水孔蛋白ppt
合集下载
尿崩症护理查房ppt课件
病例中的患者治疗方案及效果： 去氨加压素（弥凝）100ug睡前服用后夜间尿量明显减少，夜间睡眠 佳，夜间口渴减轻，夜尿1次，尿量300Ml。
15
15
七、尿崩症的护理：
一、病情观察： 定时测血压、体温、脉搏、呼吸及体重，按时监测电解质、肾功
能，有无异常。 观察患者有无腹胀，倦怠，乏力等低钾和淡漠、嗜睡高钠的症状。 观察患者有无口渴，皮肤黏膜弹性减退等脱水症状。 指导患者正确记录记录出入水量，遵医嘱正确补液，量出为入，
5
三、临床表现：
病例回顾：
患者，女，53岁，因突然出现的口干、多饮、多尿、及 夜尿增多5个月，于2016年01月19日入院。每日饮水量 达5-8L，白天小便10-20次，夜间小便3-4次，喜冷饮， 饮食量与尿量相当。伴脱发，纳差，乏力，体重下降。无 发热、关节疼痛及头部外伤史。曾在当地医院就诊，多次 查血钠升高，胃镜示慢性非萎缩性胃炎，尿比重减低。为 求进一步治疗，来我院就诊。
后1h
加 压 素 42.9 143/102 99 1.010 342 30 542 1.585 157.4
后2h 提示：禁水后患者尿渗透压低于低于血渗透压，予以注射垂体后叶素后 患者尿渗透压升高明显，最高达542 mOsm/(kg. H2O)，尿渗透压/血渗 透压比值达1.585，尿量明显减少，支持中枢性尿崩症诊断。
至尿量无变化、尿比重不再上升，尿渗透压达平台期为止。 （连续两次尿渗透压差小于 30mOsm/kg.H20）。 抽血测定血浆渗透压，并皮下注射抗利尿激素5u，注射后 1 小 时和 2 小时测尿渗透压，尿比重。
9
9
四、实验室检查：
禁水加压试验
注意事项： 一般需禁水 8～12 小时以上，如血压有下降、体重
15
15
七、尿崩症的护理：
一、病情观察： 定时测血压、体温、脉搏、呼吸及体重，按时监测电解质、肾功
能，有无异常。 观察患者有无腹胀，倦怠，乏力等低钾和淡漠、嗜睡高钠的症状。 观察患者有无口渴，皮肤黏膜弹性减退等脱水症状。 指导患者正确记录记录出入水量，遵医嘱正确补液，量出为入，
5
三、临床表现：
病例回顾：
患者，女，53岁，因突然出现的口干、多饮、多尿、及 夜尿增多5个月，于2016年01月19日入院。每日饮水量 达5-8L，白天小便10-20次，夜间小便3-4次，喜冷饮， 饮食量与尿量相当。伴脱发，纳差，乏力，体重下降。无 发热、关节疼痛及头部外伤史。曾在当地医院就诊，多次 查血钠升高，胃镜示慢性非萎缩性胃炎，尿比重减低。为 求进一步治疗，来我院就诊。
后1h
加 压 素 42.9 143/102 99 1.010 342 30 542 1.585 157.4
后2h 提示：禁水后患者尿渗透压低于低于血渗透压，予以注射垂体后叶素后 患者尿渗透压升高明显，最高达542 mOsm/(kg. H2O)，尿渗透压/血渗 透压比值达1.585，尿量明显减少，支持中枢性尿崩症诊断。
至尿量无变化、尿比重不再上升，尿渗透压达平台期为止。 （连续两次尿渗透压差小于 30mOsm/kg.H20）。 抽血测定血浆渗透压，并皮下注射抗利尿激素5u，注射后 1 小 时和 2 小时测尿渗透压，尿比重。
9
9
四、实验室检查：
禁水加压试验
注意事项： 一般需禁水 8～12 小时以上，如血压有下降、体重
水通道蛋白AQP1
正在加载 敬请期待
水通道蛋白
Aquaporin-1(AQP1)
01 Background 02 Structure 03 Function
Background 01
Background
释 疑
举
细胞的主要成分是水，一个细胞的含水量大约为
例
85%~90%
水分子很小，单个水分子的直径约为2.8Å
1987年，在人红细胞膜上发现一种28kDa的疏水跨膜蛋白， 命名为形成通道的整合膜蛋白28（CHIP28）。其在具有高 渗能力的红细胞和肾小管中高表达。 1991年，克隆了CHIP28的全长cDNA。
Background
1992年，非洲爪蟾卵母细胞CHIP28表达实验
Structure 02
Structure
Background
肾近端小管、髓袢降支细段具有强烈的吸水功能， 平均每天吸收大约150L的水。
血液中的红细胞在低于0.45%的NaCl低渗溶液中 会迅速吸水膨胀破裂。
红细胞水的快速通透能被汞抑制，清除抑制剂后，红细胞又可恢 复对水的快速通透能力。而汞却不影响细胞膜对水的简单扩散。
Background
Function
液体重吸收
脑脊液产生、调节水和离子平衡
眼组织 鼻腔
角膜、晶状体 小梁、虹膜
视网膜
Function
调剂渗透压 参与房水的调控 维持视网膜的黏附功能
