载体蛋白和通道蛋白的区别

载体蛋白和通道蛋白的区别

2003年诺贝尔化学奖授予了美国科学家阿格雷和麦金农，他们因研究离子通道而获奖；不仅如此，人教版 必修三《稳态与环

境》在 18页讲述静息电位和动作电位的离子基础时也提到：静息时，由于膜主要对

K+有通透 性，造成K+外流，这是静息电位产生和维持的主要原因；受到刺激时，细胞膜对

Na+的通透性增加，Na+内流， 使兴奋部位膜内侧阳离子浓度高于外侧，表现为内正外负。上面讲的

K+外流与Na+内流其实都是通过膜上的离子 通道完成的。同样是必修一教材，在 物质跨膜运输的方式”一节中，提到协助扩散和主动运输都要依赖膜上的载体

蛋白来完成。通道蛋白和载体蛋白都与相关物质的跨膜运输有关，那么两者到底有什么区别呢？要回答这个问题， 我们先从膜转运蛋

白谈起。

在细胞膜上广泛存在着膜转运蛋白（ membrane trans port proteins ），负责无机离子和水溶性小分子的跨膜

运输。膜转运蛋白分为两类：一类称为载体蛋白（

carrier proteis ），它既可以介导被动运输，又可以介导逆浓度 或者电化学梯度的的主动运输；另一类为通道蛋白（ channel proteins ），只能介导顺浓度或化学梯度的被动运输 （协助扩散）。

1 载体蛋白

载体蛋白是几乎所有类型的生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。每种载体蛋白能与特定的溶质分子结 合，通过一系列构象

的改变介导溶质分子跨膜转运，相关模型见下图：

图1示载体蛋白通过构想改变介导溶质（葡萄糖）被动运输的假想模

该图中膜上的载体蛋白以两种构象状态存在：状态 A 时溶质结合位点在膜外侧暴露；状态 B 时，同样的溶

质结合位点在膜内侧暴露。该模型认为，两种构象状态的改变是随机发生的。假如溶质浓度在膜的外侧高，则状 态 i 状态B 的转变比

状态B^状态A 的转变更常发生，因此溶质顺浓度梯度进入细胞。换句话说，物质究竟向 哪个方向运输，取决于该物质在膜两侧的浓度

差。除了被动运输，载体蛋白还介导逆浓度梯度的主动运输。由于 运输过程向着被运输物质的自由能增加的方向进行，所以该过程不

能自发进行，需要提供能量才能完成。一些离 子（如Na+、K+等）在细胞内外存在着显著的差异，并且细胞能够维持这种恒定的离子

梯度差，正是相关载体蛋 白（如Na+，K+ — ATP 酶等）介导的主动运输的结果。

载体蛋白相当于结合在细胞膜上的酶，有特异性结合位点，可与底物（溶质）发生暂时的、可逆性的结合和

分离，且一种特异性载体只转运一种类型的分子或离子；转运过程类似于酶与底物作用的饱和动力学曲线；既可

以被底物类似物竞争性抑制，又可以被痕量的某种成分（抑制剂） 非竞争性抑制以及对 PH 的依赖性等，因此有人 载体蛋白质介导

的被动运《 溶质结合位点 浓度梯度

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3

将载体蛋白称为通透酶(permease )。与酶不同的是载体蛋白可以改变过程的平衡点，加快物质沿着自由能减少 的方向跨膜运输的速率；此外与酶的不同是载体蛋白对转运的溶质不做任何共价修饰 2通道蛋白

通道蛋白是一类跨越细胞膜双分子层的蛋白质 ，它所介导的被动运输不需要溶质分子与其结合，而是横跨膜

形成亲水通道，允许大小适宜的分子和带电离子通过。通道蛋白可以是单体蛋白，也可以是多亚基组成的蛋白， 他们都是通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道。某些通道蛋白在革兰氏阴性细菌的外膜、线粒体或叶绿 体的外膜上形非选择性的通道。绝大多数的通道蛋白形成有选择性开关的多次跨膜通道。这些通道可分为两大类： 离子通道和水通道。

2.1 离子通道

目前发现的通道蛋白已有 100余种。离子通道有两个显著的特征：一是具有离子选择性。离子通道对被转运 的离子的大小和电荷都有高度的选择性，而且转运速度高，可达 106个离子/S ，其速率是已知的任何一种载体蛋

白的最快速率的1000倍以上。驱动带电荷的离子跨膜转运的净驱动力来自两种力的合力，一种是溶质的浓度梯 度，另一种是跨膜电位差，这种净驱动力构成离子跨膜的电化学梯度，这种梯度决定离子跨膜的被动运输的方向。 第二个特征是离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道的开或关两种构象所调节。并通过通道开关应答各种 信号。多数情况下，离子通道呈关闭状态，只有在膜电位变化、化学信号或压力刺激后，才开启形成跨膜的离子 通道。因此离子通道又区分为电压力通道，配体门通道和压力激活通道(图 2)。离子通道在神经元与肌细胞神经 冲动传递过程中其重要作用。如含羞草的闭叶反应，草履虫的快速转向运动，内耳听觉的感应等都与离子通道有

关［1］。

c 配r*门趣 (ms**)

A :电压门通道；

B 、

C :配体门通道；

D :压力激活通道

2.2 水通道

水是一种特别的物质，水分子虽然不溶于脂，并且具有极性，但也很容易通过膜。长期以来普遍认为细胞内 外的水分子是以简单扩散的方式透过脂双层膜的。后来发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高，这很难以 简单扩散来解释。如将红细胞移入低渗溶液中，很快吸水膨胀而溶血，而水生动物的卵母细胞在低渗溶液中不膨

[1]。

图2三种类型的门控离子通道示意图 【1］【2］

f

胀。因此人们推测水的跨膜转运除了简单扩散外还存在着某种特殊的机制，并提出了水通道的概念。直到

美国的科学家阿格雷（P . Agre ）成功将构成水通道的蛋白质分离出来，从而证实了水通道的存在。目前在人类细 胞中发现的水通道至少有 11 种，在实验植物拟南芥中已发现 35 个这类水通道。水通道的活性调节可能具有以下 途径：通过磷酸化使 AQP （水通道蛋白）活性增强；通过膜泡运输改变膜上 AQP 的含量，如血管加压素（抗利 尿激素）对肾脏远曲小管和集合管上皮细胞水通透性的调节；通过调节基因表达，促进 AQP 的合成。

3 小结

上面已经较为详细地描述了载体蛋白和通道蛋白的一些特点 区别： 3.1 相同点 ：化学本质均为蛋白质、分布均在细胞的膜结构中、都有控制特定物质跨膜运输的功能；对被运 输的物质具有高度的特异性或选择性。

3.2 不同点 ：

①、通道蛋白参与的只是被动运输（协助扩散）

，在运输过程中并不与被运输的分子或离子相结合 ，也不会移 动 ,并且是从高浓度向低浓度运输 ,所以运输时不消耗能量。

载体蛋白参与的有主动运输和协助扩散，在运输过程中与相应的分子特异性结合（具有类似于酶和底物结合 的饱和效应），自身的构型会发生变化，并且会移动。在主动运输过程中被运输物质由低浓度侧向高浓度移动， 需要消耗代谢能量；在协助扩散过程中，由高浓度侧向低浓度侧运动，不消耗代谢能。

