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载体转运和通道转运有何特点和区别

发布时间:2019-07-28 05:49 来源:未知 编辑:admin

  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。

  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。通道蛋白可以是单体蛋白,也可以是多亚基组成的蛋白,他们都是通过疏水的氨基酸链进行重排,形成水性通道。某些通道蛋白在革兰氏阴性细菌的外膜、线粒体或叶绿体的外膜上形非选择性的通道。绝大多数的通道蛋白形成有选择性开关的多次跨膜通道。这些通道可分为两大类:离子通道和水通道。

  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(图2)。离子通道在神经元与肌细胞神经冲动传递过程中其重要作用。如含羞草的闭叶反应,草履虫的快速转向运动,内耳听觉的感应等都与离子通道有关 。

  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。目前在人类细胞中发现的水通道至少有11种,在实验植物拟南芥中已发现35个这类水通道。水通道的活性调节可能具有以下途径:通过磷酸化使AQP(水通道蛋白)活性增强;通过膜泡运输改变膜上AQP的含量,如血管加压素(抗利尿激素)对肾脏远曲小管和集合管上皮细胞水通透性的调节;通过调节基因表达,促进AQP的合成。

  上面已经较为详细地描述了载体蛋白和通道蛋白的一些特点,下来我们再简要概括一下两者之间的相同点和区别:

  3.1 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。

  ①、通道蛋白参与的只是被动运输(协助扩散),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运输和协助扩散,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。在主动运输过程中被运输物质由低浓度侧向高浓度移动,需要消耗代谢能量;在协助扩散过程中,由高浓度侧向低浓度侧运动,不消耗代谢能。

  ②、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)。

  ③、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[3],载体蛋白无此特性。

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