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水通道蛋白简介 109中学 赵迎春 2003年诺贝尔化学奖授予了美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别表彰他们发现细胞膜水通道，以及对离子通道结构和机理研究作出的开创性贡献。 其中，罗德里克·麦金农是因为钾离子通道蛋白结构和机理研究上的贡献获奖 水如何进入细胞？ 问题的提出 在人工脂双层的通透性实验中可知，水分子可以以自由扩散的方式穿过脂双层。但是在一些要求高通透性的细胞中水分子的扩散速度是很缓慢的，例如红细胞、肾小管、唾液腺等。 在20世纪50年代到80年代，很多研究红细胞的学者提出在红细胞膜上应该有可以运输水的蛋白。而且用汞的化合物处理红细胞膜可以抑制水的转运，由此推断运输水的蛋白应该是含巯基的蛋白。 水通道蛋白的发现 第一个水通道蛋白的发现和纯化纯属意外收获。1988年，阿格雷的小组在研究Rh抗原的过程中，总有一种28kDa的蛋白质被同时提纯。开始认为是大的多肽的降解产物，后来发现在红细胞膜上这种蛋白非常丰富，大约每个红细胞上有200,000个。而且从结构上分析它应该是一种通道。后来在肾小管中也提取出了这种蛋白。 水通道蛋白的发现 阿格雷小组使用蛙的卵细胞进行这种蛋白的功能测试。 将这种蛋白的mRNA注射到蛙卵细胞中，使其细胞膜上具有这种蛋白。然后将蛙卵放入蒸馏水中，结果卵细胞迅速吸水膨胀破裂。 这个蛋白被命名为水通道蛋白，官方命名为AQP1。 人们又陆续发现了10种水通道蛋白，构成了水通道蛋白家族的主体。 水通道蛋白的性质 水通道蛋白家族主要存在于动物和植物中，除一部分水通道蛋白允许少量甘油通过外，其余的水通道蛋白只允许水分子快速通过。AQP1就是一个只存在于哺乳动物体内的特异性的水通道蛋白，它在哺乳动物中的保守性非常好。 水通道蛋白传输水的速率大概是自由扩散的25倍，每秒能通过30亿个水分子。 * b. 不同分子通过人工脂双层的渗透系数（cm/s）（引自B. Alberts等） 上图：注入水通道蛋白AQP1mRNA的蛙卵细胞在蒸馏水中迅速膨胀 下图：正常蛙卵细胞 水通道蛋白的结构 *