水通道蛋白

水通道蛋白的高级结构和工作原理 水通道蛋白的高级结构和工作原理 结构和
发现史
• 包括人类在内的各种生物都是由细胞组成
的。细胞如同一个由城墙围起来的微小城 镇，有用的物质不断被运进来，废物被不 断运出去。早在100 断运出去。早在100多年前，人们就猜测细 100多年前，人们就猜测细 胞这一微小城镇的城墙中存在着很多“ 胞这一微小城镇的城墙中存在着很多“城 门”，它们只允许特定的分子或离子出入。 2003年诺贝尔化学奖表彰的就是有关这些 2003年诺贝尔化学奖表彰的就是有关这些 “城门”的研究成果。 城门”
Peter Agre
Roderick MacKinnon
• 麦金农１９５６年出生，在 麦金农１９５６年出生， １９５６年出生
美国波士顿附近的小镇伯灵 顿长大，１９８２年在塔夫 顿长大，１９８２年在塔夫 茨医学院获医学博士， 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。 学和生物物理学教授。
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20世纪80年代中期，美国科学家彼得·阿格雷研 20世纪80年代中期，美国科学家彼得· 究了不同的细胞膜蛋白，经过反复研究，他发现 一种被称为水通道蛋白的细胞膜蛋白就是人们寻 找已久的水通道。为了验证自己的发现，阿格雷 把含有水通道蛋白的细胞和去除了这种蛋白的细 胞进行了对比试验，结果前者能够吸水，后者不 能。为进一步验证，他又制造了两种人造细胞膜， 一种含有水通道蛋白，一种则不含这种蛋白。他 将这两种人造细胞膜分别做成泡状物，然后放在 水中，结果第一种泡状物吸收了很多水而膨胀， 第二种则没有变化。这些充分说明水通道蛋白具 有吸收水分子的功能，就是水通道。
水通道蛋白
——孙丹丹 姚阳婧 王亚雯 端木媛媛 ——孙丹丹
水通道蛋白 解读2003 2003年诺贝尔化学奖 解读2003年诺贝尔化学奖
水通道蛋白
离子通道蛋白
2003年，美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别 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。
• 2000年，阿格雷与其他研究人员一起公布了世 2000年
界第一张水通道蛋白的高清晰度立体照片。照 片揭示了这种蛋白的特殊结构只允许水分子通 过。 水通道蛋白 （桃红色 ）介 导的通道扩散
• 2003年诺贝尔化学奖授予美国科学家彼 2003年诺贝尔化学奖授予美国科学家彼
得·阿格雷和罗德里克·麦金农，分别表彰 阿格雷和罗德里克· 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。 他们研究的细胞膜通道就是人们以前猜 测的“城门” 测的“城门”。
• 彼得•阿格雷，1949年生 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 斯菲尔德，1974年在巴 尔的摩约翰斯• 尔的摩约翰斯•霍普金斯 大学医学院获医学博士， 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 和医学教授。2004年来 到杜克大学， 到杜克大学，担任医学院 副院长。 副院长。
• 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 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 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 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。
• 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。
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。
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)。
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• 另外，利用不同的细胞膜通道，可以调节
细胞的功能，从而达到治疗疾病的目的。 中药的一个重要功能是调节人体体液的成 中药的一个重要功能是调节人体体液的成 分和不同成分的浓度，这些成分可以通过 不同细胞膜通道调节细胞的功能。有专家 认为，对细胞膜通道的研究可以为揭示中 认为，对细胞膜通道的研究可以为揭示中 医药的科学原理提供重要的途径。 医药的科学原理提供重要的途径。
• 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 和肾组织中，由4个 相同的亚基组成，每 个亚基(28 kDa)含 个亚基(28 kDa)含6个 穿膜α 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
Байду номын сангаас
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