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人教版生物教材在科学前沿中介绍了通道蛋白的内容。围绕通道蛋白的信息类考题在近年高考中时有出现。下面对通道蛋白知识进行归纳探讨。
通道蛋白参与的只是被动运输（协助扩散），在运输过程中并不与被运输的分子或离子相结合，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。通道蛋白转运速率与物质浓度成比例，且比载体蛋白介导的转运速度更快（1000倍以上）。通道蛋白的结构和功能状态在细胞内外理化因子作用下，能在数毫秒至数十毫秒的时间内迅速激活开放，随后迅速失活或关闭。通道蛋白包括水通道蛋白和离子通道蛋白。
一、水通道蛋白
水通道蛋白，又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质（内在膜蛋白），在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞中的进出。
例1 科学家为了研究蛋白A的功能，选用细胞膜中缺乏此蛋白的非洲爪蟾卵母细胞进行实验，处理及结果见下表。
（1）将Ⅰ组卵母细胞放入低渗溶液后，水分子经自由扩散（渗透）穿过膜的 进入卵母细胞。
（2）将蛋白A的mRNA注入卵母细胞一定时间后，该mRNA 的蛋白质进入细胞膜，使细胞在低渗溶液中体积 。
（3）与Ⅱ组细胞相比，Ⅲ组细胞对水的通透性 ，说明HgCl2对蛋白A的功能有 作用。比较Ⅲ、Ⅳ组的结果，表明试剂M能够使蛋白A的功能 。推测HgCl2没有改变蛋白A的氨基酸序列，而是破坏了蛋白A的 。
（4）已知抗利尿激素通过与细胞膜上的 结合，可促进蛋白A插入肾小管上皮细胞膜中，从而加快肾小管上皮细胞对原尿中水分子的 。
（5）综合上述结果，可以得出 的推论。
解析 （1）自由扩散不需要载体蛋白的协助，所以水穿过膜，就是穿越了磷脂双分子层。（2）mRNA是翻译的模板。根据实验Ⅱ可知，蛋白A可以提高水的通透速率，因此细胞在低渗溶液中会吸水膨胀。（3）从实验结果可知：与Ⅱ组细胞相比，Ⅲ组细胞对水的通透性降低，说明HgCl2对蛋白A的功能有抑制作用；与Ⅲ组细胞相比，Ⅳ组细胞对水的通透性升高，但是没有恢复到Ⅱ组的水平，说明试剂M能够使蛋白A的功能部分恢复，最终可以推测HgCl2没有改变蛋白A的氨基酸序列，而是破坏了蛋白A的空间结构。（4）考查水盐平衡调节。（5）从实验结果可知，蛋白A可以提高水通透速率，意味着蛋白A是水通道蛋白。
答案 （1）磷脂双分子层 （2）翻译 迅速增大 （3）明显降低 抑制 部分恢复 空间结构 （4）受体 重吸收 （5）蛋白A是水通道蛋白
二、离子通道蛋白
（1）静息电位和动作电位产生过程中涉及的离子通道
神经细胞静息时，膜两侧的电位表现为外正内负，主要是由K 通道开放，K 外流导致的。神经细胞受刺激部位膜内外的电位出现反转，表现为外负内正，原因主要是Na 通道开放，Na 内流。
（2）兴奋传递过程中的离子通道
当神经冲动通过轴突传导到突触小体时，突触前膜对钙离子的通透性增加，突触间隙中的钙离子进入突触小体内，促使突触小泡与突触前膜紧密融合，并出现破裂口，突触小泡内的递质释放到突触间隙中，并且经过弥散到达突触后膜，立即与突触后膜上的蛋白质受体结合，并且改变突触后膜对离子的通透性，引起突触后膜发生兴奋性或抑制性的变化。
神经递质有兴奋性和抑制性两种，不同类型神经递质产生的机理不同。兴奋性递质提高突触后膜对Na 的通透性。抑制性递质会造成突触后膜上Cl 通道开放，引起Cl 内流，结果突触后膜外正内负的电位差进一步增大，使突触后膜处于抑制状态。因此，抑制性递质不会产生动作电位。
