解读诺贝尔之细胞膜通道

将不含AQP1的非洲爪蟾卵母细胞置于低渗溶液中
结果：卵母细胞不膨胀
为什么选用非洲爪蟾卵母细胞？

非洲爪蟾的卵子和胚胎个体较大，很方便进行实验胚胎学 研究，如显微注射、胚胎切割和移植等。

非洲爪蟾及其他爪蟾属的卵母细胞是分子生物学的重要表 达系统。只要将 DNA 或 mRNA 注入卵母细胞或发育中的胚胎， 科学家就可以在对照下研究蛋白质。这可以让操控的 DNA （或mRNA）有频密的表达。
为什么是他们？

“即使上不了好大学，你也没有失败。科学研究是我的乐 趣，是能令我兴奋的事情，因为有永远无法预期的答案在 前面… … ”
你没有必要非得“A，B，C” 或进哈佛不可，但你必须有 进取心，有目标并且身体力行去做。

勤奋 进取心 对科学工作保有兴趣

１９８０年代末，当时还是霍普金斯大学一个血液病专家 的阿格雷研究孕妇体内的Rh排斥性。有一天，他和他的同 事分离到他们所需要的 Rh蛋白，同时又发现了一些“杂蛋 白”。这种“杂蛋白”非常丰富，分布广泛，也见于人类 肾脏和植物，于是他想探个究竟。对于许多人来说，也许 会放弃这个无关发现。然而，他的洞察力使他大大拓展了 他预先所设定的目标。
获奖人简介

彼得·阿格雷，科学家。 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。由于发现了细胞 膜水通道，即细胞膜中 存在一个大约2纳米的空 隙，仅容许小分子水进 入皮肤真皮层的细胞中， 参与生命活动。在 2003 年获得诺贝尔化学奖。

阿格雷的验证实验
第一个水孔蛋白---AQP1

4 个亚基组成的四聚体，每 个亚基由六个跨膜α螺旋组成 每个亚基单独形成中央孔， 直径约0.28nm，稍大于水分子

实验内容
a: 将AQP1的mRNA注入非洲爪蟾卵母细胞置于低渗溶
液，结果：卵母细胞迅速膨胀，并于5 分钟内破裂 b: 将AQP1的mRNA注入非洲爪蟾卵母细胞置于含Hg2+ 低渗溶液，结果：卵母细胞不膨胀 (细胞的这种吸水膨胀现象会被Hg2+抑制，而这是已知 的抑制水通透的处理措施)

And？
验证实验的结果
实验子→水通道（正电场）→水 分子旋转→重新取向→加速水流 动，进入细胞内
细胞膜离子通道
第一个离子通道→ KcsA

1998 年麦金龙利用 X射线结晶分析在 变铅青链霉菌的细 胞膜中发现了第一 个离子通道的高分 辨结构，称 KcsA ， 即一种新型的K+ 通道 . 它由四个亚 基组成 , 每个亚基 含有两个α 螺旋 , 在 KcsA 的中央有一 个选择性滤膜 , 对 K+ 具有特殊的通 透性 .
解读诺贝尔之细胞膜通道

2003年，
诺贝尔化学奖

授予了美国科学家阿格雷和麦金龙，以表彰他们在细胞膜通道 上做出的贡献。
肾脏怎么从原尿中重新吸收水分？ 电信号怎么在细胞中产生并传递？ 两位科学家的研究恰好可以回答这些问 题。 这对人类探索肾脏、心脏、肌肉和神经 系统等方面的诸多疾病具有极其重要的 意义。
好奇心 勤于思考 合作精神
细胞膜离子通道 的结构和机理方 面研究
麦金龙
阿格雷
一个人还不足以全面地认识和探索这个世界，每一次对世 界奥秘的窥探，积累起来便是整个人类社会的认识又向前 了一步。
细胞膜的水通道
一直以来 , 人们普遍认为水是以简 单扩散的形式通过细胞的脂质双分 子层 。当水转运领域的研究者不断 寻找那种在理论上存在的主司水转 运的蛋白质时 , 从事血液病研究的 彼得·阿格雷教授却发现了这种蛋 白质 。这一发现的确在意料之外 , 但最重要的是 —— 彼得·阿格雷 教授能够根据这一未知蛋白的分布 推测其功能 , 并选用爪蟾卵母细胞 成功验证这一假设 。
钾通道的作用机制
选择性滤器

每个亚基中承担钾离子 选择功能的特殊段节 Gly 残基的羰基氧原子 指向通道轴中心，形成分 层的同心环，水化的钾离 子位于滤器上下方
钾离子通过离子通道的过程
如何通过细胞膜
含钾离子的水溶液→流入通 道→钾离子所带水分子漂浮散 开→失水钾离子与羰基氧原子 配位结合→通过细胞膜
离子输送孔道的开与关
由通道下方的“门”实现， 而门是由传感器控制的，不同 的传感器有不同的应答，如钙 离子浓度增加，温度或膜电位 改变都会引起通道的开启和关 闭
钠离子为什么不能通过滤器？

虽然钠离子的体积小 于钾离子，但是钾离 子与羰基氧形成的配 位键和与水分子形成 的长度相似，而钠离 子不能与羰基氧形成 这种匹配，所以不能 通过滤器

麦金农1956年出生，在美 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。 麦金农的贡献主要是发现 了细胞膜钾离子通道的结 构和机理研究，因而和阿 格雷一起获得了2003年诺 贝尔化学奖
发现了第一个细胞膜 水通道并完成了其功 能鉴定