高中生物細胞膜上的蛋白質

彭婷

摘要：蛋白質是生命活動的承擔者，而其中的膜蛋白作為高中生物學中蛋白質的重要相關內容，一直以來都是高中生學習的重點和難點。本文將按功能對細胞膜蛋白進行分類，探討不同類型膜蛋白的特征及作用，并舉出部分實例。

關鍵詞：細胞膜蛋白種類功能

細胞膜作為細胞系統的邊界，無論是細胞代謝、信息交流、免疫還是控制著物質進出細胞等方面都有著極其重要的作用。而膜上的蛋白質有哪些種類？它又在細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，主要可以分為運輸蛋白、受體蛋白、連接蛋白、和酶蛋白四類。

一、運輸蛋白：運輸蛋白又稱為膜轉運蛋白，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，一般能與特定的溶質分子結合，通過自身構象的改變來介導離子或分子的跨膜運轉。載體蛋白既能參與主動運輸，也能參與被動運輸。其依照運輸載體類型也能分為單向運輸、同向運輸和反向運輸三種載體[1]。載體蛋白在運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輸時僅運送某一種物質或與之性質相近的物質。而飽和性是指細胞膜上載體蛋白數量是一定的，當其達到運輸飽和之后，運輸速度不會更快。參與協助擴散的載體蛋白能加快物質從自由能高向自由能低的一側跨膜運輸，如血漿中的葡萄糖進入紅細胞就是這種運輸方式。參與主動運輸的載體蛋白則需要在ATP直接供能或者間接供能的條件下，通過結構上的特異結合位點和構象改變影響親和力的變化完成物質運輸。如葡萄糖進入紅細胞的主動運輸，在該運輸過程中，載體蛋白主要是通過結構變形來完成物質運輸;而在葡萄糖進入小腸上皮細胞的運輸過程中，載體蛋白主要是依靠Na+的流動來進行移動并完成運輸。

（2）通道蛋白目前發現的通道蛋白有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胞的運輸及進出活動，而離子通道蛋白則是完成對特定離子的運輸過程。載體蛋白既不與被運輸分子結合，也不會移動，只是作為水或者離子運輸的通道。通道蛋白具有選擇性，因此其運輸作用表現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對任何離子生效。通道蛋白不能參與主動運輸，而是只能參與被動運輸。并且在運輸過程中離子通道蛋白和參與離子運輸的載體蛋白有著本質性區別：一是離子通道蛋白順濃度梯度運輸，后者逆濃度運輸;二是前者的運輸速度快于后者。因為前者是以“門”開放的形式讓分子通過，而后者是通過結構變形或者移動進行運輸。通道蛋白的運輸具有方向性，即由高濃度向低濃度方向運輸，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，是非常重要的運輸蛋白，如APQ2水通道蛋白。離子通道蛋白也非常常見，例如神經細胞中控制NA+、K+等離子通透性的離子通道蛋白，直接影響了Na+、K+進入神經細胞的速度。

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

膜受體蛋白可分為細胞膜表面受體（大多數）和細胞內受體（少數），后者存在于細胞質或細胞核中。受體蛋白多為糖蛋白，主要起細胞識別、信號傳遞的功能。受體蛋白能識別特異的信號物質并把識別和接受的信號傳遞到細胞內部。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、準確的特性。信號分子和受體之間并非簡單的一對一關系，而是一對多關系，不同的細胞可能具有相同的受體，與同種信號分子結合后產生不同效應，而同一細胞可以有不同的受體。典型的受體蛋白如各組織細胞上的胰島素受體，其在接受化學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胞的作用，是非常重要的膜蛋白類型

連接蛋白依照連接細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。緊密連接是指通過排列成串的的跨膜蛋白形成“焊接線”，使相鄰的細胞膜緊緊靠在一起，沒有間隙，阻止可溶性物質甚至包括水分子沿細胞間隙進入體內，其封閉性良好，起到強烈的保護作用。錨定連接就像是使用鉚釘進行固定連接一樣，被連接的細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。通訊連接多發生在動物體內，相連接的細胞間由細胞質通道連通，從而能讓小分子通過該通道進行通訊聯系。常見的如小腸上皮細胞上的連接蛋白，其通過緊密連接使小腸上皮細胞間不存在空隙，并防止體液進入。

四、酶酶具有催化功能，是生物體內不可或缺的膜蛋白類型

酶的分類形式非常多樣化，既能依據反應性質分為氧化還原酶、水解酶等，也能依據化學組成分為單純蛋白質、綴合蛋白質等，更能依據存在形式分為同工酶、修飾酶等[3]。酶進行催化作用的而原理是先和反應物結合成絡合物，并通過降低反應的能來提高反應速度，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，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雜的細胞器，因此許多功能都是由細胞膜來承擔。在細胞膜上往往分布有各種代謝所需的酶。對于真核生物來說，由于內膜系統的復雜性，膜上酶的種類較原核細胞少。

參考文獻：

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

[2]趙宇喆.高中生物蛋白質結構的知識點探討[J].課程教育研究，2017，（20）：174-175.