②、通道蛋白转运速率与物质浓度成比例，且比载体蛋白介导的转运速度更快（ ③、通道蛋白其结构和功能状态在细胞内外理化因子作用下，能在数毫秒至数十毫秒的时间内迅速激活开 放，随后迅速失活或关闭 [3] ，载体蛋白无此特性。

1988 年

，下来我们再简要概括一下两者之间的相同点和

1000 倍以上）。

对载体蛋白、通道蛋白和受体的深入认识

对载体蛋白、通道蛋白和受体的深入认识载体蛋白和通道蛋白、受体分别体现了细胞膜的两大功能：控制物质进出与进行细胞识别。 1 细胞膜上的转运蛋白———载体蛋白和通道蛋白在细胞膜上广泛存在着负责无机离子和水溶性小分子跨膜运输的膜转运蛋白。膜转运蛋白分为两类：一类是载体蛋白，它既可以介导被动运输，又可以介导逆浓度或者电化学梯度的的主动运输；另一类为通道蛋白，只能介导顺浓度或化学梯度的被动运输（易化扩散）。 载体蛋白相当于结合在细胞膜上的酶，有特异性结合位点，可与底物（溶质）发生暂时的、可逆性的结合和分离，且一种特异性载体只转运一种类型的分子或离子。物质的转运过程类似于酶与底物作用的饱和动力学曲线，既可以被底物类似物竞争性抑制，又可以被痕量的某种成分（抑制剂）非竞争性抑制以及对pH 有依赖性等。因此有人将载体蛋白称为通透酶，与酶不同的是载体蛋白可以改变过程的平衡点，加快物质沿着自由能减少的方向跨膜运输的速率；此外与酶的不同是载体蛋白对转运的溶质不做任何共价修饰。 通道蛋白是一类跨越细胞膜双分子层的蛋白质,它所介导的被动运输不需要溶质分子与其结合，而是横跨膜形成亲水通道，允许大小适宜的分子和带电离子通过。通道蛋白可以是单体蛋白，也可以是多亚基组成的蛋白，它们都是通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道。某些通道蛋白在革兰氏阴性细菌的外膜、线粒体或叶绿体的外膜上形非选择性的通道。绝大多数的通道蛋白形成有选择性开关的多次跨膜通道。这些通道可分为两大类：离子通道和水通道。目前发现的通道蛋白已有100 余种。离子通道有以下两个显著的特征。①具有离子选择性。离子通道对被转运的离子的大小和电荷都有高度的选择性，而且转运速度高，可达106个/s，其速率是已知的任何一种载体蛋白的最快速率的1 000 倍以上。驱动带电荷的离子跨膜转运的净驱动力来自溶质的浓度梯度和跨膜电位差的合力。这种净驱动力构成离子跨膜的电化学梯度，这种梯度决定离子跨膜的被动运输的方向。②离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道的开或关两种构象所调节，并通过通道开关应答各种信号。多数情况下，离子通道呈关闭状态，只有在膜电位变化、化学信号或压力刺激后，才开启形成跨膜的离子通道。因此离子通道又区分为电压力通道、配体门通道和压力激活通道（图1）。离子通道在神经元与肌细胞神经冲动传递过程中其重要作用。如含羞草的闭叶反应、草履虫的快速转向运动、内耳听觉的感应等都与离子通道有关。 图1 离子通道示意

细胞生物学第五至第八章作业答案

第五章物质的跨膜运输 1 物质跨膜运输有哪三种途径？ATP驱动泵可分哪些类型？ 答：物质跨膜运输有简单扩散、被动运输和主动运输三种途径。ATP驱动泵可分P型泵、V型质子泵和F型质子泵以及ABC 超家族，其中P型泵包括Na+—K+泵、Ca+泵和P型H+泵。 各种ATP驱动泵的比较： 2.简述钠钾泵的结构特点及其转运机制。 答：Na+—K+泵位于动物细胞的质膜上，由2个α和2个β亚基组成四聚体。Na+—K+泵的转运机制总结如下：在细胞内侧α亚基与Na+相结合促进ATP水解，α亚基上的一个天冬氨酸残基磷酸化引起α亚基构象发生变化，将Na+泵出细胞，同时细胞外的K+与α亚基的另一位点结合，使其失去磷酸化，α亚基的构象再次发生变化，将K+泵入细

胞，完成整个循环。 3、简述葡萄糖载体蛋白的结构特点及其转运机制。 答：葡萄糖载体蛋白，简称为GLUT，是一个蛋白质家族，包括十多种葡糖糖转运蛋白，他们具有高度同源的氨基酸序列，都含有12次跨膜的α螺旋。GLUT中多肽跨膜部分主要由疏水性氨基酸残基组成，但有些α螺旋带有Ser、Thr、Asp和Glu残基，他们的侧链可以同葡萄糖羟基形成氢键。葡萄糖载体蛋白的转运机制为：氨基酸残基为形成载体蛋白内部朝内和朝外的葡萄糖结合位点，从而通过构象改变完成葡萄糖的协助扩散。转运方向取决于葡萄糖的浓度梯度，从高浓度向低浓度顺梯度转运。 4、举例说明协同运输的机制。 答：协同运输是一类靠间接提供能量完成的主动运输方式。物质跨膜运动所需要的能量来自膜两侧离子的电化学浓度梯度，而维持这种电化学势的是钠钾泵或质子泵。根据物质运输方向与离子沿浓度梯度的转移方向，协同运输又可分为：同向协同与反向协同。 ①同向协同指物质运输方向与离子转移方向相同。如人体及动物体小肠细胞对葡萄糖的吸收就是伴随着Na+的进入，细胞内的Na+离子又被钠钾泵泵出细胞外，细胞内始终保持较低的钠离子浓度，形成电化学梯度。 ②反向协同物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反，如动物细胞常通过Na+/H+反向协同运输的方式来转运H+以调节细胞内的PH值，即Na+的进入胞内伴随者H+的排出。选做：5、举例说明受体介导的内吞作用。 答：受体介导内吞作用大致分为四个基本过程∶①配体与膜受体结合形成一个小窝；②小窝逐渐向内凹陷，然后同质膜脱离形成一个被膜小泡；③被膜小泡的外被很快解聚，形成无被小泡，即初级内体；④初级内体与溶酶体融合，吞噬的物质被溶酶体的酶水解。具有两个特点，即：①配体与受体的结合是特异的，具有选择性；②要形成特殊包被的内吞泡。 例如LDL受体蛋白是一个单链的糖蛋白，为单次跨膜蛋白。LDL受体蛋白合成后被运输到细胞质膜，即使没有相应配体的存在，LDL受体蛋白也会在细胞质膜集中浓缩并形成被膜小窝，当血液中有LDL颗粒，可立即与LDL的apoB-100结合形成LDL-受体复合物。一旦LDL与受体结合，就会形成被膜小泡被细胞吞入，接着是网格蛋白解聚，受体回到质膜再利用，而LDL被传送给溶酶体，在溶酶体中蛋白质被降解，胆固醇被释放出来用于质膜的装配，或进入其他代谢途径。 名词：

