生物膜离子通道

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1、生物膜离子通道生物膜离子通道示意图生物膜离子通道（ionchannelsofbiomembrane）是各种无机离子跨膜被动运输的通路。生物膜对无机离子的跨膜运输有被动运输（顺离子浓度梯度）和主动运输（逆离子浓度梯度）两种方式。被动运输的通路称离子通道，主动运输的离子载体称为离子泵。生物膜对离子的通透性与多种生命活动过程密切相关。例如，感受器电位的发生，神经兴奋与传导和中枢神经系统的调控功能，心脏搏动，平滑肌蠕动，骨骼肌收缩，激素分泌，光合作用和氧化磷酸化过程中跨膜质子梯度的形成等。细胞膜离子通道　　细胞膜上离子通道的功能，除了可以调节细胞内外的渗透压，也是维持细胞膜电

2、位的重要分子，而神经细胞要进行讯号传导，便是靠离子的进出以造成膜电位的变化。虽然科学家对于细胞膜上离子通道已有相当程度的了解，对于离子通道所具有的特殊选择性，也从能蛋白质的结构大略获得解释，但是一直缺乏一套完整详细的分子作用机制。原因是，要做出膜蛋白三维结构的高解析度影像，非常不容易。　　1998年，麦金农做出了链霉菌的离子通道蛋白质KcsA的高解析三维结构影像，并首度从原子层次去了解离子通道的作用方式。KcsA离子通道中有一种“滤嘴”，能让钾离子（K+）通过，却不允许同族元素中体积更小的钠离子（Na+）通过，这令科学家百思不得其解。但是麦金农根据KcsA的立体结构，

3、发现离子通道中“滤嘴”边上的四个氧原子的位置，恰好跟钾离子在水溶液中的情况一样，亦即滤嘴边上的氧与水分子的氧距离相同，所以钾离子能够安然通过通道，一如在水中一样；但钠离子尺寸较小，无法顺利接上滤嘴边上的四个氧原子，因此只能留在水溶液，而无法轻易穿过通道。而离子通道的开关会受到细胞的控制，麦金农发现，离子通道的底部有个闸门，当离子通道接收到特定的讯号，离子通道蛋白质结构便会发生改变，因此造成闸门的开关。　　麦金农对于钾离子通道的结构与作用机制的研究，是生物化学、生物物理等领域的一大突破，也为神经疾病、肌肉与心脏疾病的新药物开发，指引了新的方向。离子通道蛋白和载体蛋白的异

4、同相同点：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不同点：1.通道蛋白参与的只是被动运输,在运输过程中并不与被运输的分子结合,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。2.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结合，并且会移动。在主动运输过程中由低浓度侧向高浓度运动，且消耗代谢能量；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。（注;协助扩散也属于被动运输）被动运输科技名词定义中文名称：被动运输英文名称：passivetransport其他名称：被动转运定义：离子或小分子在浓度差或

5、电位差的驱动下顺电化学梯度穿膜的运输方式。所属学科：细胞生物学（一级学科）；细胞生理（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布目录1被动运输一、简单扩散1二、协助扩散1体蛋白主要有离子载体和通道蛋白两种类型（一）离子载体1（二）通道蛋白门通道可以分为四类（图5-4）：1图5-4各类离子通道1、配体门通道12、电位门通道13、环核苷酸门通道14、机械门通道15、水通道分类1被动运输一、简单扩散1二、协助扩散1体蛋白主要有离子载体和通道蛋白两种类型（一）离子载体1（二）通道蛋白门通道可以分为四类（图5-4）：1图5-4各类离子通道1、配体门通道12、电位门通道

6、13、环核苷酸门通道14、机械门通道15、水通道分类展开编辑本段被动运输一、简单扩散　　自由扩散也叫自由扩散（freediffusing），特点是：①沿浓度梯度（或电化学梯度）扩散；②不需要提供能量；③没有膜蛋白的协助。　　某种物质对膜的通透性（P）可以根据它在油和水中的分配系数（K）及其扩散系数（D）来计算：　　P=KD/t，t为膜的厚度。　　脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过，小分子比大分子容易透过。具有极性的水分子容易透过是因水分子小，可通过由膜脂运动而产生的间隙。　　非极性的小分子如O2、CO2、N2可以很快透过脂双层，不带电

7、荷的极性小分子，如水、尿素、甘油等也可以透过人工脂双层，尽管速度较慢，分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过，而膜对带电荷的物质如：H+、Na+、K+、Cl—、HCO3—是高度不通透的　　事实上细胞的物质转运过程中，透过脂双层的简单扩散现象很少，绝大多数情况下，物质是通过载体或者通道来转运的。离子、葡萄糖、核苷酸等物质有的是通过质膜上的运输蛋白的协助，按浓度梯度扩散进入质膜的，有的则是通过主动运输的方式进行转运。　　主动运输二、协助扩散　　也称促进扩散（faciliatieddiffusion），其运输特点是：①比自由扩散转运速率高；②存在最大转运速