在细菌至人类的各类生物体内，都存在一种关键的膜蛋白，即ABC转运蛋白。作为最大的跨膜蛋白超家族之一，这类蛋白通过保守的ATP结合盒（ATP-binding cassette）结构域水解ATP，获取能量并驱动底物跨越细胞膜。

ABC转运蛋白能够转运多种物质，包括营养物质、代谢产物、肽类、脂质、多糖，甚至药物及外源毒素（这一机制是肿瘤多重耐药的核心）。这类蛋白参与了重要的生理过程，如营养吸收、渗透调节及免疫应答等。一旦功能异常，可能直接导致多种遗传疾病。例如，囊性纤维化患者因CFTR蛋白（ABCC7亚型）基因突变，导致氯离子转运障碍，从而引发肺部黏液积聚及呼吸衰竭。

ABC转运蛋白的种类与结构

人类基因组中编码了49个ABC转运蛋白，根据其结构特征可分为七类。ABC转运蛋白的经典结构包含两个核苷酸结合域（NBD），这些区域负责结合和水解ATP以提供转运所需的能量；同时还有两个跨膜结构域（TMD），负责底物识别与运输。

ABC转运蛋白的结构类型

ABC转运蛋白主要有三种结构构型： 1. 全分子转运体：由单条多肽链构成，包含两个核苷酸结合域（NBD）和两个跨膜结构域（TMD），具有典型的正向或反向排列方式；2. 半分子转运体：同样由单条多肽链构成，含一个NBD与一个TMD，通过同源或异源二聚化形成功能单元；3. 可溶性蛋白：NBD与TMD位于不同的肽链上（如ABCE/F亚型），主要负责翻译调控等非转运功能。

ABC转运蛋白的转运方向

ABC转运蛋白的作用方向大致分为两类：一是将底物从细胞内部运出，这在真核生物和原核生物中普遍存在；二是将底物运入细胞，主要见于原核生物，通常需要额外的底物结合蛋白（SBP）来将底物递送至TMD。在革兰氏阴性菌中，SBP位于周质间隙。在革兰氏阳性菌和古细菌中，SBP与膜相关或转运蛋白复合物融合。

ABC转运蛋白的物种分布与数量

目前，在人类（Homosapiens）基因组中已发现49个ABC转运蛋白，而在酵母（Saccharomyces cerevisiae）中大约有30个，在大肠杆菌中则发现79个ABC转运蛋白。与其他生物相比，植物的ABC转运蛋白数量相对较多，以水稻（Oryza sativa）和拟南芥（Arabidopsis thaliana）为代表，其家族成员已超过130种，这可能是植物在适应复杂环境的过程中所致。

人类健康与医学价值

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资料来源：王晓珠等，植物生理学报, 2017, 53(2): 133-144.