小分子物质跨膜转运和离子通道的基础

?基础医学? 小分子物质跨膜转运和离子通道的基础 吴　燕　刘志红 关键词　跨膜转运　膜蛋白　小分子物质　离子通道 中图法分类号　Q73 细胞膜脂质双层结构中的疏水中心对大多数极性分子具有屏障作用,这种屏障作用可维持细胞内外液溶质浓度差,从而保持细胞内液溶质浓度和内环境的稳定。此外,细胞在摄取营养物质分泌代谢性产物以及调节细胞内多种离子特异性跨膜转运时,需要有特异性膜蛋白来辅助完成。现已知道介导上述物质转运的膜蛋白可分为两大类:载体蛋白和通道蛋白,载体蛋白具有可携带特异性分子穿越细胞膜的移动成分;通道蛋白可形成一狭窄亲水孔,使无机离子被动转运,这两类膜蛋白在小分子物质跨膜转运中起着非常重要的作用。 1　膜转运的基本原理〔1〕 1.1　细胞膜脂质双层结构对离子具有高度不通透性　如有足够长时间,任何分子均可顺浓度梯度穿透无蛋白成分脂质双层,其速度取决于脂溶性程度与分子大小。脂溶性越大(即疏水性或非极性强),则扩散速度越快,小的非极性分子,如O2(分子量32)和CO2 (分子量44)易溶于脂质双层,所以能很快扩散穿过脂质双层。不带电荷的极性分子如果分子足够小也很易穿透脂质双层,水(分子量18),乙烷(分子量46)和尿素(分子量60)穿透速度很快,甘油(分子量92)次之,而葡萄糖几乎不能穿越。 相比而言,脂质双层对带电分子(离子)无论大小均高度不通透,电荷及该分子高度亲水性阻止其进入脂质双层的疏水相,所以合成的脂质双层对水的穿透性可比Na+或K+强109倍。 1.2　两类主要的膜转运蛋白——载体蛋白和通道蛋白　和合成的脂质双层一样,非极性分子可通过简单的扩散方式穿透细胞膜,但细胞膜还必须能对多种极性分子通透,如离子、糖、氨基酸、核酸和细胞代谢产物,这些物质通过合成脂质双层速度很慢,特殊膜蛋白成分负责转运这些溶质,这些膜蛋白即膜转运蛋白,它们以不同形式出现于多种生物膜上,特异性转运一种分子或一类分子(图1)。 膜转运蛋白有两种主要类型:载体蛋白和通道蛋白,载体蛋白可与特异性溶质结合,再经过一系列变化转运结合溶质穿过细胞膜;而通道蛋白无须结合溶质,它们集聚成贯穿脂质双层的亲水孔,当这些孔打开时,特异性溶质分子便通过孔穿过细胞膜,所以通道蛋白介导的转运速度远大于载体蛋白。 1.3　主动转运是由载体蛋白介导的一个需能过程　所有通道蛋白和许多载体蛋白可使溶质被动穿膜转运(顺浓度递度),这一过程称为被动转运(或易化扩散),如果被转运分子不带电荷,那么仅由膜两侧的浓度差(其浓度梯度)驱动和决定转运方向;如果溶质带电荷,则由其浓度梯度和膜两侧的电压差影响其转运(电化学梯度),实际上几乎所有的胞浆膜两侧均存在电压差(电压梯度),细胞内相对于细胞外为负值,这种电压差有利于带正电荷离子进入细胞,排斥带负电荷离子进入细胞。 南京军区南京总医院解放军肾脏病研究所 (南京,210002)

载体蛋白和通道蛋白的区别

载体蛋白和通道蛋白的区别 2003年诺贝尔化学奖授予了美国科学家阿格雷和麦金农，他们因研究离子通道而获奖；不仅如此，人教版 必修三《稳态与环 境》在 18页讲述静息电位和动作电位的离子基础时也提到：静息时，由于膜主要对 K+有通透 性，造成K+外流，这是静息电位产生和维持的主要原因；受到刺激时，细胞膜对 Na+的通透性增加，Na+内流， 使兴奋部位膜内侧阳离子浓度高于外侧，表现为内正外负。上面讲的 K+外流与Na+内流其实都是通过膜上的离子 通道完成的。同样是必修一教材，在 物质跨膜运输的方式”一节中，提到协助扩散和主动运输都要依赖膜上的载体 蛋白来完成。通道蛋白和载体蛋白都与相关物质的跨膜运输有关，那么两者到底有什么区别呢？要回答这个问题， 我们先从膜转运蛋 白谈起。 在细胞膜上广泛存在着膜转运蛋白（ membrane trans port proteins ），负责无机离子和水溶性小分子的跨膜 运输。膜转运蛋白分为两类：一类称为载体蛋白（ carrier proteis ），它既可以介导被动运输，又可以介导逆浓度 或者电化学梯度的的主动运输；另一类为通道蛋白（ channel proteins ），只能介导顺浓度或化学梯度的被动运输 （协助扩散）。 1 载体蛋白 载体蛋白是几乎所有类型的生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。每种载体蛋白能与特定的溶质分子结 合，通过一系列构象 的改变介导溶质分子跨膜转运，相关模型见下图： 图1示载体蛋白通过构想改变介导溶质（葡萄糖）被动运输的假想模 该图中膜上的载体蛋白以两种构象状态存在：状态 A 时溶质结合位点在膜外侧暴露；状态 B 时，同样的溶 质结合位点在膜内侧暴露。该模型认为，两种构象状态的改变是随机发生的。假如溶质浓度在膜的外侧高，则状 态 i 状态B 的转变比 状态B^状态A 的转变更常发生，因此溶质顺浓度梯度进入细胞。换句话说，物质究竟向 哪个方向运输，取决于该物质在膜两侧的浓度 差。除了被动运输，载体蛋白还介导逆浓度梯度的主动运输。由于 运输过程向着被运输物质的自由能增加的方向进行，所以该过程不 能自发进行，需要提供能量才能完成。一些离 子（如Na+、K+等）在细胞内外存在着显著的差异，并且细胞能够维持这种恒定的离子 梯度差，正是相关载体蛋 白（如Na+，K+ — ATP 酶等）介导的主动运输的结果。 载体蛋白相当于结合在细胞膜上的酶，有特异性结合位点，可与底物（溶质）发生暂时的、可逆性的结合和 分离，且一种特异性载体只转运一种类型的分子或离子；转运过程类似于酶与底物作用的饱和动力学曲线；既可 以被底物类似物竞争性抑制，又可以被痕量的某种成分（抑制剂） 非竞争性抑制以及对 PH 的依赖性等，因此有人 载体蛋白质介导 的被动运《 溶质结合位点 浓度梯度 O 状态AV A 状态B 険弱卜髓 质膜内M 3

(便宜+排版)通道蛋白和载体蛋白的异同

通道蛋白和载体蛋白的区别 1 载体蛋白 载体蛋白是几乎所有类型的生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象的改变介导溶质分子跨膜转运，相关模型见下图： 该图中膜上的载体蛋白以两种构象状态存在：状态A时溶质结合位点在膜外侧暴露；状态B时，同样的溶质结合位点在膜内侧暴露。该模型认为，两种构象状态的改变是随机发生的。假如溶质浓度在膜的外侧高，则状态A→状态B的转变比状态B→状态A的转变更常发生，因此溶质顺浓度梯度进入细胞。换句话说，物质究竟向哪个方向运输，取决于该物质在膜两侧的浓度差。除了被动运输，载体蛋白还介导逆浓度梯度的主动运输。由于运输过程向着被运输物质的自由能增加的方向进行，所以该过程不能自发进行，需要提供能量才能完成。一些离子（如Na+、K+等）在细胞内外存在着显著的差异，并且细胞能够维持这种恒定的离子梯度差，正是相关载体蛋白（如Na+，K+—ATP酶等）介导的主动运输的结果。 载体蛋白相当于结合在细胞膜上的酶，有特异性结合位点，可与底物（溶质）发生暂时的、可逆性的结合和分离，且一种特异性载体只转运一种类型的分子或离子；转运过程类似于酶与底物作用的饱和动力学曲线；既可以被底物类似物竞争性抑制，又可以被痕量的某种成分（抑制剂）非竞争性抑制以及对PH的依赖性等，因此有人将载体蛋白称为通透酶（permease）。与酶不同的是载体蛋白可以改变过程的平衡点，加快物质沿着自由能减少的方向跨膜运输的速率；此外与酶的不同是载体蛋白对转运的溶质不做任何共价修饰[1]。 2 通道蛋白 通道蛋白是一类跨越细胞膜双分子层的蛋白质,它所介导的被动运输不需要溶质分子 与其结合，而是横跨膜形成亲水通道，允许大小适宜的分子和带电离子通过。通道蛋白可以是单体蛋白，也可以是多亚基组成的蛋白，他们都是通过疏水的氨基酸链进行重排，形成水性通道。某些通道蛋白在革兰氏阴性细菌的外膜、线粒体或叶绿体的外膜上形非选择性的通道。绝大多数的通道蛋白形成有选择性开关的多次跨膜通道。这些通道可分为两大类：离子通道和水通道。

水通道蛋白的发现及对人体的作用

水通道蛋白的发现及对人体的作用 刘彦成 （渭南师范学院环境与生命科学系陕西渭南 714000）摘要：水通道蛋白(aquaporin，AQP) 是一种对水专一的通道蛋白。具有介导水的跨膜转运和调节体内水代谢平衡的功能。水通道蛋白调节失控与水平衡紊乱等一系列疾病密切相关。 关键词：细胞膜；水通道蛋白（AQP）；跨膜转运；疾病；调节 Abstract:The pass of water protein (aquaporin, AQP) is one kind of adding water single-minded channel protein.Has lies between leads the water the cross membrane transportation and the adjustment body domestic waters metabolism balance function.Pass of water protein adjustment out of control and level balance disorder and so on a series of disease close correlation. Key word:Cell membrane pass of water protein (AQP) cross membrane transportation disease adjusts 1 水通道蛋白的发现 1.1 细胞膜的运输方式 细胞是构成生物的基本单位，细胞与细胞之间则是通过细胞膜来沟通和实现基本的生命活动。细胞膜的主要成分为磷脂和蛋白质，其结构为磷脂双分子层，磷脂双分子层上有糖蛋白，糖蛋白所在一侧为细胞外侧。物质跨膜运输可分为自 图1 细胞膜的立体结构 由扩散（不需能量、载体），协助扩散（不需要能量、需载体），主动运输（要能量、需载体）三种。还有一些大分子物质是通过胞吞、胞吐方式通过细胞膜，它们需要能量、不要载体。另外还有一种很主要的方式就是通道蛋白。 1.2 生物膜水通道的发现【1】 长期以来对于水的运输方式研究者普遍认为主要有两种：即简单的扩散方式和借助离子通道通过磷脂双分子层。 近些年研究者发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高, 很难用简单扩散来解释。如将红细胞移入低渗溶液后，很快吸水膨胀而溶血，而水生动物的

载体蛋白和通道蛋白的区别

载体蛋白与通道蛋白的区别 2003年诺贝尔化学奖授予了美国科学家阿格雷与麦金农,她们因研究离子通道而获奖;不仅如此,人教版必修三《稳态与环境》在18页讲述静息电位与动作电位的离子基础时也提到:静息时,由于膜主要对K+有通透性,造成K+外流,这就是静息电位产生与维持的主要原因;受到刺激时,细胞膜对Na+的通透性增加,Na+内流,使兴奋部位膜 内侧阳离子浓度高于外侧,表现为内正外负。上面讲的K+外流与Na+内流其实都就是通过膜上的离子通道完成的。同样就是必修一教材,在“物质跨膜运输的方式”一节中,提到协助扩散与主动运输都要依赖膜上的载体蛋白来完成。通道蛋白与载体蛋白都与相关物质的跨膜运输有关,那么两者到底有什么区别呢？要回答这个问题,我们先从膜转 运蛋白谈起。 在细胞膜上广泛存在着膜转运蛋白(membrane transport proteins),负责无机离子与水溶性小分子的跨膜运输。膜转运蛋白分为两类:一类称为载体蛋白(carrier proteis),它既可以介导被动运输,又可以介导逆浓度或者电化学梯度的的主动运输;另一类为通道蛋白(channel proteins),只能介导顺浓度或化学梯度的被动运输(协助扩散)。 1 载体蛋白 载体蛋白就是几乎所有类型的生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合, 通过一系列构象的改变介导溶质分子跨膜转运,相关模型见下图: 图1 示载体蛋白通过构想改变介导溶质(葡萄糖)被动运输的假想模 该图中膜上的载体蛋白以两种构象状态存在:状态A时溶质结合位点在膜外侧暴露;状态B时,同样的溶质结合位点在膜内侧暴露。该模型认为,两种构象状态的改变就是随机发生的。假如溶质浓度在膜的外侧高,则状态A→状态B的转变比状态B→状态A的转变更常发生,因此溶质顺浓度梯度进入细胞。换句话说,物质究竟向哪个方向运输,取决于该物质在膜两侧的浓度差。除了被动运输,载体蛋白还介导逆浓度梯度的主动运输。由于运输过程向着被运输物质的自由能增加的方向进行,所以该过程不能自发进行,需要提供能量才能完成。一些离子(如Na+、K+等)在细胞内外存在着显著的差异,并且细胞能够维持这种恒定的离子梯度差,正就是相关载体蛋白(如Na+,K+—ATP酶等)介导的主动运输的结果。 载体蛋白相当于结合在细胞膜上的酶,有特异性结合位点,可与底物(溶质)发生暂时的、可逆性的结合与分离,且一种特异性载体只转运一种类型的分子或离子;转运过程类似于酶与底物作用的饱与动力学曲线;既可以被底物 类似物竞争性抑制,又可以被痕量的某种成分(抑制剂)非竞争性抑制以及对PH的依赖性等,因此有人将载体蛋白称为通透酶(permease)。与酶不同的就是载体蛋白可以改变过程的平衡点,加快物质沿着自由能减少的方向跨膜运输的速率;此外与酶的不同就是载体蛋白对转运的溶质不做任何共价修饰[1]。

通道蛋白和载体蛋白的主要区别

通道蛋白和载体蛋白的主要区别 疑难问题：许多老师和学生觉得通道蛋白和载体蛋白容易混淆，他们到底是包含关系还是并列关系？也很难理解物质转运通过通道蛋白的是易化扩散，需要进行比较。 一、载体蛋白 载体蛋白是几乎所有类型的生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象的改变介导溶质分子跨膜转运。 载体蛋白相当于结合在细胞膜上的酶，有特异性结合位点，可与底物（溶质）发生暂时的、可逆性的结合和分离，且一种特异性载体只转运一种类型的分子或离子；转运过程类似于酶与底物作用的饱和动力学曲线，因此有人将载体蛋白称为通透酶。 二、通道蛋白 通道蛋白是一类跨越细胞膜双分子层的蛋白质，它所介导的被动运输不需要溶质分子与其结合，而是横跨膜形成亲水通道，允许大小适宜的分子和带电离子通过。

