高中生物細(xì)胞膜上的蛋白質(zhì)

李偉

摘要：蛋白質(zhì)是生命活動的承擔(dān)者，而其中的膜蛋白作為高中生物學(xué)中蛋白質(zhì)的重要相關(guān)內(nèi)容，一直以來都是高中生學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。本文將按功能對細(xì)胞膜蛋白進(jìn)行分類，探討不同類型膜蛋白的特征及作用，并舉出部分實例。

關(guān)鍵詞：細(xì)胞膜蛋白種類功能

細(xì)胞膜作為細(xì)胞系統(tǒng)的邊界，無論是細(xì)胞代謝、信息交流、免疫還是控制著物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞等方面都有著極其重要的作用。而膜上的蛋白質(zhì)有哪些種類？它又在細(xì)胞膜的眾多功能中行使什么樣的功能？簡述如下。

一般來說，膜蛋白按照功能的差異，主要可以分為運(yùn)輸?shù)鞍住⑹荏w蛋白、連接蛋白、和酶蛋白四類。

一、運(yùn)輸?shù)鞍?：運(yùn)輸?shù)鞍子址Q為膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，分為載體蛋白和通道蛋白

（1）載體蛋白載體蛋白是一種多次跨膜蛋白質(zhì)，一般能與特定的溶質(zhì)分子結(jié)合，通過自身構(gòu)象的改變來介導(dǎo)離子或分子的跨膜運(yùn)轉(zhuǎn)。載體蛋白既能參與主動運(yùn)輸，也能參與被動運(yùn)輸。其依照運(yùn)輸載體類型也能分為單向運(yùn)輸、同向運(yùn)輸和反向運(yùn)輸三種載體[1]。載體蛋白在運(yùn)輸時具有同一性與飽和性，其中同一性是指一種載體蛋白在運(yùn)輸時僅運(yùn)送某一種物質(zhì)或與之性質(zhì)相近的物質(zhì)。而飽和性是指細(xì)胞膜上載體蛋白數(shù)量是一定的，當(dāng)其達(dá)到運(yùn)輸飽和之后，運(yùn)輸速度不會更快。參與協(xié)助擴(kuò)散的載體蛋白能加快物質(zhì)從自由能高向自由能低的一側(cè)跨膜運(yùn)輸，如血漿中的葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞就是這種運(yùn)輸方式。參與主動運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白則需要在ATP直接供能或者間接供能的條件下，通過結(jié)構(gòu)上的特異結(jié)合位點(diǎn)和構(gòu)象改變影響親和力的變化完成物質(zhì)運(yùn)輸。如葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞的主動運(yùn)輸，在該運(yùn)輸過程中，載體蛋白主要是通過結(jié)構(gòu)變形來完成物質(zhì)運(yùn)輸;而在葡萄糖進(jìn)入小腸上皮細(xì)胞的運(yùn)輸過程中，載體蛋白主要是依靠Na+的流動來進(jìn)行移動并完成運(yùn)輸。

（2）通道蛋白目前發(fā)現(xiàn)的通道蛋白有100多種，可分為水通道蛋白和離子通道蛋白兩類。其中水通道蛋白用以控制水在細(xì)胞的運(yùn)輸及進(jìn)出活動，而離子通道蛋白則是完成對特定離子的運(yùn)輸過程。載體蛋白既不與被運(yùn)輸分子結(jié)合，也不會移動，只是作為水或者離子運(yùn)輸?shù)耐ǖ馈Ｍǖ赖鞍拙哂羞x擇性，因此其運(yùn)輸作用表現(xiàn)為控制水分子通過或控制特定離子通過，而不能隨時對水分子或?qū)θ魏坞x子生效。通道蛋白不能參與主動運(yùn)輸，而是只能參與被動運(yùn)輸。并且在運(yùn)輸過程中離子通道蛋白和參與離子運(yùn)輸?shù)妮d體蛋白有著本質(zhì)性區(qū)別：一是離子通道蛋白順濃度梯度運(yùn)輸，后者逆濃度運(yùn)輸;二是前者的運(yùn)輸速度快于后者。因為前者是以“門”開放的形式讓分子通過，而后者是通過結(jié)構(gòu)變形或者移動進(jìn)行運(yùn)輸。通道蛋白的運(yùn)輸具有方向性，即由高濃度向低濃度方向運(yùn)輸，并在該過程中不會有能量損耗。水通道蛋白廣泛存在于身體的各個部位，是非常重要的運(yùn)輸?shù)鞍祝鏏PQ2水通道蛋白。離子通道蛋白也非常常見，例如神經(jīng)細(xì)胞中控制NA+、K+等離子通透性的離子通道蛋白，直接影響了Na+、K+進(jìn)入神經(jīng)細(xì)胞的速度。

