高中生物學中膜蛋白的分類和辨析

鄭燦偉

【摘要】針對高中生物教學的實際需要，將膜蛋白按照位置、組成、功能三大方面進行分類，并例舉出不同實例進行說明，構建高中生物膜蛋白的概念圖，并對一些重要問題進行辨析。

【關鍵詞】高中生物? ?膜蛋白? ?分類

膜蛋白，指的是生物膜上的蛋白質，是生物膜的重要組成成分（約占40%）。細胞的生命活動，有賴于生物膜系統的正常運作;生物膜系統的正常運作，有賴于膜蛋白發揮正常的生理功能。據蛋白質與脂質的關系，膜蛋白可以分為外周蛋白、整合蛋白、脂錨定蛋白三大類。為了便于實際教學的需要，筆者按照位置、組成、功能三大方面，對蛋白質進行分類，并例舉出不同實例進行說明，同時對一些有關膜蛋白的問題進行辨析，方便一線教師更有效地開展日常教學活動。

1. 按位置分類

1.1細胞膜的膜蛋白

位于細胞膜上的蛋白質種類非常多，如載體蛋白、通道蛋白、突觸后膜上神經遞質作用的受體、靶細胞上激素作用的受體等等。同時，精卵結合時細胞的相互識別、細胞接觸抑制時的相互識別、胞吞和胞吐時囊泡與細胞膜的結合等等，都需要依賴細胞膜上的蛋白質。

1.2 細胞器膜的膜蛋白

細胞內具有眾多的細胞器，除了中心體和核糖體等以外，都具有生物膜結構。這些膜蛋白在細胞代謝中發揮重要作用，如液泡膜控制物質進出、溶酶體維持酸性環境、囊泡在內質網與高爾基體之間的運輸，葉綠體類囊體上光反應的能量轉換、線粒體內膜中有氧呼吸第三階段的反應等等。

1.3 核膜的膜蛋白

核膜的主要功能是將核內物質與細胞質分來。核膜上具有核孔，核孔并非是一個中空的結構，而是由需要蛋白質組成的一個復合物，起著控制物質進出的作用。同時，有絲分裂末期，核膜的重建，需要小型核膜片段之間相互識別，同樣依靠核膜上的蛋白質。

2.按組成分類

2.1簡單膜蛋白

此類膜蛋白完全由蛋白質組成，不含其它組分，主要分布在細胞器膜和核膜上。

2.2 糖蛋白等

有些膜蛋白與糖類、脂質等物質結合一起而成為復合蛋白，如糖蛋白等。糖蛋白是細胞膜中最為豐富的蛋白質。糖蛋白功能非常多，如消化道和呼吸道上皮細胞表面的糖蛋白具有保護和潤滑作用，動物細胞膜外側的糖蛋白具有細胞識別作用，如各種神經遞質和激素等的受體幾乎都是糖蛋白。同時，細胞膜表上的糖蛋白往往作為抗原，引起免疫反應。

3.按功能分類

3.1 轉運蛋白

轉運蛋白，可分為兩類：一類是載體蛋白;另一類是通道蛋白。①載體蛋白：特異性的溶質結合后，通過自身構象的改變以實現物質的跨膜運輸。如紅細胞膜上轉運葡萄糖的載體蛋白，小腸上皮細胞轉運各種離子或者有機小分子的載體蛋白等等。由于載體蛋白轉運過程具有類似酶與底物作用的特征，因此也被稱為通透酶，只是載體蛋白不對溶質分子不作任何修飾。②離子通道：通過形成親水性通道實現對特異溶質的跨膜運輸。如腎小管重新水利用的水通道蛋白（水孔蛋白）、神經纖維上的Na+和K+通道蛋白，以及溶酶體膜上運輸H+的通道蛋白等等。

3.2 受體蛋白

受體蛋白主要起信息傳遞的作用，即信號接收和轉導作用。比如，突觸后膜上神經遞質作用的受體，靶細胞上激素作用的受體，血清中一些生長因子作用于動物細胞膜表面的受體，吞噬細胞、B細胞和T細胞等識別抗原的蛋白質，B細胞接受淋巴因子刺激的蛋白質，精卵結合相互識別依賴的蛋白質，細胞接觸抑制所依賴的蛋白質等等，都屬于受體蛋白。

3.3 酶

不少膜蛋白也有具有催化作用，很多都與能量轉換有關。例如，葉綠體的類囊體薄膜上的膜蛋白可以催化水的光解、線粒體內膜上膜蛋白可以催化形成ATP，主動運輸利用的載體蛋白也具有催化ATP水解作用以獲得能量等等。

3.4 連接蛋白

動物細胞間的識別、黏著和連接都依靠膜蛋白。如，在動物細胞培養過程中，為了獲得單個的懸浮細胞，我們往往需要使用胰蛋白酶或膠原蛋白酶進行處理，以分解細胞質間的蛋白質。

基于以上對膜蛋白的分類，筆者進一步建構了相應的膜蛋白概念圖圖（如下圖）。

4.辨析

4.1 細胞器膜上沒有糖蛋白？

真核生物細胞膜上的蛋白質幾乎都是糖蛋白。糖蛋白主要存在于細胞質膜上，內膜（細胞器膜等）中糖蛋白極少。內質網和高爾基體是糖蛋白合成的場所。

4.2 載體蛋白和通道蛋白的關系？

兩者都屬于運輸蛋白或膜轉運蛋白。載體蛋白與特異性的溶質結合后，通過自身構象的改變以實現物質的跨膜運輸;而通道蛋白則通過形成親水性通道實現對特異溶質的跨膜運輸。

4.3 糖蛋白都是受體蛋白？

糖蛋白側重于蛋白成分的描述，受體蛋白側重于蛋白質功能的描述。不是所有糖蛋白都是受體蛋白，如消化道和呼吸道上皮細胞表面的糖蛋白具有保護和潤滑作用。

4.4 受體蛋白都是膜蛋白嗎？

細胞膜上的受體蛋白幾乎就是糖蛋白，但不是所有受體蛋白都是糖蛋白，如細胞質中一些受體蛋白和核受體等。

5.小結

生物膜結構系統是真核細胞的基本結構系統之一，而膜蛋白則是體現生物膜功能的最重要物質。掌握好膜蛋白的結構和功能，有利于樹立起“細胞結構的整體性”這一生命觀念，有利于養成尊于科學事實的理性思維，增強熱愛生命、關心生活等基本觀念。

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