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通道蛋白研究南楼高中吴凤媛一、回忆1.物质跨膜运输的方式有几种？2.这几种运输的方式有什么异同?二、关注水通道蛋白被发现历程思考水分子通过膜分子间隙扩散，转运效率如何？H2O细胞生命活动离不开水，有时水需要快速转运进出细胞膜上磷脂双分子层内部是疏水的，几乎阻碍所有水溶性分子通过。H2O离子推测：细胞膜上可能存在特殊转运水分子的通道蛋白科学家将哺乳动物红细胞放入低渗溶液中，很快吸水胀破，发生溶血现象。而水生动物青蛙将自己的卵产在水中，也不会胀破，这一现象暗示什么？水分子不容易进入蛙卵细胞膜，细胞膜上也无水通道蛋白。1988年美国科学家阿格雷小组在红细胞膜上发现一个跨膜蛋白CHIP28，如何证明CHIP28就是水通道蛋白？选用爪蟾卵细胞做材料？他们将表达了CHIP28的非洲爪蟾卵细胞和没有表达CHIP28的卵细胞分别放入低渗溶液中。含有CHIP28的非洲爪蟾卵细胞体积迅速膨胀破裂，没有CHIP28的非洲爪蟾卵细胞无变化。但还不能下结论CHIP28就是水通道蛋白，也可能是辅助蛋白，为了增强说服力，之后他们又进行脂质体重组实验，将CHIP28重组到脂质体中，这种膜上只含有CHIP28的脂质体也会吸水膨胀，证实CHIP28就是水通道蛋白，这一发现揭示了细胞膜上确实存在水通道蛋白。CHIP28就是第一个被发现的水通道蛋白后来阿格雷公布世界第一张水通道蛋白立体照片，这种通道蛋白只允许水分子跨膜转运。水通道蛋白广泛存在生物体细胞膜上。在生物体中有重要作用，如植物抗旱，动物肾小管重吸收作用。三、自主合作学习1、说出通道蛋白的概念及分类2、掌握通道蛋白的结构、作用特性3、比较膜转运蛋白的两大类型的异同阅读课本P74《授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究》和相关课外资料1.通道蛋白2.通道蛋白分类：2003年诺贝尔化学奖授予了研究水通道的——，研究离子通道的——一类跨越细胞膜磷脂双分子层的类似管道的膜蛋白质。能转运物质进出细胞膜。水通道蛋白离子通道蛋白阿格雷麦金农1.水通道蛋白及机理四、通道蛋白2.离子通道蛋白.离子通道蛋白——静息电位动作电位形成机制载体蛋白载体蛋白--离子泵（维持膜内高钾膜外高钠）3.离子通道蛋白特性1）特异性2）瞬时性3）高效性4）被动运输一种离子通道只允许一种离子通过只有在对特定刺激发生时才瞬时开放从高浓度向低浓度运输，不耗能4、两种转运蛋白：载体蛋白和通道蛋白异同相同点：不同点：1是否与底物结合来实现物质跨膜转运2、速率快慢3、运输方式都是跨膜起转运作用的蛋白质，都有特异性载体蛋白通过与底物结合，自身蛋白构象发生改变通道蛋白不与底物结合，而是通过其中的通道载体蛋白转运速率慢，通道蛋白非常快载体蛋白有的能执行被动运输（如运送葡萄糖进入红细胞），有的能执行主动运输（如钠钾离子泵参与的钠离子外排）通道蛋白只能执行被动运输（钠离子内流）小组合作尝试用以下元件构建物质的跨膜运输方式的概念图被动运输主动运输(逆浓度梯度)自由扩散协助扩散载体蛋白通道蛋白五、小结被动运输(顺浓度梯度)主动运输(逆浓度梯度)自由扩散物质的跨膜运输的方式协助扩散载体蛋白通道蛋白载体蛋白离子泵1.研究发现，水分子进入植物细胞的两种方式如图所示．下列叙述错误的是（）A．水通道蛋白是跨越细胞膜的蛋白质B．水分子通过水通道蛋白是顺相对含量梯度运输的C．土壤溶液浓度过高时，植物细胞吸水需要消耗能量D．水分子不通过水通道蛋白的跨膜运输方式为自由扩散六、巩固练习C.2、下列关于通道蛋白的说法，不正确的是（）A．一种离子通道只允许一种离子通过B．离子通道与细胞内外渗透压的调节有关C．离子通道蛋白的跨膜运输方式为主动运输D．离子通道只在对特定刺激发生反应时才瞬时开放C.3.设计实验请回答下列有关生物膜的问题2003年，研究细胞水通道和离子通道的科学家获得了诺贝尔化学奖。科学家在研究细胞膜上的各种蛋白质时，通过测定氨基酸序列及其相应的DNA序列，发现了一种细胞水通道蛋白，并推测细胞渗透吸水、失水过程中，水分子进出细胞需要通过此通道。为验证这一假设，科学家得到了如下材料：a．分离纯化的水通道蛋白；b．含有水通道蛋白的细胞；c．去除水通道蛋白的细胞；d.磷脂双分子层构成的内含水溶液的球状体（其膜结构能与加入的蛋白质结合）e．能够抑制蛋白质活性的含汞离子的试剂f．蒸馏水某小组同学设计了以下实验研究水通道：取一只培养皿，加入一定量的蒸馏水，放入含有水通道蛋白的细胞，一段时间后用显微镜观察。加入水通道蛋白的细胞吸水涨破。结论：水分子通过水通道蛋白进入细胞内部。①此实验的目的是________。②找出上述实验过程的不合理之处，并加以改正。________七、课后设计实验选取前面科学家找到的材料，设计另外一个实验，验证科学家提出的假设。①方法：________②预计将出现的现象：________③结论：________•②预计将出现的现象：________。•③结论：________。验证水分子进出细胞需通过水通道蛋白缺少对照实验；改正：取另一只培养皿，加等量的蒸馏水，将不含有水通道蛋白的细胞放入，在相同条件下放置一段时间后用显微镜观察。不含水通道蛋白的细胞保持原状A．将分离纯化的水通道蛋白与球状体混合，得到含有水通道蛋白的球状体；B．取甲、乙两只培养皿，加入等量蒸馏水；C．将含有水通道蛋白的球状体放入甲培养皿中，将没有水通道蛋白的球状体放入乙培养皿中；D．在相同条件下放置一段时间含水通道蛋白的球状体吸水涨破，不含水通道蛋白的球状体保持原状水分子通过水通道蛋白进入球状体