鼻粘膜的生理功能与相关疾病
谢谢
释疑 着手进行分解找不到答案的议题，直到可解答的程度为止 举例
释疑
Structure
“该投资项目A” = 理由1 + 理由2 + 理由3
举例
Structure
水通道蛋白
Aquaporin-1(AQP1)
01 Background 02 Structure 03 Function
Background 01
Background
释 疑
举
细胞的主要成分是水，一个细胞的含水量大约为
例
85%~90%
水分子很小，单个水分子的直径约为2.8Å
1987年，在人红细胞膜上发现一种28kDa的疏水跨膜蛋白， 命名为形成通道的整合膜蛋白28（CHIP28）。其在具有高 渗能力的红细胞和肾小管中高表达。 1991年，克隆了CHIP28的全长cDNA。
Background
1992年，非洲爪蟾卵母细胞CHIP28表达实验
Structure 02
Structure
Background
肾近端小管、髓袢降支细段具有强烈的吸水功能， 平均每天吸收大约150L的水。
血液中的红细胞在低于0.45%的NaCl低渗溶液中 会迅速吸水膨胀破裂。
红细胞水的快速通透能被汞抑制，清除抑制剂后，红细胞又可恢 复对水的快速通透能力。而汞却不影响细胞膜对水的简单扩散。
Background
Function
液体重吸收
脑脊液产生、调节水和离子平衡
眼组织 鼻腔
角膜、晶状体 小梁、虹膜
视网膜
Function
调剂渗透压 参与房水的调控 维持视网膜的黏附功能
鼻粘膜的生理功能与相关疾病
谢谢
释疑 着手进行分解找不到答案的议题，直到可解答的程度为止 举例
释疑
Structure
“该投资项目A” = 理由1 + 理由2 + 理由3
举例
Structure
细胞生物学 第五章 物质的跨膜运输
离子流，产生电信号。 编辑ppt
离子通道的三种类型
编辑ppt
电压门控离子通道：铰链细胞失水 原理：含羞草的叶柄基部和复叶基部,都有一个膨大部分,叫作 叶枕。叶枕细胞 （铰链细胞）受刺激时，其膜钙离子门控通 道打开，钙内流，产生AP，致使铰链细胞的液泡快速失水而 失去膨压，从而叶枕就变得瘫软,小羽片失去叶枕的支持,依次 地合拢起来。
编辑ppt
应力激活的离子通道：2X1013N，0.04nm
编辑ppt
❖ 2、通道蛋白 ❖ 离子通道的特征： ❖ （1）具有极高的转运速率 ❖ 比载体转运速率高1000倍以上；带电离子
的跨膜转运动力来自跨膜电化学梯度。 ❖ （2）离子通道没有饱和值 ❖ 离子浓度增大，通过率也随之增大。 ❖ （3）离子通道是门控的，并非连续开放 ❖ 离子通道的开与闭编辑p受pt 控于适当的细胞信号。
❖ Couple uphill transport to the hydrolysis of ATP.
❖ Mainly in bacteria, couple uphill transport to an input of
energy from light.
编辑ppt
第二节 离子泵和协同转运 ❖ ATP 驱动泵分类：
编辑ppt
水分子 通过水孔蛋白
编辑ppt
第一节 膜转动蛋白与物质的跨膜运输
❖ 二、物质的跨膜运输 ❖ (一)被动运输 ❖ 2、协助扩散 ❖ 各种极性分子和无机离子，以及细
胞代谢产物等顺其浓度梯度或电化学 梯度跨膜转运，无需细胞提供能量， 但需膜转运蛋白“协助”。
编辑ppt
葡萄糖载体蛋白家族
❖ 人类基因组编码12种与糖转运相关的载体 蛋白GLUT1～GLUT12，构成GLUT。
离子通道的三种类型
编辑ppt
电压门控离子通道：铰链细胞失水 原理：含羞草的叶柄基部和复叶基部,都有一个膨大部分,叫作 叶枕。叶枕细胞 （铰链细胞）受刺激时，其膜钙离子门控通 道打开，钙内流，产生AP，致使铰链细胞的液泡快速失水而 失去膨压，从而叶枕就变得瘫软,小羽片失去叶枕的支持,依次 地合拢起来。
编辑ppt
应力激活的离子通道：2X1013N，0.04nm
编辑ppt
❖ 2、通道蛋白 ❖ 离子通道的特征： ❖ （1）具有极高的转运速率 ❖ 比载体转运速率高1000倍以上；带电离子
的跨膜转运动力来自跨膜电化学梯度。 ❖ （2）离子通道没有饱和值 ❖ 离子浓度增大，通过率也随之增大。 ❖ （3）离子通道是门控的，并非连续开放 ❖ 离子通道的开与闭编辑p受pt 控于适当的细胞信号。
❖ Couple uphill transport to the hydrolysis of ATP.
❖ Mainly in bacteria, couple uphill transport to an input of
energy from light.
