备课素材：与 ATP 有关的蛋白质-高一上学期生物人教版必修1.docx

《备课素材：与 ATP 有关的蛋白质-高一上学期生物人教版必修1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《备课素材：与 ATP 有关的蛋白质-高一上学期生物人教版必修1.docx（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、与 ATP 有关的蛋白质 先看一道试题： 离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，能利用水解ATP释放的能量跨膜运输离子。下列叙述正确的是（）A.离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散B.离子通过离子泵的跨膜运输是顺着浓度梯度进行的C.动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率D.加入蛋白质变性剂会提高离子泵跨膜运输离子的速率解析：离子泵是一种具有ATP水解酶活性的载体蛋白，离子通过离子泵的跨膜运输属于协助扩散，首先离子通过离子泵的跨膜运输，通过了离子泵，但是耗费能量，而且逆浓度进行，A选项错误不属于协助扩散，属于主动运输；离子通过离子泵跨膜运输，顺着浓度梯度进行，主动运输，逆着浓度梯度

2、进行，B也是错误的；动物一氧化碳中毒会降低离子泵跨膜运输离子的速率，这个选项为什么正确？首先确定一点，一氧化碳中毒，一氧化碳这种气体可以红细胞当中血红蛋白动物进行有氧呼吸的能力有所下降，所以由于红细胞当中的血红蛋白，所以一氧化碳中毒以后，动物进行有氧呼吸的能力有所下降，由于离子泵运输离子过程当中需要能量和需要呼吸的，所以当呼吸作用下降以后，这个能量提供就会受影响，所以就会降低离子泵跨膜运输的速率，选项C是正确的；加入蛋白质变性剂会导致离子泵这种蛋白质变性，降低甚至失去活性，D选项错误。答案：C这道题涉及到与具有ATP水解酶活性的蛋白质。这一点在教材中没有介绍，很多学生不了解，解题难度较大。那么

3、，与ATP 相关的蛋白质有哪些？与 ATP 有关的蛋白质种类繁多，概况以下具有 ATP 酶活性的蛋白有： 离子泵：钠钾泵、钙泵、质子泵等；肌球蛋白横桥轴浆运输中的驱动蛋白（顺向）和动力蛋白（逆向）。 一、离子泵 1钠钾泵（Na + -K+ ATP 酶） Na + -K +泵是负责Na +、K +跨膜运输的离子泵。Na + -K +泵又称为 Na+ -K+ ATP 酶，位于动物细胞的质膜上，由两个 亚基和两个 亚 基组成四聚体 亚基是糖基化的多肽，不直接参与跨膜运输。在内侧的 亚基与 Na+相结合，促进 亚基上的一个天冬氨酸残基接受ATP 分子中的一个磷酸基团，发生磷酸化，引起 亚基的构象发生变

4、化，将 Na+泵出细胞， 同时细胞外的 K +与 亚基的相应位点结合， 亚基的构象再度发生变化，将 K+泵入细胞，完成 3 整个循环。 Na+依赖性的磷酸化和K+依赖性的去磷酸化引起 Na+ -K+ 泵的构象发生有序变化，每秒钟可发生 1 000 次左右。 Na + -K+泵的每次循环消耗一个ATP 分子，逆浓度梯度泵出三个 Na+、泵入两个K+。这是由 ATP 直接提供能量的主动转运，因为 Na+ 和 K +都是逆浓度梯度进行跨膜转运的。一般的动物细胞要消耗总ATP 的 1/3 供 Na+ -K+泵工作，以维持细胞内高 K+低Na+（细胞外高Na+低K +） 的离子环境。Na + -K +泵

5、从细胞泵出三个 Na+并泵入两个K+， 对细胞质膜两侧形成一定的电位差起到重要作用。 同时，Na+ -K+泵不断地从细胞排出Na+，避免了水分子大量进入细胞引起细胞膨胀， 维持了细胞渗透压的平衡。 2、钙泵（Ca 2+ -ATP 酶） Ca 2+泵是一个由 1000个氨基酸残基组成的跨膜蛋白，与Na+ -K+ 泵 亚基同源，含有10 个跨膜螺旋，其中 3 个螺旋形成了跨脂双层的中央通道。在 Ca2+ 泵处于非磷酸化状态时，2 个通道螺旋中断形 成细胞质侧结合2个 Ca2+的空穴，ATP 在胞质侧与其结合位点结合，伴随 ATP 水解使相邻结构域天冬氨酸残基磷酸化，从而导致跨膜螺旋的明显重排。跨膜

6、螺旋的重排破坏了 Ca 2+结合位点，并释放 Ca2+进入膜的另一侧。 Ca 22+ 泵工作与 ATP 的水解相偶联，每消耗1分子 ATP 从细胞质基质泵出 2 个 Ca2+。Ca 2+泵主要将 Ca2+输出细胞或泵入内质网腔中储存起来，以维持细胞质基质中低浓度的游离 Ca 2+。 3、质子泵（H+-ATP 酶） 质子泵又包括 P 型质子泵、V 型质子泵和 F 型质子泵它们有的与 ATP 水解有关，有的与 ATP 合成有关。 （1）P 型质子泵 植物细胞、真菌（包括酵母）和细菌细胞质膜上虽然没有 Na + -K+ 泵，但有P型 H+泵（H+ -ATP 酶）。P 型 H+泵将 H+泵出细胞，建立

