水通道蛋白結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系

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(duì)水分子的篩選機(jī)理,一、水通道蛋白的重要性,水分子以簡(jiǎn)單滲透擴(kuò)散方式通過(guò)細(xì)胞膜，但擴(kuò)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(yùn)是通過(guò)細(xì)胞膜上的一種水通道蛋白（ aquaporin, AQP）實(shí)現(xiàn)的。 在哺乳動(dòng)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(duì)水的重吸收、 從腦中排除額外的水、唾液和眼淚的形成，對(duì)體液滲透、 泌尿等生理過(guò)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(gè)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?cè)O(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(duì)血紅細(xì)胞進(jìn)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(duì) 應(yīng)，沒(méi)有注入AQP1蛋白mRNA的蛙卵細(xì)胞則沒(méi)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(guò)其結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的， 要解決功能機(jī)理

3、問(wèn)題， 必須首先解決它的結(jié) 構(gòu)問(wèn)題。,水通道蛋白的投 影密集圖顯示在雙磷脂膜中，4個(gè)AQP1分子 構(gòu)成一個(gè)四聚體，每個(gè)水通道蛋白分子單體的 中心存在一個(gè)只允許水分子通過(guò)的通道管。,對(duì)AQP1晶體學(xué)數(shù)據(jù)分 析表明，水孔蛋白由4個(gè) 亞基組成四聚體，每個(gè)亞 基都由6個(gè)跨膜螺旋組 成。每個(gè)水孔蛋白亞基單 獨(dú)形成一個(gè)供水分子運(yùn)動(dòng) 的中央孔，孔的直徑稍大 于水分子直徑，約0.28nm， 水孔長(zhǎng)約2nm。,四、對(duì)水分子的篩選機(jī)理,1）通道管的空間尺寸限制了比水分子大的小分子通過(guò),直徑約 0.28nm,2）高度特異的親水通道,盡管現(xiàn)在還沒(méi)有完全揭示為何AQP1在對(duì)水分子快速 通過(guò)的同時(shí)能有效阻止質(zhì)子的通過(guò)，表現(xiàn)出對(duì)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(gè)半跨膜 區(qū)的Asn-Pro-Ala模式有關(guān)。AQP1中央孔的孔徑無(wú)法通過(guò) 比水分子大的物質(zhì)，而兩個(gè)Asn-Pro-Ala中的Asn殘基所帶 的正電荷也排除了質(zhì)子的通過(guò)，因此，AQP1是一個(gè)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(guò)。 值得一提的是