这些通道可分为两大类：离子通道和水通道。 1．离子通道 目前发现的通道蛋白已有100余种。 离子通道有两个显著的特征：一是具有离子选择性。离子通道对被转运的离子的大小和电荷都有高度的选择性，而且转运速度高，可达106个离子/s，其速率是已知的任何一种载体蛋白的最快速率的1000倍以上。驱动带电荷的离子跨膜转运的净驱动力来自两种力的合力，一种是溶质的浓度梯度，另一种是跨膜电位差，这种净驱动力构成离子跨膜的电化学梯度，这种梯度决定离子跨膜的被动运输的方向。第二个特征是离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道的开或关两种构象所调节。并通过通道开关应答各种信号。多数情况下，离子通道呈关闭状态，只有在膜电位变化、化学信号或压力刺激后，才开启形成跨膜的离子通道。因此离子通道又区分为电压力通道，配体门通道和压力激活通道。 2．水通道 水是一种特别的物质，水分子虽然不溶于脂，并且具有极性，但也很容易通过膜。长期以来普遍认为细胞内外的水分子是以简单扩散的方式透过脂双层膜的。后来发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高，这很难以简单扩散来解释。如将红细胞移入低渗溶液中，很快吸水膨胀而溶血，而水生动物的卵母细胞在低渗溶液中不膨胀。因此人们推测水的跨膜转运除了简单扩散外还存在着某种特殊的机制，并提出了水通道的概念。直到

载体蛋白和通道蛋白的区别

载体蛋白和通道蛋白的区别 2003年诺贝尔化学奖授予了美国科学家阿格雷和麦金农，他们因研究离子通道而获奖；不仅如此，人教版必修三《稳态与环境》在18页讲述静息电位和动作电位的离子基础时也提到：静息时，由于膜主要对K+有通透性，造成K+外流，这是静息电位产生和维持的主要原因；受到刺激时，细胞膜对Na+的通透性增加，Na+内流，使兴奋部位膜内侧阳离子浓度高于外侧，表现为内正外负。上面讲的K+外流与Na+内流其实都是通过膜上的离子通道完成的。同样是必修一教材，在“物质跨膜运输的方式”一节中，提到协助扩散和主动运输都要依赖膜上的载体蛋白来完成。通道蛋白和载体蛋白都与相关物质的跨膜运输有关，那么两者到底有什么区别呢？要回答这个问题，我们先从膜转运蛋白谈起。 在细胞膜上广泛存在着膜转运蛋白（membrane transport proteins），负责无机离子和水溶性小分子的跨膜运输。膜转运蛋白分为两类：一类称为载体蛋白（carrier proteis），它既可以介导被动运输，又可以介导逆浓度或者电化学梯度的的主动运输；另一类为通道蛋白（channel proteins），只能介导顺浓度或化学梯度的被动运输（协助扩散）。 1 载体蛋白 载体蛋白是几乎所有类型的生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象的改变介导溶质分子跨膜转运，相关模型见下图： 图1 示载体蛋白通过构想改变介导溶质（葡萄糖）被动运输的假想模 该图中膜上的载体蛋白以两种构象状态存在：状态A时溶质结合位点在膜外侧暴露；状态B时，同样的溶质结合位点在膜内侧暴露。该模型认为，两种构象状态的改变是随机发生的。假如溶质浓度在膜的外侧高，则状态A→状态B的转变比状态B→状态A的转变更常发生，因此溶质顺浓度梯度进入细胞。换句话说，物质究竟向哪个方向运输，取决于该物质在膜两侧的浓度差。除了被动运输，载体蛋白还介导逆浓度梯度的主动运输。由于运输过程向着被运输物质的自由能增加的方向进行，所以该过程不能自发进行，需要提供能量才能完成。一些离子（如Na+、K+等）在细胞内外存在着显著的差异，并且细胞能够维持这种恒定的离子梯度差，正是相关载体蛋白（如Na+，K+—ATP酶等）介导的主动运输的结果。 载体蛋白相当于结合在细胞膜上的酶，有特异性结合位点，可与底物（溶质）发生暂时的、可逆性的结合和分离，且一种特异性载体只转运一种类型的分子或离子；转运过程类似于酶与底物作用的饱和动力学曲线；既可以被底物类似物竞争性抑制，又可以被痕量的某种成分（抑制剂）非竞争性抑制以及对PH的依赖性等，因此有人

离子通道蛋白和载体蛋白(离子泵)的异同

离子通道蛋白和载体蛋白（离子泵）的异同 相同点：化学本质均为蛋白质、分布均在细胞的膜结构中、都有控制特定物质跨膜运输的功能 不同点： 1.通道蛋白参与的只是被动运输,在运输过程中并不与被运输的分子结合,也不会移动,并且是从高浓度向低浓度运输,所以运输时不消耗能量。 2.载体蛋白参与的有主动运输和协助扩散，在运输过程中与相应的分子结合，并且会移动。在主动运输过程中由低浓度侧向高浓度运动，且消耗代谢能量；在协助扩散过程中，由高浓度侧向低浓度侧运动，不消耗代谢能。（注;协助扩散也属于被动运输） 相关资料： 1、被动运输的通路称离子通道，主动运输的离子载体称为离子泵。生物膜对离子的通透性与多种生命活动过程密切相关。例如，感受器电位的发生，神经兴奋与传导和中枢神经系统的调控功能，心脏搏动，平滑肌蠕动，骨骼肌收缩，激素分泌，光合作用和氧化磷酸化过程中跨膜质子梯度的形成等。 离子通道依据其活化的方式不同，可分两类：一类是电压活化的通道，即通道的开放受膜电位的控制,如Na+、Ca+、Cl-和一些类型的K+通道；另一类是化学物活化的通道，即靠化学物与膜上受体相互作用而活化的通道，如Ach受体通道、氨基酸受体通道、Ca+活化的K+通道等。 2、细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白（carrier protein）和通道蛋白（channel protein）。

载体蛋白又称做载体（carrier）、通透酶（permease）和转运器（transporter）。能够与特异性溶质结合，通过自身构象的变化，将与它结合的溶质转移到膜的另一侧。载体蛋白有的需要能量驱动，如：各类ATP驱动的离子泵；有的则不需要能量，以自由扩散的方式运输物质，如：缬氨酶素。这里要注意，之所以称为通透酶，是因为它与所运输物质之间有对应关系，特意性强。 通道蛋白与所转运物质之间的结合较弱，它能形成亲水的通道（可以想象为亲水的孔，如porin），当通道打开时能允许特定大小的溶质通过，特异性不如载体蛋白强。所有通道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质，不消耗能量。 （我是一相关大学教师，但愿能帮到你）。 3、协助扩散(facilitated diffusion)是小分子物质经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学梯度跨膜的转运。膜转运蛋白可分为两类:一类是通道(channel)蛋白,另一类是载体(carrier)蛋白。（1）.离子通道(ion channel) 离子通道被认为是细胞膜中一类内在蛋白构成的孔道。可为化学方式或电学方式激活，控制离子通过细胞膜顺电化学势流动。（2）载体载体也是一类内部蛋白,由载体转运的物质首先与载体蛋白的活性部位结合,结合后载体蛋白产生构象变化,将被转运物质暴露于膜的另一侧,并释放出去。由载体进行的转运可以是被动的(顺电化学势梯度)，也可以是主动的(逆电化学势梯度)