例2 （2015年江苏卷）下图表示当有神经冲动传到神经末梢时，神经递质从突触小泡内释放并作用于突触后膜的机制，下列叙述错误的是（ ）。
A.神经递质存在于突触小泡内可避免被细胞内其他酶系破坏
B.神经冲动引起神经递质的释放，实现了由电信号向化学信号的转变
C.神经递质与受体结合引起突触后膜上相应的离子通道开放
D.图中离子通道开放后，Na 和Cl 同时内流
解析 神经递质存在于突触前膜的突触小泡中，可避免被细胞内其他酶系破坏，A正确；神经冲动属于电信号，神经递质属于化学信号，所以神经冲动引起神经递质的释放，实现了由电信号向化学信号的转变，B正确；神经递质与突触后膜上的受体结合，引起突触后膜兴奋或抑制，相应的离子通道打开；图中离子通道开放后，若兴奋则Na 内流，若抑制则Cl 内流。
答案 D
例3 下图表示神经—肌肉突触。当兴奋传至轴突末梢时，突触间隙中的Ca 通过突触前膜上的Ca 通道内流，导致神经递质释放（如下右图），肌肉收缩。请据图回答问题：
（1）传出神经末梢及其支配的肌肉在反射弧中称为 。
（2）轴突末梢具有较多的 （细胞器），为神经信号的传递提供能量。突触后膜具有明显的凹陷或突起，增大了 与突触后膜上 作用的面积。
（3）肌细胞兴奋时，兴奋处膜电位的特点为 。兴奋通过突触的速度较慢，原因是 的过程需要一定的时间。
（4）胆碱酯酶能催化乙酰胆碱水解，据图分析突触中胆碱酯酶存在的意义： 。
（5）肉毒毒素因能特异地与突触前膜上的Ca 通道结合，被用于面部除皱。请分析“肉毒毒素美容”的原理： 。
答案 （1）效应器 （2）线粒体 乙酰胆碱 特异性受体 （3）外负内正 神经递质的释放以及与受体结合 （4）将（与受体结合的）乙酰胆碱及时分解，防止肌肉持续收缩 （5）（肉毒毒素与Ca 通道结合）抑制Ca 内流，释放的乙酰胆碱减少，使面部肌肉舒张
在高三复习备考阶段，要关注对教材上资料分析、科学前沿、思维拓展题等内容的研究，这些都有可能被作为高考命题的素材。
通道蛋白参与的只是被动运输（协助扩散），在运输过程中并不与被运输的分子或离子相结合，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。通道蛋白转运速率与物质浓度成比例，且比载体蛋白介导的转运速度更快（1000倍以上）。通道蛋白的结构和功能状态在细胞内外理化因子作用下，能在数毫秒至数十毫秒的时间内迅速激活开放，随后迅速失活或关闭。通道蛋白包括水通道蛋白和离子通道蛋白。
一、水通道蛋白
水通道蛋白，又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质（内在膜蛋白），在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞中的进出。
例1 科学家为了研究蛋白A的功能，选用细胞膜中缺乏此蛋白的非洲爪蟾卵母细胞进行实验，处理及结果见下表。
（1）将Ⅰ组卵母细胞放入低渗溶液后，水分子经自由扩散（渗透）穿过膜的 进入卵母细胞。
（2）将蛋白A的mRNA注入卵母细胞一定时间后，该mRNA 的蛋白质进入细胞膜，使细胞在低渗溶液中体积 。
（3）与Ⅱ组细胞相比，Ⅲ组细胞对水的通透性 ，说明HgCl2对蛋白A的功能有 作用。比较Ⅲ、Ⅳ组的结果，表明试剂M能够使蛋白A的功能 。推测HgCl2没有改变蛋白A的氨基酸序列，而是破坏了蛋白A的 。
（4）已知抗利尿激素通过与细胞膜上的 结合，可促进蛋白A插入肾小管上皮细胞膜中，从而加快肾小管上皮细胞对原尿中水分子的 。
（5）综合上述结果，可以得出 的推论。