7、和维持跨膜的H+电化学梯度，并用来驱动转运溶质进入细胞。细菌细胞对糖和氨基酸的摄取，主要是由H+驱动的同向转运完成的。P 型 H+泵也使得细胞周围环境呈酸性。 （2）V 型质子泵和F 型质子泵 V 型质子泵广泛存在于动物的内体膜、溶酶体膜、破骨细胞和某 些肾小管细胞的质膜，以及植物、酵母和其他真菌细胞的液泡膜上。 F 型质子泵存在于细菌质膜、线粒体内膜和叶绿体泪囊体膜上。V 型质子泵和 F 型质子泵彼此相似，但与P型泵无关且结构更为复杂。V 型质子泵和 F 型质子泵都含有几种不同的跨膜和胞质侧亚基。两者与P 泵不同，在功能上都是只转运质子，并且在转运 H+离子过程中不形成磷酸化的中间体。 V型

8、质子泵利用ATP 水解功能从细胞质基质中逆 H+电化学梯度将H+泵入细胞器，以维持细胞质基质PH中性和细胞其内的PH酸性；存在于线粒体内膜、植物类囊体上的 F 型质子泵却以相反的方式发挥其生理作用。它通常利用质子动力势合成 ATP，即当 H+顺着电化学梯度通过质子泵是，所释放的能力驱动F型质子泵合成 ATP，如线粒体的氧化磷酸化和叶绿体的光合磷酸化作用，因此 F 型质子泵称 作 H+ -ATP 合酶更为贴切。 4、ABC 超家族 ABC超家族，也是一类 ATP 驱动泵，又叫 ABC 转运蛋白，该 超家族含几百种不同的转运蛋白，广泛分布于从细菌到人类各种生物 中，是最大的一类转运蛋白，每种 AB

9、C 转运蛋白对于底物或底物的 基团有特异性。所有ABC转运蛋白都共享一种由4 个“核心”结构域组成的结构模式：2 个跨膜结构域，每个结构域由 6 个跨膜 螺旋组成，形成底物运输的通路并决定底物的特异性；2个胞质侧ATP 结构域，具有 ATP 酶活性，凸向胞质。有些 ABC 转运代表则由 2 条或多条肽链组成，而有些 ABC 转运代表由 2 条或多条装配成相似结构多肽构成。ATP 分子结合前，ABC 转运蛋白的底物结构位点暴露于胞外一侧（原核细胞）或胞质一侧（真核细胞）。一旦 ATP与ABC 转运蛋白结合，将诱导 ABC 转运蛋白 2 个 ATP 结合于二聚体化，引起转运代表构象改变，使底物结合

10、部位暴露于质膜的另一侧；而 ATP 水解以及 ADP 的解离将导致 ATP 结合域解离，引起转运蛋白构象恢复原有状态。这样，通过 ATP 分子的结合与水解，ABC 转运蛋白就能完成小分子物质的跨膜转运。细菌除了通过 H+ -ATP 酶形成的 H+电化 学梯度来吸收营养物质外，其质膜上还要大量依赖水解 ATP 提供能量逆浓度梯度从环境中社区各种营养物质的 ABC 转运蛋白。 二、肌球蛋白横桥 简单地说横桥是特指肌原纤维(myofibrils)内的横桥或交联桥。换 言之，横桥能扭动，并具有三磷酸腺苷酶(ATP 酶)活性，故横桥能部 分分解生物能量物质三磷酸腺苷(ATP)。横桥能与细丝上肌动蛋白上的

11、结合点相结合，此时可激活其上的 ATP 酶。按肌内收缩的滑行学说，则横桥对于肌原纤维的收缩作用是不可缺少的一个组件。 横桥是横纹肌粗肌丝的重链一端的结构。横桥的主要特性：具有ATP 的结合位点和ATP 酶的活性，可以结合和分解 ATP，释放的能 量使横桥垂直于粗肌丝主体的杆状部，处于高势能状态（横桥获能），供肌肉收缩时横桥扭动所用。具有与细肌丝上的肌动蛋白结合位点，两者结合后横桥将分解 ATP 产生的势能转化为动能；横桥向 M 线方向扭动，从而拉动细肌丝向粗肌丝内滑入。 三、轴浆运输中的驱动蛋白（顺向）和动力蛋白（逆向） 神经元的细胞体与轴突是一个整体，胞体和轴突之间必须经常进 行物质运输和交

12、换。实验证明，轴突内的轴浆是经常在流动的。轴浆 流动是双向的，一方面部分轴浆由胞体流向轴突末梢（顺向转运）， 另一方面部分轴浆由轴突末梢反向流向胞体（逆向转运）。顺向转运又分快速转运和慢速转运，含有递质的囊泡从胞体到末梢的运输属于快速转运，而一些骨架结构和酶类则通过慢速转运。 轴浆运输的特点：耗能，转运速度可以调节。 轴浆流动的机制目前还不十分清楚。在缺氧、氰化物毒化等情况 下，神经纤维的有氧代谢扰乱使ATP 减少到 50%以下时，快速轴浆运 输流动即停止，说明它是一种耗能过程。有人提出与肌肉收缩滑行理 论相似的假说，来解释快速轴浆流动。这种运输是通过一种类似于肌 凝蛋白的驱动蛋白(kinesin)而实现的。驱动蛋白具有一个杆部和两个呈球状的头部。杆部可连接被运输的细胞器；头部则构成横桥，具有 ATP 酶活性，并能与微管上的结合蛋白相结合。当一个头部结合于微管时，ATP 酶被激活，横桥分解 ATP 而获能，使驱动蛋白的颈部发生扭动，另一个头部即与微管上的下一个位点结合，如此不停地交替进行，细胞器便沿着微管而被输送到轴突末梢。慢速轴浆运输则是指 随着微管和微丝等结构的不断向前延伸，轴浆的其他可溶性成分也随之向前运输。学科网（北京）股份有限公司