二、受體蛋白對于多細(xì)胞生物，細(xì)胞間的通訊方式以分泌并接受化學(xué)信號為主，而接受化學(xué)信號的分子通常被稱為受體蛋白

膜受體蛋白可分為細(xì)胞膜表面受體（大多數(shù)）和細(xì)胞內(nèi)受體（少數(shù)），后者存在于細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核中。受體蛋白多為糖蛋白，主要起細(xì)胞識別、信號傳遞的功能。受體蛋白能識別特異的信號物質(zhì)并把識別和接受的信號傳遞到細(xì)胞內(nèi)部。受體蛋白具有特異性、親和性、飽和性與有效性，在信號傳遞方面有著快速、準(zhǔn)確的特性。信號分子和受體之間并非簡單的一對一關(guān)系，而是一對多關(guān)系，不同的細(xì)胞可能具有相同的受體，與同種信號分子結(jié)合后產(chǎn)生不同效應(yīng)，而同一細(xì)胞可以有不同的受體。典型的受體蛋白如各組織細(xì)胞上的胰島素受體，其在接受化學(xué)信號分子后會使血糖降低。

三、連接蛋白連接蛋白通常起連接細(xì)胞的作用，是非常重要的膜蛋白類型

連接蛋白依照連接細(xì)胞的方式可以分為緊密連接、錨定連接和通訊連接三種，每種連接方式都有其各自的特點(diǎn)。緊密連接是指通過排列成串的的跨膜蛋白形成“焊接線”，使相鄰的細(xì)胞膜緊緊靠在一起，沒有間隙，阻止可溶性物質(zhì)甚至包括水分子沿細(xì)胞間隙進(jìn)入體內(nèi)，其封閉性良好，起到強(qiáng)烈的保護(hù)作用。錨定連接就像是使用鉚釘進(jìn)行固定連接一樣，被連接的細(xì)胞通過某一部分的交叉固定，看起來就像是扣好的紐扣，有著很好的固定作用。通訊連接多發(fā)生在動物體內(nèi)，相連接的細(xì)胞間由細(xì)胞質(zhì)通道連通，從而能讓小分子通過該通道進(jìn)行通訊聯(lián)系。常見的如小腸上皮細(xì)胞上的連接蛋白，其通過緊密連接使小腸上皮細(xì)胞間不存在空隙，并防止體液進(jìn)入。

四、酶酶具有催化功能，是生物體內(nèi)不可或缺的膜蛋白類型。酶的分類形式非常多樣化，既能依據(jù)反應(yīng)性質(zhì)分為氧化還原酶、水解酶等，也能依據(jù)化學(xué)組成分為單純蛋白質(zhì)、綴合蛋白質(zhì)等，更能依據(jù)存在形式分為同工酶、修飾酶等[3]。酶進(jìn)行催化作用的而原理是先和反應(yīng)物結(jié)合成絡(luò)合物，并通過降低反應(yīng)的能來提高反應(yīng)速度，從而起到催化作用。酶在催化時具有高效性、專一性、多樣性和溫和性，其中需要注意的是專一性和多樣性。前者指一種酶只能催化一種或者一類底物，而后者指的是酶的種類很多。酶廣泛存在于人體內(nèi)，例如咀嚼米飯時，口腔會分泌唾液淀粉酶催化米飯中的淀粉。

原核生物由于沒有復(fù)雜的細(xì)胞器，因此許多功能都是由細(xì)胞膜來承擔(dān)。在細(xì)胞膜上往往分布有各種代謝所需的酶。對于真核生物來說，由于內(nèi)膜系統(tǒng)的復(fù)雜性，膜上酶的種類較原核細(xì)胞少。

參考文獻(xiàn)：

[1]張萬明.細(xì)胞膜蛋白及其功能[J].生物學(xué)教學(xué)，2011，36（11）：69-70.

[2]趙宇喆.高中生物蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識點(diǎn)探討[J].課程教育研究，2017，（20）：174-175.