“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。

2.离子通道的开放和关闭，称为门控。根据门控机制的不同，大体分为电压门通道、配体门通道和压力激活通道（如图1）。电压门通道由膜电位控制门的开关；配体门通道的开关取决于细胞内外特定的物质（配体）与相应的通道蛋白（受体）结合，从而影响离子进出细胞；压力激活通道的开关取决于机械力的作用。图2是神经肌肉接头处传递神经冲动、刺激肌肉收缩过程中相关离子通道先后开放和关闭的示意图（各门通道开放顺序以数字标注）。请分析回答：