编辑ppt
第二节 离子泵和协同转运 ❖ ATP 驱动泵分类：
编辑ppt
水分子 通过水孔蛋白
编辑ppt
第一节 膜转动蛋白与物质的跨膜运输
❖ 二、物质的跨膜运输 ❖ (一)被动运输 ❖ 2、协助扩散 ❖ 各种极性分子和无机离子，以及细
胞代谢产物等顺其浓度梯度或电化学 梯度跨膜转运，无需细胞提供能量， 但需膜转运蛋白“协助”。
编辑ppt
葡萄糖载体蛋白家族
❖ 人类基因组编码12种与糖转运相关的载体 蛋白GLUT1～GLUT12，构成GLUT。
植物生理学第1章水分生理ppt课件
2019/12/27
本章内容
第一节 植物对水分的需要 第二节 植物细胞对水分的吸收 第三节 植物根系对水分的吸收 第四节 蒸腾作用 第五节 植物体内水分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础
2019/12/27
§ 1、植物对水分的需要
1、1植物的含水量
⑴不同植物的含水量不同。
• 水生植物90%；旱生地衣6%，一般植物55~85%
本书内容
• 第一篇 植物的物质生产和光能利用
包括水分生理、矿质营养和光合作用
• 第二篇 植物体内物质和能量的转变
包括呼吸作用、有机物代谢（次生代谢）、有 机物运输。
• 第三篇 植物的生长发育
包括信号转导、生长物质、光形态建成、生长生 理、生殖生理、成熟和衰老、抗性生理。
2019/12/27
• 代谢（metablolism）：是指维持各种生命活动 （如生长、发育、繁殖和运动）过程中化学变化 （包括物质合成、转化和分解）的总称。
•水分通过水孔蛋白迁移 的速度远远大于通过脂 双分子层的速度。
2019/12/27
水分跨膜运输途径示意图（Buchanan et al. 2000） A．水分子通过水孔蛋白形成的水通道
2019/12/27 B．水分子通过膜脂间隙进人细胞
水孔蛋白的结构（依据Buchanan et al. 2000修改）
三、渗透作用（osmosis） 动力为水势梯度。 水势的概念及水的迁移
1、自由能、化学势、水势
1. ）自由能(free energy):体系内可以用于做功的能量。而束缚 能(bound energy)是不能用于做功的能量。
2. ）化学势( chemical potential):指一个体系中，在恒温恒压下 1mol某物质的自由能(偏摩尔自由能)，用μ表示。它衡量物质 反应或做功的能量。规定纯水的化学势为0焦耳/摩尔（N m/mol）。
本章内容
第一节 植物对水分的需要 第二节 植物细胞对水分的吸收 第三节 植物根系对水分的吸收 第四节 蒸腾作用 第五节 植物体内水分的运输 第六节 合理灌溉的生理基础
2019/12/27
§ 1、植物对水分的需要
1、1植物的含水量
⑴不同植物的含水量不同。
• 水生植物90%；旱生地衣6%，一般植物55~85%
本书内容
• 第一篇 植物的物质生产和光能利用
包括水分生理、矿质营养和光合作用
• 第二篇 植物体内物质和能量的转变
包括呼吸作用、有机物代谢（次生代谢）、有 机物运输。
• 第三篇 植物的生长发育
包括信号转导、生长物质、光形态建成、生长生 理、生殖生理、成熟和衰老、抗性生理。
2019/12/27
• 代谢（metablolism）：是指维持各种生命活动 （如生长、发育、繁殖和运动）过程中化学变化 （包括物质合成、转化和分解）的总称。
•水分通过水孔蛋白迁移 的速度远远大于通过脂 双分子层的速度。
2019/12/27
水分跨膜运输途径示意图（Buchanan et al. 2000） A．水分子通过水孔蛋白形成的水通道
2019/12/27 B．水分子通过膜脂间隙进人细胞
水孔蛋白的结构（依据Buchanan et al. 2000修改）
三、渗透作用（osmosis） 动力为水势梯度。 水势的概念及水的迁移
1、自由能、化学势、水势
1. ）自由能(free energy):体系内可以用于做功的能量。而束缚 能(bound energy)是不能用于做功的能量。
2. ）化学势( chemical potential):指一个体系中，在恒温恒压下 1mol某物质的自由能(偏摩尔自由能)，用μ表示。它衡量物质 反应或做功的能量。规定纯水的化学势为0焦耳/摩尔（N m/mol）。
第一章植物的水分生理(共54张PPT)
•
水分通过胞间连丝的吸收。移动速度较慢。
•
由于水势梯度引起水分进入中柱后产生 的压力。
和 现象可以证明根压的存在。
伤流（bleeding）
吐水（guttation）
从受伤或折断的植物组织溢 从未受伤叶片尖端或边缘向
出液体的现象
外溢出液滴的现象
水、无机盐、有机物、植物激素（细胞 分裂素）。
伤流液的数量和成分，可以作为根系活 力强弱的指标。
lower epidermis more than in the upper epidermis.
• In grain plants, those distribution is nearly equal in the lower epidermis to in
the upper epidermis.
• T—absolute temperature
• 植物细胞膜的特点—生物膜（质膜、液泡
膜），半透膜，选择透性，水分子易于通 过，而对溶质则有选择性；而且细胞液与 外界溶液具有Ψw 差。
• 质壁分离（Plasmolysis）和质壁分离复原
（ Deplasmolysis）现象可以验证之。
高浓度溶液中， 细胞失水，质壁 分离。
扩散 依浓度梯度进行，短距离运输 集流 依压力梯度进行，长距离运输
A. 单个水分子通过膜 脂双分子层进入细胞
B．多个水分子通过水孔蛋白形成的水
通道进入细胞
水分移动需要能量做功，该动力来自于 渗透作用。
渗透作用：
通过半透膜移动的现象。
发生条件：半透膜，膜两边有浓度差。
1 mol物质的自由能。
每偏摩尔体积水的化学势，用Ψ表示，
0.5
0
-0.5
水分通过胞间连丝的吸收。移动速度较慢。
•
由于水势梯度引起水分进入中柱后产生 的压力。
和 现象可以证明根压的存在。
伤流（bleeding）
吐水（guttation）
从受伤或折断的植物组织溢 从未受伤叶片尖端或边缘向
出液体的现象
外溢出液滴的现象
水、无机盐、有机物、植物激素（细胞 分裂素）。
伤流液的数量和成分，可以作为根系活 力强弱的指标。
lower epidermis more than in the upper epidermis.
• In grain plants, those distribution is nearly equal in the lower epidermis to in
the upper epidermis.
