科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究教学目标

通道蛋白和载体蛋白

【目标】

1、掌握通道蛋白

2、比较通道蛋白和载体蛋白。

【问题组一】 1.水的跨膜运输的方式是什么？

2.水是否有其他运输方式？

【学法指导】

学法指导：请同学们回顾上节所学内容，认真回答

要求：请同学们独立思考，理清思路，组织好语言，进行个人展示

【学生个人展示】

【总结点拨】

细胞

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1988年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。

【问题组二】

通道蛋白和载体蛋白有何不同

【学生自学、讨论】

【小组交流展示】

【总结点拨】

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、载体蛋白和通道蛋白的异同

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；对被运输的物质具有高度的特异性或选择性。

不同点：

通道蛋白参与的只是被动运输（易化扩散）,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转运和易化扩散，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。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（1000倍以上）。

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，载体蛋白无此特性。

【小结】

同学们都知道水以自由扩散的方式进出细胞，但磷脂双分子层内部是疏水的，几乎阻碍所有水溶性分子通过。但是，在细胞必须与外界交换的物质中，有许多是水溶性的，早在100多年前，人们就推测细胞中存在特殊的输送水分子的通道。直到1988年，美国科学家阿格雷才成功的将构成水通道的蛋白质分离出来，证实了人们的推测。1998年，美国科学家麦金农测出了钾离子通道的立体结构。2003年10月8日，阿格雷和麦金农同时获得了诺贝尔化学奖。

因此，科学是在不断发展的，同学们应该在相信科学的同时，敢于想象，敢于创新，那么“一切皆有可能。”