科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究教案评析

通道蛋白的研究

——链接高中生物解题

唐山二中高三生物 刘春香

学习目标：

1.通过实验设计分析，培养学生的理性思维，增强学生的实验探究能力、语言表述能力。

2.通过相关试题分析，增强对知识的理解应用能力、逻辑推理能力。

【能力提升】

2003年研究细胞水通道和离子通道的科学家获得了诺贝尔化学奖。科学家研究细胞膜上的各种蛋白质时，通过测定氨基酸序列及其相应的DNA序列，发现了一种细胞水通道蛋白，并推测细胞渗透吸水、失水过程中，水分子进出细胞需通过此通道。为验证这一假设，科学家得到了如下材料：

A．分离纯化的水通道蛋白；

B．含有水通道蛋白的细胞

C．去除水通道蛋白的细胞；

D．蒸馏水

E．磷脂双分子层构成的内含水溶液的球状体（其膜结构能与加入的蛋白质结合）；

某生物小组同学设计了以下实验研究水通道：取两只培养皿，加入一定量的蒸馏水，一只放入一定量含有水通道蛋白的细胞，另一只放入一定量的除去水通道蛋白的细胞，在相同的条件下放置一段时间后用显微镜观察。加入水通道蛋白的细胞吸水胀破，不含有水通道蛋白的细胞，保持原状。

结论：水分子通过水通道蛋白进入细胞内部。

（1）此实验的目的是______________________________________________________。

（2）选取科学家找到的材料设计另外一个实验，验证科学家提出的假设。

方法：_______________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 预计将出现的现象：___________________________________________________________ 结论：_______________________________________________________________________ 【基础过关】

1. 下列关于通道蛋白的说法，不正确的是（ ）

A. 一种离子通道只允许一种离子通过

B. 离子通道与细胞内外渗透压的调节有关

C. 水通道蛋白是覆盖在细胞膜表面的蛋白质

D. 离子通道只在对特定刺激发生反应时才瞬时开放

2.已知离子泵是一种载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子；离子通道是

一种通道蛋白，受到适当的剌激，通道会打开，离子顺浓度梯度跨膜运输。下列叙述错误的是（ ）

A. 使离子通道打开的适当刺激有可能是神经递质

B. 离子通过离子泵进行的跨膜运输属于主动运输

C. 温度能够影响离子泵和离子通道进行跨脱运输

D. 通道打开和关闭与蛋白质空间结构的变化无关

3. 如图表示细胞膜的结构和跨膜运输过程，甲表示载体蛋白，乙表示离子通道蛋白，下列分析不正确的是（ ）

A. 在肾小管处，原尿中的K通过甲过程进入上皮细胞内

＋2＋B. 运输K的载体蛋白甲和离子通道蛋白乙不能运输Ca

C. 若该图表示神经纤维的细胞膜，则A侧为神经细胞膜的内侧，B侧为神经细胞膜的外侧

D. 乙介导的是顺离子浓度梯度的运输

4.

经研究发现，某种麻醉药在局部单独使用时不能通过细胞膜所以起不到麻醉作用，与辣椒素共同使用时可抑制突触处的兴奋传递，其作用机理如图所示．

＋

（1）如图所示，若在静息时有较多离子通过通道蛋白Ⅰ出细胞，则通道蛋白Ⅰ为

_________通道，此时突触后膜A侧呈_________电位，B侧呈_________电位．

（2）辣椒素的作用机理是与_________结合，进而改变_________，使得麻醉药可以进入细胞内．

（3）据图推断，该麻醉药的作用机理是堵塞了通道蛋白Ⅲ，导致_________无法内流，以至无法产生兴奋，所以通道蛋白Ⅲ为_________通道．

（4）图示所示突触后膜可以是下一个神经细胞的__________________．

【能力提升】

离子通道是细胞膜上仅能使无机盐离子选择性被动通过的一类通道蛋白。在离子通道上常具有门，因此又称为门通道。根据门开关条件的不同，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；配体门通道门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；压力激活通道门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)。请分析回答问题。

(1)乙酰胆碱的释放体现了细胞膜在结构上具有一定的________性。

(2)神经肌肉接头处的离子通道X、Y、Z中属于配体门通道的是________。

2＋(3)进入突触小体中的Ca的作用是____________________，从而使兴奋传导信号类型发生的转变是________________。

＋2＋(4)图2中，Na和Ca跨膜运输过程________(填“需要”或“不需要”)消耗能量。

(5)突触前膜和突触后膜都属于细胞的________系统，但它们执行不同的功能，从其组成成分上分析，原因是________________不同。

参考答案：

【能力提升】 （1）验证水分子进出细胞需通过水通道蛋白

（2）方法：A、将分离纯化的水通道蛋白与球状体混合，得到含有水通道蛋白的球状体；

B、取甲、乙两只培养皿，加入等量的蒸馏水；

C、将含有水通道蛋白的球状体放入甲培养皿中，将不含有水通道蛋白的球状体放入乙培养皿中；

D、在相同条件下放置一段时间。

预计将出现的现象：含水通道蛋白的球状体吸水胀破，不含水通道蛋白的球状体保持原状

结论：水分子通过水通道蛋白进入球状体

【基础过关】

1.C 2.D 3.C +4. （1）K或钾离子 正 负

（2）通道蛋白Ⅱ通道蛋白Ⅱ的空间结构

++（3）Na或钠离子 Na或钠离子

（4）胞体、树突或轴突处

【能力提升】

(1)流动

(2)Y (3)促进神经递质的释放

电信号→化学信号

(4)不需要

(5)生物膜

蛋白质的种类和数量

【课堂收获】