水通道蛋白結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系.ppt

1、水通道蛋白的結(jié)構(gòu)與功能,一、水通道蛋白的重要性,二、水通道蛋白的發(fā)現(xiàn),三、水通道蛋白的結(jié)構(gòu),四、對水分子的篩選機理,一、水通道蛋白的重要性,水分子以簡單滲透擴散方式通過細(xì)胞膜，但擴散 速度非常緩慢，科學(xué)研究證明，水分子跨越細(xì)胞膜的 快速輸運是通過細(xì)胞膜上的一種水通道蛋白（ aquaporin, AQP）實現(xiàn)的。 在哺乳動物中，水通道蛋白大量存在于腎臟、血 細(xì)胞和眼睛等器官中，如腎小管的近曲小管對水的重吸收、 從腦中排除額外的水、唾液和眼淚的形成，對體液滲透、 泌尿等生理過程非常重要。 在植物中，水通道蛋白直接參與根部水分吸收及 整個植物的水平衡。,二、水通道蛋白的發(fā)現(xiàn),19世紀(jì)中葉，人們設(shè)想生

2、物器官的表面存在傳輸水和小分子溶質(zhì)的通道“（channel）”。 20世紀(jì)50年代后期到80年代中期，一些對血紅細(xì)胞進行研究的學(xué)者提出在血紅細(xì)胞膜上可能存在有可以傳輸水分子的蛋白。 1988年Agre研究組從血紅細(xì)胞和腎小管中分離純化了CHIP28（channel-like integral membrane protein，23kDa），又被命名為AQP1,注入了AQP1水通道蛋白mRNA的蛙卵細(xì)胞在高 滲透壓介質(zhì)環(huán)境中迅速膨脹（上一行圖）；與之相對 應(yīng)，沒有注入AQP1蛋白mRNA的蛙卵細(xì)胞則沒有變 化（下一行圖）,三、水通道蛋白的結(jié)構(gòu),蛋白質(zhì)的功能是 通過其結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的， 要解決功能機理

3、問題， 必須首先解決它的結(jié) 構(gòu)問題。,水通道蛋白的投 影密集圖顯示在雙磷脂膜中，4個AQP1分子 構(gòu)成一個四聚體，每個水通道蛋白分子單體的 中心存在一個只允許水分子通過的通道管。,對AQP1晶體學(xué)數(shù)據(jù)分 析表明，水孔蛋白由4個 亞基組成四聚體，每個亞 基都由6個跨膜螺旋組 成。每個水孔蛋白亞基單 獨形成一個供水分子運動 的中央孔，孔的直徑稍大 于水分子直徑，約0.28nm， 水孔長約2nm。,四、對水分子的篩選機理,1）通道管的空間尺寸限制了比水分子大的小分子通過,直徑約 0.28nm,2）高度特異的親水通道,盡管現(xiàn)在還沒有完全揭示為何AQP1在對水分子快速 通過的同時能有效阻止質(zhì)子的通過，表現(xiàn)出對水分子的特 異通透性，但已有的數(shù)據(jù)表明，這種特異性與兩個半跨膜 區(qū)的Asn-Pro-Ala模式有關(guān)。AQP1中央孔的孔徑無法通過 比水分子大的物質(zhì)，而兩個Asn-Pro-Ala中的Asn殘基所帶 的正電荷也排除了質(zhì)子的通過，因此，AQP1是一個高度特 異的親水通道，只允許水而不允許離子或其他小分子溶質(zhì) 通過。 值得一提的是