解析 （1）自由扩散不需要载体蛋白的协助，所以水穿过膜，就是穿越了磷脂双分子层。（2）mRNA是翻译的模板。根据实验Ⅱ可知，蛋白A可以提高水的通透速率，因此细胞在低渗溶液中会吸水膨胀。（3）从实验结果可知：与Ⅱ组细胞相比，Ⅲ组细胞对水的通透性降低，说明HgCl2对蛋白A的功能有抑制作用；与Ⅲ组细胞相比，Ⅳ组细胞对水的通透性升高，但是没有恢复到Ⅱ组的水平，说明试剂M能够使蛋白A的功能部分恢复，最终可以推测HgCl2没有改变蛋白A的氨基酸序列，而是破坏了蛋白A的空间结构。（4）考查水盐平衡调节。（5）从实验结果可知，蛋白A可以提高水通透速率，意味着蛋白A是水通道蛋白。
答案 （1）磷脂双分子层 （2）翻译 迅速增大 （3）明显降低 抑制 部分恢复 空间结构 （4）受体 重吸收 （5）蛋白A是水通道蛋白
二、离子通道蛋白
（1）静息电位和动作电位产生过程中涉及的离子通道
神经细胞静息时，膜两侧的电位表现为外正内负，主要是由K 通道开放，K 外流导致的。神经细胞受刺激部位膜内外的电位出现反转，表现为外负内正，原因主要是Na 通道开放，Na 内流。
（2）兴奋传递过程中的离子通道
当神经冲动通过轴突传导到突触小体时，突触前膜对钙离子的通透性增加，突触间隙中的钙离子进入突触小体内，促使突触小泡与突触前膜紧密融合，并出现破裂口，突触小泡内的递质释放到突触间隙中，并且经过弥散到达突触后膜，立即与突触后膜上的蛋白质受体结合，并且改变突触后膜对离子的通透性，引起突触后膜发生兴奋性或抑制性的变化。
神经递质有兴奋性和抑制性两种，不同类型神经递质产生的机理不同。兴奋性递质提高突触后膜对Na 的通透性。抑制性递质会造成突触后膜上Cl 通道开放，引起Cl 内流，结果突触后膜外正内负的电位差进一步增大，使突触后膜处于抑制状态。因此，抑制性递质不会产生动作电位。
例2 （2015年江苏卷）下图表示当有神经冲动传到神经末梢时，神经递质从突触小泡内释放并作用于突触后膜的机制，下列叙述错误的是（ ）。
A.神经递质存在于突触小泡内可避免被细胞内其他酶系破坏
B.神经冲动引起神经递质的释放，实现了由电信号向化学信号的转变
C.神经递质与受体结合引起突触后膜上相应的离子通道开放
D.图中离子通道开放后，Na 和Cl 同时内流
解析 神经递质存在于突触前膜的突触小泡中，可避免被细胞内其他酶系破坏，A正确；神经冲动属于电信号，神经递质属于化学信号，所以神经冲动引起神经递质的释放，实现了由电信号向化学信号的转变，B正确；神经递质与突触后膜上的受体结合，引起突触后膜兴奋或抑制，相应的离子通道打开；图中离子通道开放后，若兴奋则Na 内流，若抑制则Cl 内流。
答案 D
例3 下图表示神经—肌肉突触。当兴奋传至轴突末梢时，突触间隙中的Ca 通过突触前膜上的Ca 通道内流，导致神经递质释放（如下右图），肌肉收缩。请据图回答问题：
（1）传出神经末梢及其支配的肌肉在反射弧中称为 。
（2）轴突末梢具有较多的 （细胞器），为神经信号的传递提供能量。突触后膜具有明显的凹陷或突起，增大了 与突触后膜上 作用的面积。
（3）肌细胞兴奋时，兴奋处膜电位的特点为 。兴奋通过突触的速度较慢，原因是 的过程需要一定的时间。
（4）胆碱酯酶能催化乙酰胆碱水解，据图分析突触中胆碱酯酶存在的意义： 。
（5）肉毒毒素因能特异地与突触前膜上的Ca 通道结合，被用于面部除皱。请分析“肉毒毒素美容”的原理： 。
答案 （1）效应器 （2）线粒体 乙酰胆碱 特异性受体 （3）外负内正 神经递质的释放以及与受体结合 （4）将（与受体结合的）乙酰胆碱及时分解，防止肌肉持续收缩 （5）（肉毒毒素与Ca 通道结合）抑制Ca 内流，释放的乙酰胆碱减少，使面部肌肉舒张
在高三复习备考阶段，要关注对教材上资料分析、科学前沿、思维拓展题等内容的研究，这些都有可能被作为高考命题的素材。