细胞生物学第五章跨膜运输习题及答案 done

第五章：物质的跨膜运输与信号传递 1．比较主动运输与被动运输的特点及其生物学意义。 答：被动运输是指通过简单扩散或者协助扩散实现物质有高浓度向低浓度方向的跨膜转运。 动力来自物质的浓度梯度不需要细胞代谢的能量。被动运输为那些无需耗能跨膜的物质提供了一个快速跨膜的通道。 主动运输是指由载体蛋白介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度，从浓度低的一侧香浓度高的一侧进行跨膜转运的方式。与能量偶联，为细胞提供需要的物质和维持细胞渗透压（Na-K泵制造反向压力）等。 2．小肠上皮细胞膜上的载体蛋白转运葡萄糖，什么时候是协同运输，什么时候是协助扩散？ 答：葡萄糖通过Na驱动的同向转运方式进入小肠上皮细胞是协同运输；由GLUT蛋白所介导的细胞对葡萄糖的摄取使葡萄糖进入血液是协助扩散。 3．两类膜转运蛋白工作原理的主要差别如何？ 答：两类膜转运蛋白是指载体蛋白和通道蛋白。 载体蛋白（carrier proteins），它既可介导被动运输，又可介导逆浓度梯度或电化学梯度的主动运输，如：氨基酸、核糖等通过载体蛋白选择结合跨膜转运，每种载体蛋白只能与特定的溶质分子结合。 通道蛋白（channel proteins），只能介导顺浓度梯度或电化学梯度的被动运输。选择性开启离子通道。通道蛋白所介导的被动运输不需要与溶质分子结合，横跨形成亲水通道，允许适宜大小的分子和带电荷的离子通过。 4．说明Na＋－K＋泵的工作原理及其生物学意义。 答：钠钾泵：（Na＋—K＋泵） 在细胞内侧a亚基与Na结合促进ATP水解， a亚基上的一个天门冬氨基酸残基磷酸化引起a亚基构象发生变化，将Na泵出细胞； 同时细胞外的K与a亚基的另一个位点结合，使其去磷酸化，a亚基构象再度发生变化将K泵进细胞，完成整个循环。 每消耗一个ATP分子，泵出3个Na和泵进2个K

浅议通道蛋白和载体蛋白的区别

浅议通道蛋白和载体蛋白的区别 高中人教版必修一《分子与细胞》教材在74页“科学前沿”中提到：2003年诺贝尔化学奖授予了美国科学家阿格雷和麦金农，他们因研究离子通道而获奖；不仅如此，人教版必修三《稳态与环境》在18页讲述静息电位和动作电位的离子基础时也提到：静息时，由于膜主要对K+有通透性，造成K+外流，这是静息电位产生和维持的主要原因；受到刺激时，细胞膜对Na+的通透性增加，Na+内流，使兴奋部位膜内侧阳离子浓度高于外侧，表现为内正外负。上面讲的K+外流与Na+内流其实都是通过膜上的离子通道完成的。同样是必修一教材，在“物质跨膜运输的方式”一节中，提到协助扩散和主动运输都要依赖膜上的载体蛋白来完成。通道蛋白和载体蛋白都与相关物质的跨膜运输有关，那么两者到底有什么区别呢？要回答这个问题，我们先从膜转运蛋白谈起。 在细胞膜上广泛存在着膜转运蛋白（membrane transport proteins），负责无机离子和水溶性小分子的跨膜运输。膜转运蛋白分为两类：一类称为载体蛋白（carrier prote is），它既可以介导被动运输，又可以介导逆浓度或者电化学梯度的的主动运输；另一类为通道蛋白（channel proteins），只能介导顺浓度或化学梯度的被动运输（协助扩散） 1 载体蛋白 载体蛋白是几乎所有类型的生物膜上普遍存在的多次跨膜蛋白分子。每种载体蛋白能与特定的溶质分子结合，通过一系列构象的改变介导溶质分子跨膜转运，相关模型见下图： 图 1 示载体蛋白通过构想改变介导溶质（葡萄糖）被动运输的假想模 该图中膜上的载体蛋白以两种构象状态存在：状态A时溶质结合位点在膜外侧暴露；状态B时，同样的溶质结合位点在膜内侧暴露。该模型认为，两种构象状态的改变是随机发生的。假如溶质浓度在膜的外侧高，则状态A→状态B的转变比状态B→状态A的转变更常发生，因此溶质顺浓度梯度进入细胞。换句话说，物质究竟向哪个方向运输，取决于该物质在膜两侧的浓度差。除了被动运输，载体蛋白还介导逆浓度梯度的主动运输。由于运输过程向着被运输物质的自由能增加的方向进行，所以该过程不能自发进行，需要提供能量才能完成。一些离子（如Na+、K+等）在细胞内外存在着显著的差异，并且细胞能够维持这种恒定的离子梯度差，正是相关载体蛋白（如Na+，K+—ATP酶等）介导的主动运输的结果。 载体蛋白相当于结合在细胞膜上的酶，有特异性结合位点，可与底物（溶质）发生暂时

钠钾泵、载体、通道蛋白

钠钾泵、载体、通道蛋白 活细胞最基本的特征是新陈代谢。每一种活细胞每时每刻都在与内环境进行物质交换，它们所需要的物质不仅种类繁多、性质各异，而且大多数是不溶于脂质的，或者是水溶性大于脂溶性的。而构成细胞膜的基本骨架又是磷脂双分子层，那么能够直接穿过脂质层出入细胞的物质极少，而大多数物质的分子或离子进出细胞都与细胞膜的结构、特性及其他因素有关。 不同种类的细胞膜上蛋白质种类不同，通透性也各异，而且不同的分子或离子直径大小不同，性质也不同，所以细胞允许它们通透的情况也不一样，进出的方式也不同。一般有自由扩散、协助扩散和主动运输三种方式。不同的进出方式有相同或不同的影响因素。 一(物质浓度的影响作用 通过自由扩散和协助扩散进出细胞的物质，主要影响因素就是细胞膜内外溶质分子或离子数量差，尤其是自由扩散，只要两边浓度不一样就会从高浓度一边向低浓度一边扩散。如O2、H2O等。协助扩散还有其他影响因素。 二(载体、通道、离子泵的影响作用 载体、通道、离子泵主要影响协助扩散和主动运输，尤其是主动运输，它们与细胞膜上的蛋白质有关。膜内的各种蛋白质分子具有不同结构和功能，生物膜的功能在很大程度上决定于这些蛋白质分子。如物质交换、能量的转移、信息传递等。因为构成膜的蛋白质分子大都可以运动，且只局限同一分子层内作横向运动，这样即完成了物质交换，又保持了某结构的稳定性。 1( 载体蛋白质的作用 协助扩散和主动运输都必须载体蛋白质来运载物质。载体的功能与其本身的结构有很大的关系。