• T—absolute temperature
• 植物细胞膜的特点—生物膜（质膜、液泡
膜），半透膜，选择透性，水分子易于通 过，而对溶质则有选择性；而且细胞液与 外界溶液具有Ψw 差。
• 质壁分离（Plasmolysis）和质壁分离复原
（ Deplasmolysis）现象可以验证之。
高浓度溶液中， 细胞失水，质壁 分离。
扩散 依浓度梯度进行，短距离运输 集流 依压力梯度进行，长距离运输
A. 单个水分子通过膜 脂双分子层进入细胞
B．多个水分子通过水孔蛋白形成的水
通道进入细胞
水分移动需要能量做功，该动力来自于 渗透作用。
渗透作用：
通过半透膜移动的现象。
发生条件：半透膜，膜两边有浓度差。
1 mol物质的自由能。
每偏摩尔体积水的化学势，用Ψ表示，
0.5
0
-0.5
第五章-跨膜转运PPT课件
1、同向协同（symport）
物质运输方向与离子转移方向相同。如小肠细胞对葡萄糖 的吸收伴随着Na+的进入。载体蛋白有两个结合位点，同 时与Na+和特异的氨基酸或葡萄糖分子结合，进行同向转 运。
2、反向协同（antiport）
物质跨膜运动的方向与离子转移的方向相反。如动物细胞 分裂时，常通过Na+/H+反向协同运输的方式来向细胞外转 运H+，以调高细胞内的PH值。
6. 2K+释放到细胞内， α亚基
4. 3Na+释放到细胞外 5. 2K+结合；去磷酸化 构象恢复原始状态。
每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+， 转进两个K+。 是一种基本的、典型的主动 运输方式。
Na+-K+泵的作用： ①维持细胞的渗透压，保持细胞的体积； ②维持低Na+高K+的细胞内环境； ③维持细胞的静息电位。
➢分泌蛋白合成后立即包装入高尔基复合体的分泌囊 泡中，然后被迅速带到细胞膜处排出。
➢所有真核细胞，连续分泌过程 ➢转运途径：粗面内质网→高尔基体→分泌泡 →细胞表面
（二）钙泵（Ca2+ pump ）
又称Ca2+-ATP酶。
构成：1个多肽构成的整合膜蛋白，每个泵 单位含有10个跨膜α螺旋。
分布：
❖ 细胞质膜和内质网膜上。 ❖ 肌细胞的肌质网膜上。
工 作 原 理 ：
3. 构象改变，破坏Ca2+结 4. 去磷酸化
1. 2Ca2+与位点结合 2. ATP水解；磷酸化
第三节 胞吞作用（endocytosis） 与胞吐作用（exocytosis）
大分子与颗粒性物质的跨膜运输 膜泡运输:转运过程中，物质包裹在囊泡中。 批量运输：同时转运一种或多种数量不等的
植物逆境生理水孔蛋白
• 在螺旋2的胞质侧，loopB又折回膜内，将NPA结构放在膜的中间 位置，紧接NPA结构形成螺旋HB，螺旋HB靠近螺旋6。在胞质侧， 距离四聚体轴心最远的地方，HB从膜内出来和螺旋3相连接。
• 螺旋3在邻近螺旋1的地方穿出胞膜。LoopC位于胞外，连接着螺 旋3和4。
• 螺旋4穿过胞膜，通过很短的靠近四聚体的loopD与螺旋5连接。
• SIP是AQP中的最小的家族，SIP1具有水通道的活性，而
SIP2则可能是其他小分子或离子的运输通道。
• 植物水孔蛋白主要分布在质膜和液泡膜上。 PIP与TIP之间 的氨基酸同源性较低 (约50%左右)，而且PIP较TIP具有 较长的N端。
• 水孔蛋白在植物中的含量也是相当高的。例如，萝卜的TIP 占总液泡膜蛋白的40%；萝卜的PIP也占总质膜蛋白的10%； 拟南芥PIP2则占总质膜蛋白的15% ；拟南芥的5种PIP1至少 占总质膜蛋白的1 %
• 每个单体紧密结合使得这个同 源四聚体比较稳定。在某些去污 剂中的不溶性表明，脂质与 AQPl结合非常紧密。在单体外 面的螺旋3和6，以及螺旋HB和 HE的氨基酸残基可以和磷脂的酰 基相互作用。
水孔蛋白中的水孔
• Jung等(1994)提出的“沙漏”模型(the hourglass model) “沙漏”模型依据B和E环都为典型的疏水结构，使两环分别 从膜两侧埋入膜内。通过分子的折叠， B和E环形成一狭窄 的水孔道。CHIP28中汞敏感位点，即E环的Cys189和可 能 存在于B环的Cys73就位于水孔道的上下方。
• Karl Windhage博士，将体外转录合成的CHIP28 cDNA注入非洲 爪蟾的卵母细胞中，发现在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，并 于5 min内破裂。
• 为进一步确定其功能，又将从红细胞中提取的高纯度的CHIP28蛋 白整合到脂质体上，进行高渗处理，通过内部荧光物质的荧光变 化来反映其体积的变化，与对照相比， CHIP28极大地增加了脂 质体的透水性并 受到了氯化汞的可逆抑制，表现为很低的活化能 ，证实其为水选择性，并称CHIP28为Aquaporinl(AQPl)。
• 螺旋3在邻近螺旋1的地方穿出胞膜。LoopC位于胞外，连接着螺 旋3和4。
• 螺旋4穿过胞膜，通过很短的靠近四聚体的loopD与螺旋5连接。
• SIP是AQP中的最小的家族，SIP1具有水通道的活性，而
SIP2则可能是其他小分子或离子的运输通道。
• 植物水孔蛋白主要分布在质膜和液泡膜上。 PIP与TIP之间 的氨基酸同源性较低 (约50%左右)，而且PIP较TIP具有 较长的N端。
• 水孔蛋白在植物中的含量也是相当高的。例如，萝卜的TIP 占总液泡膜蛋白的40%；萝卜的PIP也占总质膜蛋白的10%； 拟南芥PIP2则占总质膜蛋白的15% ；拟南芥的5种PIP1至少 占总质膜蛋白的1 %
• 每个单体紧密结合使得这个同 源四聚体比较稳定。在某些去污 剂中的不溶性表明，脂质与 AQPl结合非常紧密。在单体外 面的螺旋3和6，以及螺旋HB和 HE的氨基酸残基可以和磷脂的酰 基相互作用。
