化工进展 ›› 2016, Vol. 35 ›› Issue (06): 1845-1851.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2016.06.026

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二氧化碳跨生物膜的传递机制研究进展

姜忠义1,2, 张宁1,2, 黄彤1,2, 任燕雄1,2, 王磊1,2, 王少飞1,2   

  1. 1. 天津化学化工协同创新中心, 天津 300072;
    2. 天津大学化工学院绿色合成与转化教育部重点实验室, 天津 300072
  • 收稿日期:2016-01-29 修回日期:2016-03-12 出版日期:2016-06-05 发布日期:2016-06-05
  • 通讯作者: 姜忠义(1966-),教授,博士生导师,主要从事仿生与生物启发下的膜与膜过程研究。E-mail:zhyjiang@tju.edu.cn。
  • 作者简介:姜忠义(1966-),教授,博士生导师,主要从事仿生与生物启发下的膜与膜过程研究。E-mail:zhyjiang@tju.edu.cn。
  • 基金资助:
    国家自然科学基金(91534126)、国家高技术研究发展计划(2012AA03A611)及国家杰出青年科学基金(21125627)项目。

Research progress on the transfer mechanisms of CO2 across biological membranes

JIANG Zhongyi1,2, ZHANG Ning1,2, HUANG Tong1,2, REN Yanxiong1,2, WANG Lei1,2, WANG Shaofei1,2   

  1. 1. Collaborative Innovation Center of Chemical Science and Engineering(Tianjin), Tianjin 300072, China;
    2. Key Laboratory for Green Chemical Technology of Ministry of Education, School of Chemical Engineering and Technology, Tianjin University, Tianjin 300072, China
  • Received:2016-01-29 Revised:2016-03-12 Online:2016-06-05 Published:2016-06-05

摘要: 二氧化碳(CO2)作为生物体内的代谢产物和反应底物,其与外界环境的气体交换是保证生物体正常生命活动的重要基础。CO2在生物体尤其是细胞内的传递对于控制碳排放、构建高效碳循环、开发新型碳捕集技术具有重要意义。本文对生物体内CO2的传递机制进展进行了综述,重点介绍了CO2跨膜运输的不同方式与相应机制,针对水通道蛋白对CO2的促进传递作用进行了较为详细的分析,指出在膜对CO2自渗透性低时水通道蛋白对CO2的跨膜运输才能发挥重要作用。近期研究进展表明,水通道蛋白四聚体的中央孔道和水通道赋予其对CO2的促进传递作用。此外,碳酸酐酶和HCO3-Cl转运蛋白的存在能加速细胞内酸化过程,提高CO2的传递速率。期望本综述能够为开发新的仿生膜材料及其碳捕集技术提供理论方面的一些参考。

关键词: 二氧化碳, 生物膜, 溶解扩散, 水通道蛋白, 促进传递

Abstract: CO2,as a vital metabolic product and reaction substrate in living organisms,can make gas exchange with external environment,which is crucial to ensure the normal physiological activities of living organisms. The transfer of CO2 in organisms,especially in cells,is of great significance for controlling the emission of CO2,constructing efficient carbon cycle and exploring the carbon capture technology. This review presents a brief overview of the research progress on CO2 transport mechanisms in organisms,including the detailed analysis of different models about the CO2 transmembrane transport mechanisms,and in particular the facilitated transport of CO2 by aquaporin protein,with the conclusion that the aquaporin-mediated CO2 permeation plays an important role in membrane with a low intrinsic CO2 permeability. Recent researches also show that the water channels and central pore along the fourfold axis of the tetramer of aquaporin are supposed to function in the CO2 transmembrane transport. Moreover,the existence of carbonic anhydrase and HCO3-Cltransporter can accelerate intracellular acidification process,thus increase the CO2 transmembranetransport rate. This review could offer theoretical reference for developing new biomimetic membrane materials and carbon capture technology.

Key words: carbon dioxide, biofilm, solution-diffusion, aquaporin, facilitated transport

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