通道蛋白知识背景及相关习题

 一、知识背景：

细胞膜是防止细胞外物质自由进入细胞的屏障，它保证了细胞内环境的相对稳定，使各种生化反应能够有序运行。但是细胞必须与周围环境发生信息、物质与能量的交换，才能完成特定的生理功能。因此细胞必须具备一套物质转运体系，用来获得所需物质和排出代谢废物，据估计细胞膜上与物质转运有关的蛋白占核基因编码蛋白的15~30%，细胞用在物质转运方面的能量达细胞总消耗能量的三分之二。

细胞膜上存在两类主要的转运蛋白，即：载体蛋白和通道蛋白。载体蛋白又称做载体、通透酶和转运器，能够与特定溶质结合，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。通道蛋白与所转运物质的结合较弱，它能形成亲水的通道，当通道打开时能允许特定的溶质通过，所有通道蛋白均以自由扩散的方式运输溶质。

通道蛋白是衡跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过，故又称离子通道。有些通道蛋白形成的通道通常处于开放状态，如钾泄漏通道，允许钾离子不断外流。有些通道蛋白平时处于关闭状态，即“门”不是连续开放的，仅在特定刺激下才打开，而且是瞬时开放瞬时关闭，在几毫秒的时间里，一些离子、代谢物或其他溶质顺着浓度梯度自由扩散通过细胞膜，这类通道蛋白又称为门通道。

不同通道对不同离子的通透性不同，即离子选择性。这是由通道的结构所决定的，只允许具有特定离子半径和电荷的离子通过。但通道的离子选择性只是相对的而不是绝对的，比如，钠通道除主要对Na⁺通透外，对NH₄⁺也通透，甚至于对K⁺也稍有通透。

    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。后来发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高, 很难以简单扩散来解释。如将红细胞移入低渗溶液后，很快吸水膨胀而溶血，而水生动物的卵母细胞在低渗溶液不膨胀。因此，人们推测水的跨膜转运除了简单扩散外, 还存在某种特殊的机制, 并提出了水通道的概念。

    1988年阿格雷在分离纯化红细胞膜上的Rh血型抗原时，发现了一个28 KD 的疏水性跨膜蛋白，称为CHIP28，1991年得到CHIP28的cDNA 序列，阿格雷将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，并于5 分钟内破裂，纯化的CHIP28置入脂质体，也会得到同样的结果。细胞的这种吸水膨胀现象会被Hg²⁺抑制，而这是已知的抑制水通透的处理措施。这一发现揭示了细胞膜上确实存在水通道，阿格雷因此而与离子通道的研究者麦金农共享2003年的诺贝尔化学奖。

二、相关习题：

1．“获得细胞蛋白质详图”是2005年全球十大科技成果之一。科学家揭示出的电压控制的钾通道，这是迄今为止获得的最高分辨率的分子图像。这些通道是负责钾离子进出细胞的看门蛋白质，它们在神经和肌肉细胞上的作用，与晶体管在计算机中的作用一样。这是继2003年诺贝尔化学奖表彰的成果后，又一个关于细胞膜上离子通道的研究成果。这一成果从另一侧面证明了细胞膜具有（  ）

　  A．免疫功能  　　        B．进行细胞间的信息传递的功能

C．识别功能    　　      D．控制物质进出细胞的功能

2．美国科学家阿格雷与另一位科学家分享了2003年诺贝尔化学奖，他的研究成果是发现了细胞膜上专门供水分子进出的通道。完成水通道科学研究过程如下：

（1）发现：科学家发现水分子能通过细胞膜。

（2）疑问：水究竟怎样通过细胞膜？

（3）推理：20世纪80年代，美国科学家阿格雷认为细胞膜上的某种蛋白质就是水通道。

（4）操作：

①要想证实细胞膜上的水通道是否是蛋白质，一般情况下，最好用____________同位素进行标记研究。

A．¹⁵N            B．³⁵S           C．³²P          D．¹⁸O

②他把含这种蛋白质的正常细胞和脱去这种蛋白质处理后的细胞放在相同水溶液中，结果发现前者能_______________________，后者_______________________。

（5）得出：____________________________。

（6）以上研究过程运用假说—演绎推理法的基本步骤是_____________→______________→_______________→_______________。

3．彼得•阿格雷由于发现了细胞膜上的水通道而获得2003年诺贝尔化学奖。我们知道，人体有些细胞能很快的吸收水分，而另外一些细胞则不能吸收水分，早在19世纪中期，科学家就猜测细胞膜有允许水分和无机盐进入的通道，每个通道每秒种有几十亿个水分子通过。但这一猜想未得到证实。

⑴细胞膜的结构特点是__________________，重要特性是_________________________。

⑵离子通道运输离子_______（填写需要或不需要）先与载体结合，属于_________过程。

⑶离子通道的特性是由__________________________决定的。

⑷水通道、离子通道和离子载体运输物质时的共同特点有_______________________性。

⑸水通道和离子通道的结构和功能不同的这一事实，表明_________________________。

⑹细胞膜上与细胞的识别、免疫反应、信息传递、血型决定有着密切关系的化学物质是（   ）

A．核酸         B．磷脂         C．糖蛋白        D．脂肪

⑺下列哪种物质分子不能以跨膜运输方式进入细胞（    ）

A．水分子或脂质分子            B．大分子或颗粒性物质  

C．带电荷的小分子或离子        D．不带电荷的小分子

D

〖答案〗：（4）①B；②正常吸收水分；不能吸收水分（5）细胞膜上的某种蛋白质就是水通道（6）发现问题；提出假设；实验验证；得出结论

〖答案〗（1）具有一定的流动性；选择透过性（2）不需要；被动运输（3）DNA（4）特异

（5）细胞对水分和离子的吸收具有选择性，吸收水和离子之间具有独立性（6）C（7）B