水孔蛋白中的水孔
• Jung等(1994)提出的“沙漏”模型(the hourglass model) “沙漏”模型依据B和E环都为典型的疏水结构，使两环分别 从膜两侧埋入膜内。通过分子的折叠， B和E环形成一狭窄 的水孔道。CHIP28中汞敏感位点，即E环的Cys189和可 能 存在于B环的Cys73就位于水孔道的上下方。
• Karl Windhage博士，将体外转录合成的CHIP28 cDNA注入非洲 爪蟾的卵母细胞中，发现在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，并 于5 min内破裂。
• 为进一步确定其功能，又将从红细胞中提取的高纯度的CHIP28蛋 白整合到脂质体上，进行高渗处理，通过内部荧光物质的荧光变 化来反映其体积的变化，与对照相比， CHIP28极大地增加了脂 质体的透水性并 受到了氯化汞的可逆抑制，表现为很低的活化能 ，证实其为水选择性，并称CHIP28为Aquaporinl(AQPl)。
水通道蛋白
• 生物体的主要组成部分是水溶液，水溶液占人体
重量的70％。生物体内的水溶液主要由水分子和 各种离子组成。它们在细胞膜通道中的进进出出 可以实现细胞的很多功能。
• 20世纪50年代中期，科学家发现，细胞膜中存在
着某种通道只允许水分子出入，人们称之为水通 道。因为水对于生命至关重要，可以说水通道是 最重要的一种细胞膜通道。尽管科学家发现存在 水通道，但水通道到底是什么却一直是个谜。
• 水通道蛋白的简介 • 发现历程 • 发展前景
什么是水通道蛋白？
• 即蛋白质在膜内，形
成专门输送水的穿膜 通道，存在于红细胞 和肾组织中，由4个 相同的亚基组成，每 个亚基(28 kDa)含6个 穿膜α螺旋，极大地 增加膜的水通透性。
• 水通道蛋白是专门运输水的跨膜蛋白，其
基因结构、基因表达调控、染色体定位、 蛋白质结构、组织分布和生理功能得到了 较为深入的研究。
美国波士顿附近的小镇伯灵 顿长大，１９８２年在塔夫 茨医学院获医学博士，现为 洛克菲勒大学分子神经生物 学和生物物理学教授。
• 彼得•阿格雷，1949年生
于美国明尼苏达州小城诺 斯菲尔德，1974年在巴 尔的摩约翰斯•霍普金斯 大学医学院获医学博士， 现为该学院生物化学教授 和医学教授。2004年来 到杜克大学，担任医学院 副院长。
发展前景
• 很多疾病，比如一些神经系统疾病和心血管疾病
就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的，对细胞膜 通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并 研制相应药物。
• 水通道的发现开辟了一个新的研究领域。目前，
科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物、植物和 微生物中，它的种类很多，仅人体内就有11种。 它具有十分重要的功能，比如在人的肾脏中就起 着关键的过滤作用。通常一个成年人每天要产生 170升的原尿，这些原尿经肾脏肾小球中的水通道 蛋白的过滤，其中大部分水分被人体循环利用， 最终只有约１升的尿液排出人体。
植物生理学水分代谢讲课文档
黄瓜
西红柿
绝对含水量（％） 99
98
干重（％）
1
2Hale Waihona Puke 鲜重（％）100100
相对含水量（％） ～100
～100
鲜重/干重
100
50
绝对含水量＝（鲜重－干重）/鲜重
饱和含水量＝（饱和鲜重－干重）/饱和鲜重
相对含水量＝绝对含水量/饱和含水量
玉米含水量86％，87％。
第七页，共85页。
三、植物体内水分存在的状态 自由水和束缚水
1、作为原生质的主要成分
2、代谢过程的重要反应物质
3、植物吸收和运输物质的溶剂
4、保持植物的固有姿态 5、保持植物体的正常温度
第十二页，共85页。
生态作用：
6、水对可见光吸收极少 7、水还可以通过水的理化性质调节植物周围的 环境。
第十三页，共85页。
第二节 植物细胞对水分的吸收
细胞吸水是一个热力学过程
第十四页，共85页。
一、水势的概念和水的迁移过程
1、自由能、化学势和水势的概念
（1）自由能和化学势 在恒定条件下，体系内能用来做功的能量就称为
自由能(free energy)。 自由能是相对的，是一个体系变化前后的能差。
ΔG=G2-G1
第十五页，共85页。
化学势(chemical potential)：是在恒 温恒压等条件下，1摩尔某组分在体系中的 自由能，可用来衡量物质反应或转移所用 的能量。
2、水孔蛋白的概念、分类、结构和功能
（1）概念：水孔蛋白（aquaporins，AQPs）是一类对水专 一的通道蛋白，它介导细胞或细胞器与介质之间快速水的运 输，是水分进出细胞的主要途径。 （2）分类：植物细胞存在四种类型的水孔蛋白，分别定位 在质膜（属于质膜内在蛋白PIPs）、液泡膜（属于液泡膜 内在蛋白TIPs）、根瘤共生体外周膜(NIPs)上及在拟南芥 和玉米中小通道蛋白(SIPs)。
水孔蛋白ppt
(a) 螺旋的正电荷极性部分约束通过 通道的水分子的取向,使质子不能通 过;
（二）转运机理
由于与NPA 之间的van der Waals 作用,孔螺旋HB 和HE 被 保留在膜的中间;在主链NH 基团 和NPA 基序的Asn 羧基之间存在 的氢键作用结束于短孔螺旋的N 端。这就导致Asn76 和192 被定 位伸向孔中。水分子中的氧与氨 基酸基团形成氢键,而代替相互 之间形成的氢键。
•
水分子
水分跨膜移动途径示意图