(1)高度特异性。就是载体具有专一性。如同样浓度的葡萄糖，左旋结构的比右旋结构的容易进入细胞。说明载体有结构的特异性。 (2)有饱和现象。一般运输的数量与浓度成正比，但当浓度超过一定限度时运输不再增加，说明载体的数量有限。 (3)竞争性。两种物质的结构如果相似，它们会竞相与载体结合，甲多结合一个，乙就少结合一个。 2(通道蛋白的作用 通道蛋白是肽链因折叠而形成的球形蛋白质分子，整个球体表面有疏水性，与周围脂质相吸引，结合紧密。而折叠时中间形成亲水孔洞，这一孔洞就会成为沟通膜两侧的水相通路，水及水中的物质将沿这一孔洞出入细胞，在细胞膜中起通道作用，但通道的开放还要受一定的机制调节。 3(离子泵的作用 离子泵在细胞膜中很多，最普遍的要算钠—钾离子泵，它能始终保持膜内高 K+、、膜外高Na+ 状态。原因是:钠—钾离子泵能够在消耗能量的情况下，逆浓度梯度把膜内的Na+移出膜外，把膜外的K+、移入膜内，分子生物学家研究证明:钠—钾离子泵实际上就是镶嵌在膜内的一种特殊的蛋白质，她除了有物质运转功能外，本身还具有酶的活性。她的启动和活动强度显然与膜内高K+，膜外高Na+有关。 二(能量的影响作用 1(势能的作用 以分子本身势能为动力转运的物质多见于自由扩散和协自由扩散。有人 说:“自由扩散和协助扩散是不消耗能量的”。其实不然，根据运动学原理，溶液中的一切分子或离子都处在不断热运动之中，即分子本身存在势能。势能大小一方面决定于溶液浓度。我们平常所说的不消耗能量只是指分子势能以外的能量罢了，

协助扩散与离子通道

协助扩散与离子通道（选自细胞生物学） 根据不同物质通过膜的方式不同：被动运输、主动运输以及内吞和外排作用三个途径。 一.被动运输： 包括自由扩散和促进扩散。参与被动运输的膜运输蛋白主要有两大类：通道蛋白和载体蛋白。此外离子载体也参与被动运输。 1.通道蛋白：是一类跨膜蛋白，个有跨膜的亲水通道，能使水、小的水溶性分子、离子 等被动通过膜。 A.水通道或称水孔：在质膜上一部分通道蛋白带电荷的亲水区形成小的水通道，使水 及小的水溶性的溶质通过简单的自由扩散从膜的一侧到另一侧。通道蛋白不直接与小的带电荷的溶质相互作用。这些小的水溶性演技直接经扩散作用通过水孔进出细胞。 B.离子通道：由于膜上的大部分通道蛋白仅能通过无机离子，故得名。在离子通道上 常具有门，因此又称门通道。它与简单的水孔不同，不仅有门，且对离子通过有高度的选择性。一种通道只允许一种类型的离子通过，其它的不能通过。对离子的选择性于离子通道的直径和形状，也准定于通道里面的带电荷氨基酸的分布。例如，窄的秒能通过大的离子；具负电荷衬里的通道，则制止了负离子的进入。离子通道与简单水孔不同，它不是连续地开放，而是瞬时地开放。 包括：配体门通道（钠离子通道）、电子门通道（神经细胞传送电信号：神经肌肉接头）、压力门通道（内耳听毛细胞质膜上具有）。 2.载体蛋白：是参与被动运输的另一类运输蛋白，也是跨膜蛋白分子，能与特定的分子——一些小的有机分子（如糖、氨基酸、核苷酸等）或金属离子等结合通过膜。这种物质运输称为促进扩散，也称为易化扩散或协助扩散。载体有高度的选择性。 3.离子载体：是小的疏水分子，溶于膜的脂双分子层中，大部分是微生物合成的，它能保护带电荷的离子顺着电化学梯度通过脂双层。（如缬氨霉素属于可动离子载体；离子载体A23187等） 二.主动运输 1.ATP—驱动泵：这类泵本身也是一种酶—ATP酶。这能催化ATP，由ATP水解提供能量，主动运输Na+、K+、Ca2+等，由于运输溶质不同，而分为钠钾泵和钙泵等等。 2.协同运输： 3.光驱动泵

“通道蛋白”

背景材料 通道蛋白是一类横跨细胞膜磷脂双分子层的蛋白质，能使适宜大小的分子及带电荷的分子通过简单的扩散运动。 通道蛋白分为水通道蛋白和离子通道蛋白，它们参与的只是被动运输，在运输过程中并不与被运输的分子结合，也不会移动。 100多年前，人们就猜测细胞存在着很多“城门”，它们只允许特定的分子或离子出入。 20世纪50年代中期，科学家发现细胞膜中存在着某种通道只允许水分子出入，称之为水通道。 20世纪80年代中期，美国科学家彼得?阿格雷研究了不同的细胞膜蛋白，经过反复研究，他发现一种被称为水通道蛋白的细胞膜蛋白就是人们寻找已久的水通道。2000年，彼德?阿格雷与其他研究人员一起公布了世界第一张分辨率为0.38纳米的高清晰度的立体结构图，详细解释了水分子是如何通过该通道进入细胞膜的（如上图），而其他分子或离子无法通过的原因。 科学家发现水通道广泛存在于动物、植物和微生物中。到目前为止，在哺乳动物至少发现有13种水通道蛋白，即aqp 0～12。 离子通道是由蛋白质复合物构成的。一种离子通道只允许一种离子通过，并且只有在特定刺激发生时才瞬间开放。 1988年，罗德里克?麦金农利用x射线晶体成像技术获得了世界第一张离子通道（取自青霉）的高清晰度照片，并第一次从原子层次揭示了离子通道的工作原理。麦金农的方法是革命性的，它可以让科学家观测离子在进入离子通道前的状态，在通道中的状态，以及穿过通道后的状态。 很多疾病是由于细胞膜通道功能紊乱造成的。哮喘发作时，水分子运动在气道阻塞中起重要作用，特别在冷哮喘或运动哮喘时，上皮黏膜下血管（含aqp1）、气管及支气管（含aqp3和aqp4）的肿胀是形成气道阻塞的重要原因。脑中风病人神经细胞膜上的谷氨酸nmda型受体会被过度活化，钠离子通道、钙离子通道大量进入神经细胞，膜电压发生变化并以正反馈的方式引发更多钙离子的进入，结果使得神经细胞大量死亡。 试题链接 1.生物膜的基本特点之一是能够维持相应环境内的物质浓度，这对于完成不同的生命活动具有重要作用，这种维持依赖于生物膜的运输。根据是否需要能量，将物质的跨膜运输分为两大类，即被动运输和主动运输。请回答： （1）被动运输包括三种类型，除外，另外两类都需要膜蛋白的协助：通道蛋白和载体蛋白，其中，可在膜两侧进行移动运输的是。 （2）离子载体是一些能够极大提高对某些离子通透性的物质，目前发现的大多数离子载体是细菌产生的抗生素，它们能够杀死某些微生物。其中短杆菌肽a是一种十五肽的离子载体，它能有选择地将单价阳离子顺浓度通过膜，如h+、nh4+、k+、na+等，最终使膜内外部分单价阳离子浓度趋于平衡。据此推测这类抗生素的杀菌机理是。 （3）人工合成的仅由磷脂双分子层构成的封闭球状结构称为脂质体，所有带电荷的分子不管它多小，都很难通过脂质体，即使脂质体外离子浓度很高。这是因为磷脂双分子层的（内部、外部）是疏水的。缬氨霉素是一种十二肽的抗生素，若将它插入到脂质体的脂双层内，可使k+的运输速度提高100，000倍，但却不能有效提高na+的运输速率，由此可以得出：①；②。 （4）主动运输所需的载体蛋白实际上是一些酶蛋白复合体。与被动运输不同，该类膜蛋白都能水解，但与普通的酶不同的是，它不对所转运的分子进行催化。

