水孔蛋白ppt
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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。
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
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。
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。
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
•
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。
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。
二、结构特征 （一）ຫໍສະໝຸດ Baidu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。
(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。
（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。
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 ••
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••
•
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。
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。
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
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。
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。
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
•
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。
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。
二、结构特征 （一）ຫໍສະໝຸດ Baidu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。
(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。
（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。
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。
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水通道 ••
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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。