类脂
水通道蛋白图
水孔蛋白
1AQP的发现 2AQP的功能 3AQP的结构
4AQP的调节机制
AQP的发现
1920 年代以前,人们认为水分子以扩散机理通过细胞膜,但水凭借扩散方式 通过细胞膜的通量很低以及活化能很高,难以解释水分子以很快的速度大量 通过细胞膜的现象。 1950年代，人们发现水分子可以很快地通过选择性通道进入红细胞，而其 他溶质分子和离子则不能通过红细胞膜。 此后三十年研究表明，细胞膜上的水通道是一种具有高度选择性的过滤器， 在渗透梯度的驱动下，允许水分子通过，而质子则不能通过。 1988年，阿格雷从红细胞和肾小管中分离出一种功能为治的新的膜蛋白--CHIP28（AQP1）。 1991年，经过N2段肽链测序和整个cDNA序列测定获得了蛋白质的氨基酸 序列结构，证实了这就是一直寻求的水通道。 阿格雷与他的合作者用高分辨成像技术研究AQP水通道膜 蛋白，并在2000年公布了世界第一张分辨率为0.38纳米的高清晰度立 体结构图。
二、结构特征 （一）基因结构
AQP家族由一个基因组 进化而来，典型的AQP 基因结构含有一个较大 的外显子编码AQP的氨 基端半侧分子和四个较 小的外显子编码AQP的 羟基端半侧分子。
水通道蛋白
基因结构、基因表达调控、染色体定位、 蛋白质结构、组织分布和生理功能得到了 较为深入的研究。 • 到目前为止，在哺乳动物至少发现有13种 到目前为止，在哺乳动物至少发现有13种 水通道蛋白，即AQPo～12(Preston等， 水通道蛋白，即AQPo～12(Preston等， 1992)。 1992)。
发展前景
• 很多疾病，比如一些神经系统疾病和心血管疾病 很多疾病，比如一些神经系统疾病和心血管疾病
就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的，对细胞膜 通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并 研制相应药物。 水通道的发现开辟了一个新的研究领域。目前， 科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物、植物和 科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物、植物和 微生物中，它的种类很多，仅人体内就有11种。 微生物中，它的种类很多，仅人体内就有11种。 它具有十分重要的功能，比如在人的肾脏中就起 它具有十分重要的功能，比如在人的肾脏中就起 着关键的过滤作用。通常一个成年人每天要产生 170升的原尿，这些原尿经肾脏肾小球中的水通道 170升的原尿，这些原尿经肾脏肾小球中的水通道 蛋白的过滤，其中大部分水分被人体循环利用， 最终只有约１升的尿液排出人体。
• 1988年，罗德里克·麦金农利用Ｘ射线晶体 1988年，罗德里克·
成像技术获得了世界第一张离子通道的高 成像技术获得了世界第一张离子通道的高 清晰度照片，并第一次从原子层次揭示了 清晰度照片，并第一次从原子层次揭示了 离子通道的工作原理。这张照片上的离子 通道取自青链霉菌，也是一种蛋白。麦金 通道取自青链霉菌，也是一种蛋白。麦金 农的方法是革命性的，它可以让科学家观 测离子在进入离子通道前的状态，在通道 中的状态，以及穿过通道后的状态。对水 通道和离子通道的研究意义重大。
• 生物体的主要组成部分是水溶液，水溶液占人体
发展前景
• 很多疾病，比如一些神经系统疾病和心血管疾病 很多疾病，比如一些神经系统疾病和心血管疾病
就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的，对细胞膜 通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并 研制相应药物。 水通道的发现开辟了一个新的研究领域。目前， 科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物、植物和 科学家发现水通道蛋白广泛存在于动物、植物和 微生物中，它的种类很多，仅人体内就有11种。 微生物中，它的种类很多，仅人体内就有11种。 它具有十分重要的功能，比如在人的肾脏中就起 它具有十分重要的功能，比如在人的肾脏中就起 着关键的过滤作用。通常一个成年人每天要产生 170升的原尿，这些原尿经肾脏肾小球中的水通道 170升的原尿，这些原尿经肾脏肾小球中的水通道 蛋白的过滤，其中大部分水分被人体循环利用， 最终只有约１升的尿液排出人体。
• 1988年，罗德里克·麦金农利用Ｘ射线晶体 1988年，罗德里克·
成像技术获得了世界第一张离子通道的高 成像技术获得了世界第一张离子通道的高 清晰度照片，并第一次从原子层次揭示了 清晰度照片，并第一次从原子层次揭示了 离子通道的工作原理。这张照片上的离子 通道取自青链霉菌，也是一种蛋白。麦金 通道取自青链霉菌，也是一种蛋白。麦金 农的方法是革命性的，它可以让科学家观 测离子在进入离子通道前的状态，在通道 中的状态，以及穿过通道后的状态。对水 通道和离子通道的研究意义重大。
• 生物体的主要组成部分是水溶液，水溶液占人体
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
迄今为止，已在细菌、酵母、植物、昆虫和脊椎动物 中发现至少50余种水通道。
它的种类很多，仅人体就有11种，而植物的水通道蛋 白质数量更多。
AQP的功能 选择性
多功能性
AQp的调控
一、植物水孔蛋白转录水平的调控 1、干旱 2、光、温度、病菌感染、激素等 3、水孔蛋白mRNA的稳定性
