对载体蛋白、通道蛋白和受体的深入认识
2022-06-08
摘 要 普通高中生物教学内容中，多处讲到与细胞膜上载体、受体相关的内容（例如物质的跨膜运输用到载体;神经调节、激素调节用到受体;静息电位、动作电位产生用到了离子通道等），且在高考试题中也有众多以此为背景的材料题出现。但在实际教学过程中发现，学生在学习过程中，存在对载体蛋白、通道蛋白分辨不清，对载体与受体经常混淆使用问题。此文详细阐述了以上问题的区别，以飨读者。
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关键词 载体蛋白 通道蛋白 受体
中图分类号 Q-49 文献标识码 E
载体蛋白和通道蛋白、受体分别体现了细胞膜的两大功能：控制物质进出与进行细胞识别。
1 细胞膜上的转运蛋白――载体蛋白和通道蛋白
在细胞膜上广泛存在着负责无机离子和水溶性小分子跨膜运输的膜转运蛋白。膜转运蛋白分为两类：一类是载体蛋白，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，只能介导顺浓度或化学梯度的被动运输（协助扩散）。
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。物质的转运过程类似于酶与底物作用的饱和动力学曲线，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有依赖性等。因此有人将载体蛋白称为通透酶，与酶不同的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;此外与酶的不同是载体蛋白对转运的溶质不做任何共价修饰。
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，它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。离子通道有以下两个显著的特征。① 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/s，其速率是已知的任何一种载体蛋白的最快速率的1 000倍以上。驱动带电荷的离子跨膜转运的净驱动力来自溶质的浓度梯度和跨膜电位差的合力。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。② 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1）。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，具有极性，但也很容易通过膜。1988年美国的科学家阿格雷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。通道蛋白与载体蛋白的比较见表1。
2 细胞识别的基础――受体
在细胞通讯中，由信号传导细胞送出的信号分子必须被靶细胞接收才能触发靶细胞的应答，接收信息的分子称为受体，此时的信号分子被称为配体。在细胞通讯中受体通常是指位于细胞膜表面或细胞内与信号分子结合的蛋白质。
2.1 根据受体在靶细胞上存在的位置或分布分类
（1） 细胞膜受体：
① 如胆碱受体、肾上腺素受体、多巴胺受体、阿片（内阿片肽）受体、组胺受体及胰岛素受体等;② 受体除分布于突触后膜外，有些也分布于突触前膜。突触前膜与突触后膜受体对药物的亲和力、敏感性和生理功能不同。
（2） 胞浆受体：位于靶细胞的胞浆内，如肾上腺皮质激素受体、性激素受体等。
（3） 胞核受体：位于靶细胞的细胞核内，如甲状腺素受体存在于细胞浆或细胞核内。
2.2 受体的特性
（1） 特异性：受体只存在于某些特殊的细胞中。如激素作用的靶细胞，神经末梢递质作用的效应器细胞。黄体生成素可作用于睾丸的间质细胞，就是因为间质细胞有其受体;而卵泡刺激素只能作用于曲细精管的支持细胞。受体还能识别配体，并能与其活性部位发生特异性结合。如子宫细胞中的雌激素受体只能与17-β羟二醇结合，而不能与17-α羟雌二醇结合，更不能与睾酮和孕酮结合。
（2） 亲和性：受体与其相应的配体有高度的亲和性。一般血液中激素的浓度很低，1 L只有10～10 mol。但仍足以同其受体结合，发挥正常的生理作用。这说明受体对激素的亲和力很强。
（3） 饱和性：受体可以被配体饱和。特别是胞浆受体，数量较少，少量激素就可以达到饱和结合。如在对甾体激素敏感的细胞中胞浆受体的数目最高每个细胞含量为10万个，雌激素受体，每个细胞中含量只有1 000～50 000个。故在一定浓度的激素作用下可以被饱和，而非特异性结合则不能被饱和。
（4） 有效性：受体与配体结合后一定要引起某种效应。激素、神经递质与受体结合都可以引起生理效应。如肝细胞上的结合蛋白能与肾上腺素或胰高血糖素结合，从而激活磷酸化酶，引起糖原分解。
2.3 受体的化学本质
受体大多是糖蛋白，即糖与蛋白质复合而成的有机化合物;有一部分细胞表面的糖脂也是胞外生理活性物质的受体。
参考文献：
[1] 汪?胰剩?薛绍白，柳惠图.细胞生物学[M].北京：北京师范大学出版社，1998.
