乏基础设施、昂贵的基于荧光的染料/代谢物以及最重要的是，禁止动物解剖实验，进一步加剧了这一挑战。因此，?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
1.5 mL Microcentrifuge Tubes	TARSONS	500020
10 mL Test Tubes	BOROSIL	9800U04
50 mL Sterile Falcon Tubes	TARSONS	546041
500 mL Beaker	BOROSIL	10044977
500 mL Conical Flask	BOROSIL	691467
D-Glucose	SRL	42738
Digital Spectrophotometer	SYSTRONICS	2710
Ethanol	EMSURE	1009831000
Finpipettes	THERMOFISHER	4642090
Glass Stirrer Rod	BOROSIL	9850107
L-Histidine	SRL	17849
NaCl	SRL	41721
Nitrile Gloves	KIMTECH	112-4847
Petri Dish	TARSONS	460090
Phosphate Buffered Saline (ph 7.4)	SRL	95131
Pipette Tips	ABDOS	P10102
Sodium Carbonate	SRL	89382
Sodium Nitrate	SRL	44618
Sodium Phosphate Dibasic (anhydrous)	SRL	53046
Sodium Phosphate Monobasic (anhydrous)	SRL	22249
Sulphanilic Acid	SRL	15354