水孔蛋白转录后的调节 1、植物水孔蛋白的磷酸化 2、植物水孔蛋白在细胞内和膜上的穿梭定位 3水孔蛋白的稳定性
3a 3b、3c
AQP的透水过程
• 为什么它只让水分子通过，却不允 许其他离子或分子通过？或者为什 么就连水分子与氢离子形成的水和 质子（H3O+）也无法从中通过呢？
（二）转运机理
细胞膜通道有一个很重要的特性，就是具有选 择性，而AQP的形状，正是它只能让水分子通 过的原因。
水分子成单一纵列进入弯曲狭窄的通道，通道 中的极性与偶极力会帮助水分子旋转，以适当 的角度通过狭窄的通道，而通道中有一个带正 电的区域，会排斥带正电的粒子，便可以避免 水和质子的通过。
二、结构特征 （一）基因结构
AQP家族由一个基因组 进化而来，典型的AQP 基因结构含有一个较大 的外显子编码AQP的氨 基端半侧分子和四个较 小的外显子编码AQP的 羟基端半侧分子。
AQP是一种糖蛋白，分 子量28KD。
（二）分子结构
AQP家族的基本结构是一个 单肽链，含有6个跨膜区域及 5个环，B、D环及羟基、氨 基末端均在细胞内，A、C、 E环定位于质膜外侧。
水孔蛋白
1AQP的发现 2AQP的功能 3AQP的结构
4AQP的调节机制
AQP的发现
1920 年代以前,人们认为水分子以扩散机理通过细胞膜,但水凭借扩散方式 通过细胞膜的通量很低以及活化能很高,难以解释水分子以很快的速度大量 通过细胞膜的现象。 1950年代，人们发现水分子可以很快地通过选择性通道进入红细胞，而其 他溶质分子和离子则不能通过红细胞膜。 此后三十年研究表明，细胞膜上的水通道是一种具有高度选择性的过滤器， 在渗透梯度的驱动下，允许水分子通过，而质子则不能通过。 1988年，阿格雷从红细胞和肾小管中分离出一种功能为治的新的膜蛋白--CHIP28（AQP1）。 1991年，经过N2段肽链测序和整个cDNA序列测定获得了蛋白质的氨基酸 序列结构，证实了这就是一直寻求的水通道。 阿格雷与他的合作者用高分辨成像技术研究AQP水通道膜 蛋白，并在2000年公布了世界第一张分辨率为0.38纳米的高清晰度立 体结构图。
E、B环的任何变异都会引起 水通道活性的下降。
每一个AQP氨基端结构及其 相似，而羟基端结构各有特 点，氨基端结构决定了AQP 功能的共性，而羟基端结构 构成了各成员功能的特异性。
（二）分子结构
AQP1的E环第189位半胱氨酸是汞抑制位点，汞离子 和有机汞可以通过与C—189结合而堵塞或破坏这个孔。
(a) 螺旋的正电荷极性部分约束通过 通道的水分子的取向,使质子不能通 过;
（二）转运机理
由于与NPA 之间的van der Waals 作用,孔螺旋HB 和HE 被 保留在膜的中间;在主链NH 基团 和NPA 基序的Asn 羧基之间存在 的氢键作用结束于短孔螺旋的N 端。这就导致Asn76 和192 被定 位伸向孔中。水分子中的氧与氨 基酸基团形成氢键,而代替相互 之间形成的氢键。
编码AQP4的基因含有一个额外的外显子，外显子与 其它AQP没有同源性，AQP4在E环第189 位上无半胱 氨酸，对汞不敏感，又称汞不敏感水通道蛋白。
在抑制的十一种AQP中，只有AQP4和AQP7对汞不敏 感，对AQP9是否对汞敏感持不同意见。
（二）分子结构
AQP2、AQP4、AQP5的B环上含有蛋白激酶 A磷酸化同源顺序，现认为磷酸化与AQP的运 输和门控有关。
（二）转运机理
水的输送跨膜与氢键的破坏 有关,HB 和HE 两个螺旋以 及相邻的NPA 上的Asn 残 基对于水的输送过膜起着关 键性的作用。由于AQP1 孔 螺旋的偶极距产生的正静电 场吸引接近膜中心的水分子 的氧,使之靠近NPA 基序。 AQP1 孔在膜中心收紧,在 膜的两侧表面张开。这样的 结构提供了一个高的介电障 碍层以排斥离子,而同时允 许中性溶质通过。
B、E环显著疏水，A环有N连接糖基化部位。
整个分子为两个重复部分， 在序列上是相在膜上特此呈 180%26ordm;中心对称排列， 水通道的这种结构或许可以 解释其在水的吸收与分泌两 个运动方向上所起的作用。
（二）分子结构
B、E环含有Asn-ProAla(NPA)重复串连序列，这 是该蛋白家族成员所共同具 有的、高度同源的特征性序 列
根据分子轨道排布,两个氢原子
与孔的轴心垂直。在水的单列队
中,这个水分子无法与相邻的水
分子形成氢键;同时由于孔内是
疏水的,水分子也无法与孔壁形 成氢键,此时水分子过膜的能垒 最低。而质子无法与大量水形成
(b) 和(c) 为水分子与通道的Asn76 和 Asn192 形成的氢键示意图。
氢键,无法被输送过膜。
2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别 因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化 学奖。
Peter Agre
Roderick MacKinnon
水孔蛋白（AQP）
一、概述
AQP 是特异性跨膜转运水的蛋白家族，属主体内在蛋 白家族，能显著增加细胞膜水的通透性，参与水的分 泌、吸收及细胞内外水的平衡。
AQP9的B换上有蛋白激酶C磷酸化位点。 AQP的活性调节可能存在不同的机制。
Structural model of Arabidopsis
PIP2;1 拟南芥水孔蛋白PIP2;1 结构示意图
膜内在蛋白 ，几乎都含有六个跨膜区段，分别 由五个环相连。
•
•• •
水通道 ••
•
•
•
•
•
••
•
•
水分子
水分跨膜移动途径示意图
类脂
水通道蛋白图
它的种类很多，仅人体就有11种，而植物的水通道蛋 白质数量更多。
AQP的功能 选择性
多功能性
AQp的调控