[2] 王镜岩.生物化学[M].北京：高等教育出版社，2002.
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关键词 载体蛋白 通道蛋白 受体
中图分类号 Q-49 文献标识码 E
载体蛋白和通道蛋白、受体分别体现了细胞膜的两大功能：控制物质进出与进行细胞识别。
1 细胞膜上的转运蛋白――载体蛋白和通道蛋白
在细胞膜上广泛存在着负责无机离子和水溶性小分子跨膜运输的膜转运蛋白。膜转运蛋白分为两类：一类是载体蛋白，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，只能介导顺浓度或化学梯度的被动运输（协助扩散）。
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。物质的转运过程类似于酶与底物作用的饱和动力学曲线，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有依赖性等。因此有人将载体蛋白称为通透酶，与酶不同的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;此外与酶的不同是载体蛋白对转运的溶质不做任何共价修饰。
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，它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。离子通道有以下两个显著的特征。① 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/s，其速率是已知的任何一种载体蛋白的最快速率的1 000倍以上。驱动带电荷的离子跨膜转运的净驱动力来自溶质的浓度梯度和跨膜电位差的合力。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。② 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1）。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，具有极性，但也很容易通过膜。1988年美国的科学家阿格雷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。通道蛋白与载体蛋白的比较见表1。
2 细胞识别的基础――受体
在细胞通讯中，由信号传导细胞送出的信号分子必须被靶细胞接收才能触发靶细胞的应答，接收信息的分子称为受体，此时的信号分子被称为配体。在细胞通讯中受体通常是指位于细胞膜表面或细胞内与信号分子结合的蛋白质。
2.1 根据受体在靶细胞上存在的位置或分布分类
（1） 细胞膜受体：
① 如胆碱受体、肾上腺素受体、多巴胺受体、阿片（内阿片肽）受体、组胺受体及胰岛素受体等;② 受体除分布于突触后膜外，有些也分布于突触前膜。突触前膜与突触后膜受体对药物的亲和力、敏感性和生理功能不同。
（2） 胞浆受体：位于靶细胞的胞浆内，如肾上腺皮质激素受体、性激素受体等。
（3） 胞核受体：位于靶细胞的细胞核内，如甲状腺素受体存在于细胞浆或细胞核内。
2.2 受体的特性
（1） 特异性：受体只存在于某些特殊的细胞中。如激素作用的靶细胞，神经末梢递质作用的效应器细胞。黄体生成素可作用于睾丸的间质细胞，就是因为间质细胞有其受体;而卵泡刺激素只能作用于曲细精管的支持细胞。受体还能识别配体，并能与其活性部位发生特异性结合。如子宫细胞中的雌激素受体只能与17-β羟二醇结合，而不能与17-α羟雌二醇结合，更不能与睾酮和孕酮结合。
（2） 亲和性：受体与其相应的配体有高度的亲和性。一般血液中激素的浓度很低，1 L只有10～10 mol。但仍足以同其受体结合，发挥正常的生理作用。这说明受体对激素的亲和力很强。
（3） 饱和性：受体可以被配体饱和。特别是胞浆受体，数量较少，少量激素就可以达到饱和结合。如在对甾体激素敏感的细胞中胞浆受体的数目最高每个细胞含量为10万个，雌激素受体，每个细胞中含量只有1 000～50 000个。故在一定浓度的激素作用下可以被饱和，而非特异性结合则不能被饱和。
（4） 有效性：受体与配体结合后一定要引起某种效应。激素、神经递质与受体结合都可以引起生理效应。如肝细胞上的结合蛋白能与肾上腺素或胰高血糖素结合，从而激活磷酸化酶，引起糖原分解。
2.3 受体的化学本质
受体大多是糖蛋白，即糖与蛋白质复合而成的有机化合物;有一部分细胞表面的糖脂也是胞外生理活性物质的受体。
参考文献：
[1] 汪?胰剩?薛绍白，柳惠图.细胞生物学[M].北京：北京师范大学出版社，1998.
[2] 王镜岩.生物化学[M].北京：高等教育出版社，2002.