人教版高一生物必修一科学前沿 授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究教学设计

科学前沿“授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究”教学设计 课时：共1课时 1、教学目标 知识方面：说明物质跨膜运输的方式；简述通道蛋白的发现历程、研究意义；进行简单的实验设计。 能力方面：能从所给资料中获取关键信息；培养解决图表类问题的能力。情感态度价值观：通过问题探讨、体验获得新知识的愉悦，感受生物学与生活的密切联系。 2、重点难点 （1）教学重点： 物质跨膜运输的方式；水通道蛋白、离子通道蛋白的发现历程；转录、翻译的过程。 （2）教学难点： 探究实验的设计。 解决方法：通过分组讨论，播放相关的多媒体动画，练习相关高考题。3、教学过程 活动1【导入】复旧引新 上新课之前。老师先请同学们看一部动画大片。有没有兴趣啊？（有）好精彩马上呈现！（播放动画）这部动画片的剧情是什么呢？哪位同学看出来了给大家说一下。好XX同学。（物质跨膜运输的方式）都提到了哪些运输方式呢？（自主扩散、协助扩散、主动运输）其中协助扩散有几种？（２种）一种是载体蛋白协助的，一种是通道蛋白协助的。什么是通道蛋白？研究通道蛋白有什么重要意义呢？我们通过教材七十四页科学前沿的内容“授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究”的学习来回答这些问题。 活动2【讲授】讲解新知 2003年。瑞典皇家科学院宣布，把当年的诺贝尔化学奖授予彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农。以表彰他们在细胞膜通道方面做出的开创性贡献，阿格

雷得奖是因为发现了细胞膜水通道，而麦金农的贡献，主要是在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面。这也正好是通道蛋白的两大类型。我们首先了解一下水通道蛋白的有关知识。什么是水通道蛋白呢蛋白呢？ 水通道蛋白（Aquaporin），又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质（内在膜蛋白），在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞的进出，就像是“细胞的水泵”一样。水通道蛋白是专门运输水的跨膜蛋白，其基因结构、基因表达调控、染色体定位、蛋白质结构、组织分布和生理功能得到了较为深入的研究。水通道蛋白种类多，到目前为止仅在人体细胞已发现11种水通道蛋白。第一种水通道蛋白是怎么样被发现的呢？我们来学习水通道蛋白的发现历程。水通道蛋白的发现者是（阿格雷）。 彼得·阿格雷（Peter Agre），1949年生于美国，1974年在巴尔的摩市的约翰·霍普金斯大学医学院获医学博士，之后在该学院担任生物化学教授和医学教授。2004年到杜克大学,担任医学院副院长。由于发现了细胞膜水通道蛋白，2003年获得诺贝尔化学奖。 我们知道包括人类在内的多数生物都是由细胞组成的。细胞如同一个城墙围起来的微小城镇，有用的物质不断被运进来，废物不断被运出去。早在100多年前,人们就猜测细胞这一微小城镇的城墙中存在着很多“城门”,它们只允许特定的分子或离子出入。这个小城镇含量最多的是水所以控制水出入的城门应该是不可或缺的。通过水的进进出出可以实现细胞的很多功能。 20世纪50年代中期,许多科学家通过大量实验证实水分子能快速，大量通过红细胞，而其他分子或离子（H+）不能通过，这种现象同样存在于唾液腺，肾脏和膀胱等细胞中。有科学家提出水是通过某种蛋白质的介导而进入细胞的。但是很遗憾一直没有人发现这种蛋白质。 1988年，彼得·阿格雷在分离提纯兔子Rh血型抗原蛋白时,偶然发现了一种相对分子质量为28kDa的蛋白质分子。命名为CHIP28。 1991年测定了28KDa蛋白N端的35个氨基酸。同一年，克隆了该蛋白的

细胞生物学思考题(第5、6章及答案)

第五章 1. 比较载体蛋白和通道蛋白的特点。 答：载体蛋白和通道蛋白都是膜转运蛋白，两者以不同的方式辨别溶质（即决定运输某种溶质而不运输另外的溶质），通道蛋白根据溶质大小和电荷进行辨别，主要转运离子，载体蛋白只容许与载体蛋白上结合部位相合适的溶质分子通过。与载体蛋白相比，通道蛋白具有极高的转运速率（比已知任何一种载体蛋白最快转运速率要高1000倍以上），通道蛋白转运没有饱和值而载体蛋白转运过程有类似于酶和底物作用的饱和动力学特征，通道蛋白是门控开放而载体蛋白介导溶质转运时发生构象转变是随机发生的。 2. 比较主动运输与被动运输的特点及其生物学意义。 答：主动运输和被动运输的特点： （1）浓度梯度：主动运输是物质逆浓度梯度或电化学梯度由低浓度一侧向高浓度一侧跨膜转运的方式；而被动运输是物质顺浓度梯度或电化学梯度由高浓度向低浓度方向的跨膜转运。 （2）是否需能：主动运输需要代谢能（由A TP水解直接提供能量）或与释放能量的过程相偶联（协同运输）；而被动运输不需要提供能量。 （3）膜转运蛋白：主动运输需要载体蛋白介导；被动运输有些需要载体介导（协助扩散、水孔蛋白），有的不需要（简单扩散）。 被动运输意义： 保证细胞或细胞器从周围环境中或表面摄取必要的营养物质及将分泌物、代谢物以及一些离子排到细胞外。 主动运输意义： （1）保证细胞或细胞器从周围环境中或表面摄取必要的营养物质，即使这些营养物质在周围环境中或表面的浓度低； （2）能够将细胞内的各种物质，如分泌物、代谢物以及一些离子排到细胞外，即使这些营养物质在细胞外的浓度比细胞内的浓度高得多； （3）能够维持一些无机离子在细胞内恒定和最适的浓度，特别是K+、Ca2+和H+的浓度。3. 简述Na+-K+泵的工作原理及其生物学意义。 答：Na+-K+泵具有A TP酶活性，由大小两个亚基组成，小亚基（β亚基）是个糖蛋白，大亚基（α亚基）是跨膜蛋白，在其胞质面有一个A TP结合位点和三个高亲和Na+结合位点，在膜的外表面有二个K+高结合位点和一个乌本苷的结合位点。离子泵的工作原理是通过A TP驱动的泵的构象变化来完成离子转运。首先由Na+结合到α亚基的Na+结合位点，这一结合刺激了A TP水解，α亚基磷酸化，导致蛋白构象改变，并暴露Na+结合位点面向胞外，使Na+释放至胞外；与此同时，也将K+结合位点朝向细胞表面，结合胞外K+后刺激α亚基去磷酸化，并导致蛋白构象再次变化，将K+结合位点朝向胞质面，随即释放K+至胞质溶胶内。最后蛋白构象又恢复原状。 生物学意义： a. 形成跨膜电势。由于K+由内向外泄露建立跨膜电势，对电压门通道，神经冲动起传递作用。 b. 维持渗透压。细胞内生物大分子物质水解，产生电离，带负电荷，从而吸引胞外Na+进入；细胞内Na+升高后，使水分进入细胞，由此引起细胞的膨胀，然后再通过Na+-K+泵，泵出