一、植物水孔蛋白转录水平的调控 1、干旱 2、光、温度、病菌感染、激素等 3、水孔蛋白mRNA的稳定性
水孔蛋白转录后的调节 1、植物水孔蛋白的磷酸化 2、植物水孔蛋白在细胞内和膜上的穿梭定位 3水孔蛋白的稳定性
3a 3b、3c
AQP的透水过程
• 为什么它只让水分子通过，却不允 许其他离子或分子通过？或者为什 么就连水分子与氢离子形成的水和 质子（H3O+）也无法从中通过呢？
（二）转运机理
细胞膜通道有一个很重要的特性，就是具有选 择性，而AQP的形状，正是它只能让水分子通 过的原因。
水分子成单一纵列进入弯曲狭窄的通道，通道 中的极性与偶极力会帮助水分子旋转，以适当 的角度通过狭窄的通道，而通道中有一个带正 电的区域，会排斥带正电的粒子，便可以避免 水和质子的通过。
二、结构特征 （一）基因结构
AQP家族由一个基因组 进化而来，典型的AQP 基因结构含有一个较大 的外显子编码AQP的氨 基端半侧分子和四个较 小的外显子编码AQP的 羟基端半侧分子。
AQP是一种糖蛋白，分 子量28KD。
（二）分子结构
AQP家族的基本结构是一个 单肽链，含有6个跨膜区域及 5个环，B、D环及羟基、氨 基末端均在细胞内，A、C、 E环定位于质膜外侧。
水孔蛋白
1AQP的发现 2AQP的功能 3AQP的结构
4AQP的调节机制
AQP的发现
1920 年代以前,人们认为水分子以扩散机理通过细胞膜,但水凭借扩散方式 通过细胞膜的通量很低以及活化能很高,难以解释水分子以很快的速度大量 通过细胞膜的现象。 1950年代，人们发现水分子可以很快地通过选择性通道进入红细胞，而其 他溶质分子和离子则不能通过红细胞膜。 此后三十年研究表明，细胞膜上的水通道是一种具有高度选择性的过滤器， 在渗透梯度的驱动下，允许水分子通过，而质子则不能通过。 1988年，阿格雷从红细胞和肾小管中分离出一种功能为治的新的膜蛋白--CHIP28（AQP1）。 1991年，经过N2段肽链测序和整个cDNA序列测定获得了蛋白质的氨基酸 序列结构，证实了这就是一直寻求的水通道。 阿格雷与他的合作者用高分辨成像技术研究AQP水通道膜 蛋白，并在2000年公布了世界第一张分辨率为0.38纳米的高清晰度立 体结构图。
E、B环的任何变异都会引起 水通道活性的下降。
每一个AQP氨基端结构及其 相似，而羟基端结构各有特 点，氨基端结构决定了AQP 功能的共性，而羟基端结构 构成了各成员功能的特异性。
（二）分子结构
AQP1的E环第189位半胱氨酸是汞抑制位点，汞离子 和有机汞可以通过与C—189结合而堵塞或破坏这个孔。
(a) 螺旋的正电荷极性部分约束通过 通道的水分子的取向,使质子不能通 过;
（二）转运机理
由于与NPA 之间的van der Waals 作用,孔螺旋HB 和HE 被 保留在膜的中间;在主链NH 基团 和NPA 基序的Asn 羧基之间存在 的氢键作用结束于短孔螺旋的N 端。这就导致Asn76 和192 被定 位伸向孔中。水分子中的氧与氨 基酸基团形成氢键,而代替相互 之间形成的氢键。
编码AQP4的基因含有一个额外的外显子，外显子与 其它AQP没有同源性，AQP4在E环第189 位上无半胱 氨酸，对汞不敏感，又称汞不敏感水通道蛋白。
在抑制的十一种AQP中，只有AQP4和AQP7对汞不敏 感，对AQP9是否对汞敏感持不同意见。
（二）分子结构
AQP2、AQP4、AQP5的B环上含有蛋白激酶 A磷酸化同源顺序，现认为磷酸化与AQP的运 输和门控有关。
（二）转运机理
水的输送跨膜与氢键的破坏 有关,HB 和HE 两个螺旋以 及相邻的NPA 上的Asn 残 基对于水的输送过膜起着关 键性的作用。由于AQP1 孔 螺旋的偶极距产生的正静电 场吸引接近膜中心的水分子 的氧,使之靠近NPA 基序。 AQP1 孔在膜中心收紧,在 膜的两侧表面张开。这样的 结构提供了一个高的介电障 碍层以排斥离子,而同时允 许中性溶质通过。
B、E环显著疏水，A环有N连接糖基化部位。
整个分子为两个重复部分， 在序列上是相在膜上特此呈 180%26ordm;中心对称排列， 水通道的这种结构或许可以 解释其在水的吸收与分泌两 个运动方向上所起的作用。
（二）分子结构
B、E环含有Asn-ProAla(NPA)重复串连序列，这 是该蛋白家族成员所共同具 有的、高度同源的特征性序 列
根据分子轨道排布,两个氢原子
与孔的轴心垂直。在水的单列队
中,这个水分子无法与相邻的水
分子形成氢键;同时由于孔内是
疏水的,水分子也无法与孔壁形 成氢键,此时水分子过膜的能垒 最低。而质子无法与大量水形成
(b) 和(c) 为水分子与通道的Asn76 和 Asn192 形成的氢键示意图。
氢键,无法被输送过膜。
2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别 因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化 学奖。
Peter Agre
Roderick MacKinnon
水孔蛋白（AQP）
一、概述
AQP 是特异性跨膜转运水的蛋白家族，属主体内在蛋 白家族，能显著增加细胞膜水的通透性，参与水的分 泌、吸收及细胞内外水的平衡。
AQP9的B换上有蛋白激酶C磷酸化位点。 AQP的活性调节可能存在不同的机制。
Structural model of Arabidopsis
PIP2;1 拟南芥水孔蛋白PIP2;1 结构示意图
膜内在蛋白 ，几乎都含有六个跨膜区段，分别 由五个环相连。
•
•• •
水通道 ••
•
•
•
•
•
••
•
•
水分子
水分跨膜移动途径示意图
类脂
水通道蛋白图