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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]。

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