高中生物必考知识，快速学习——通道蛋白
在生物学中我们知道，活细胞外面有一层由磷脂组成双层膜,称为双磷脂细胞膜。它将细胞的内环境物质及细胞器等与外部环境区分开。水、离子以及其他极性分子一般不能透过这层双磷脂细胞膜。但是细胞生命活动经常需要有选择性地对这些物质进行快速跨膜传输。在水和离子的跨膜运输中，通道蛋白发挥着重要作用。那么通道蛋白是如何发挥作用的，在高中学习中，我们如何快速理解并掌握！快戳以下视频，和小编一起学习！更多关于“物质进出细胞的方式”知识内容详戳图中小程序链接通道蛋白的研究是对物质通过细胞方式的重要进展，以下是小编对前人的研究成果做了简单的综述，学习之余一起了解一下通道蛋白的“前世今生”！
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水通道蛋白
认识到细胞膜中有通道蛋白却非易事。水分子比较小，人们曾经认为它们可以自由穿过细胞膜的分子间隙而进出细胞。后来，有人发现在动物肾脏内，水分子的跨膜运输速率远大于自由扩散的速率。科学研究证明，水分子跨越细胞膜的快速输运是通过细胞膜上的一种水通道蛋白(aquaporin,AQP)实现的。一个AQP1水通道蛋白分子每秒钟可以允许30亿个水分子通过。
水通道蛋白结构模式图
年,科学家在用氢的同位素标记的水分子进行研究时，发现水分子在通过细胞膜时的速率高于通过人工膜。此后，类似的实验结果不时公之于众。科学家由此推断细胞中存在特殊的输送水分子的通道,但是并没有真正鉴定出水通道到底是由什么物质构成的。年Agre在分离纯化红血球细胞膜上的Rh血型抗原时，发现了一个疏水性跨膜蛋白，称为CHIP28，年，Agre将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾卵中，在低张溶液中，卵迅速膨胀，并于5分钟内破裂，纯化CHIP28置入脂质体，也得到同样结果。细胞这种吸水膨胀现象会被Hg2+抑制，而这是已知的抑制水通透处理措施。这一发现揭示细胞膜上确实存在水通道，Agre因此与离子通道的研究者RoderickMacKinnon共享年诺贝尔化学奖。在阿格雷发表相关研究成果之后，许多科学家开展了对细胞膜上水通道蛋白的研究,获得了丰硕成果。目前，人们已经从细菌、酵母、植物、动物的细胞中分离出多种水通道蛋白。在人类细胞中已发现了13种水通道蛋白，在哺乳动物中,水通道蛋白大量存在于肾脏、血细胞和眼睛等器官中,对体液渗透、泌尿等生理过程非常重要。如肾小球的滤过作用和肾小管的重吸收作用，都与水通道蛋白的结构和功能有直接关系。在拟南芥的细胞中已发现35种水通道蛋白，在植物当中,水通道蛋白直接参与根部水分吸收及整个植物的水平衡。由于水通道蛋白的存在,细胞才可以快速调节自身体积和内部渗透压。由此可见,水通道蛋白对于生命活动至关重要。国际学术界乐观估计，水通道技术的研究和应用将会打开人类长生不老的神秘大门。目前该技术已经开始使用于化妆品领域和纺织品技术领域。通过水通道技术，将人类需要的矿物金属元素通过化妆品和衣物面料和人体皮肤接触的机会渗透进人体组织之内。该技术的应用将会引发人类第一次关于自身的科学革命。目前瑞士苏黎世大学这方面的应用研究在全球处于领先位置。
甘油葡糖苷诱导水通道蛋白3在胶质细胞中的表达
（蓝色：细胞核，绿色：水通道蛋白3）
甘油葡糖苷，最早则是从复活草中提取出来的一种物质，相关研究表明，它具有激活水通道蛋白-3，维持了细胞渗透平衡和为肌肤细胞补充必须水分的功效。
02
科学家对其他通道蛋白的研究
钾、钠、钙等是细胞生活必需的,但这些无机离子带有电荷,不能通过自由扩散穿过磷脂双分子层。这些物质是通过细胞膜上的高子通道进行运输的。当然，这一认识并不是自古就有,而是到20世纪末期才逐渐变得清晰起来的。20世纪60年代，科学家提出在植物细胞中存在钾离子的通道。由于缺乏有效的研究工具,人们仍然无法确证这一观点。年,德国科学家内尔和萨克曼创造了研究单个离子通道电生理学特征的膜片钳法（他们因这一发明获得了年的诺贝尔生理学或医学奖)。为离子通道的研究提供了有效的工具。20世纪80年代，科学家从蚕豆保卫细胞中检测出钾离子的通道。不过，这时人们仍然不清楚离子通道的结构。直到年，美国科学家麦金农(R.Mackinon)才解析了钾离子通道蛋百的立体结构。年I0月8日，阿格雷和麦金农同时获得了诺贝尔化学奖。与此同时,许多科学家前赴后继，进一步解析了钙离子、钠离子等离子的通道蛋白结构。目前,仍有众多的科学家在开展通道蛋白的研究,进一步揭示通道蛋白的作用机制，探索调控通道蛋白的药物，以治疗疾病，维护人类健康。预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇
