(1.23)-8-3水通道研究生理学课件

水通道的发现1988年Agre

(阿格雷)等在分离纯化红细胞膜上的Rh多肽时，发现了一个28

kD的疏水性跨膜蛋白，称为形成通道的整合膜蛋白28

(CHIP28)

，他们很快分离得到了这种蛋白质，并得出了氨基酸序列，1991年完成了其cDNA克隆，并发现这种蛋白质在吸水能力很强的肾脏和红细胞中含量特别高。

Agre将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，并于5分钟内破裂，纯化的CHIP28置入脂质体，也会得到同样的结果。

为进一步确定其功能，又将其构于蛋白磷脂体内，通过活化能及渗透系数的测定及后来的抑制剂敏感性等研究，证实其为水通道蛋白。从此确定了细胞膜.上存在转运水的特异性通道蛋白，并称CHIP28为AquaporinI

(AQPI)。

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。这一发现揭示了细胞膜.上确实存在水通道，Agre

因此与离子通道的研究者Roderick

MacKinnon

(麦金农)共享2003年的诺贝尔化学奖。【人类对水通道的研究】自然界很多包括人类在内的各种生物都是由细胞组成的。细胞如同-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。早年前，人们就猜测细胞这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。而很久以前人们就知道人体重量的70%是水，水是构成生物体最重要的物质之---。水是构成人体的重要物质，那么水是如何进入细胞的呢一直以来，人们都以为水分子进入细胞膜是靠自由扩散，但后来研究中发现细胞膜的主要成分是蛋白质和磷脂，其中磷脂双分子层构成细胞的结构骨架，而水是很难通过脂溶性物质的，那么水是很难进入细胞的，而细胞中含有大量水分那么那么水分子是如何进入细胞的呢？早在100多年前，人们就猜测细胞中存在特殊的输送水分子的通道。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。20世纪80年代中期，美国翰霍普金斯大学医学院的科学家彼得阿格雷研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。2000年，阿格雷与其他研究人员一起公布了世界第一张水通道蛋白的高清度立体照片。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升的尿波排出人体阿格雷于2003年被授予诺贝尔化学奖。诺贝尔奖评选委员会说，这是个重大发现，开启了细菌、植物和哺乳动物水通道的生物化学、生理学和遗传学研究之门。【水通道蛋白的发现】1988年，Agre等从人类红细胞膜上纯化分离分子量为32x10的Rh多肽时，偶然鉴定到一种新的分子量为28x10的整合膜蛋白，并且通过免疫印迹发现这类蛋白也存在于肾脏的近端肾小管中-，把它称为类通道整合膜蛋白(channe1-1ikeintegralmembraneprotein,CHIP28)。随后，在1991年Agre和Preston成功克隆得到了CHIP28的eDNA.通过分析其编码的氨基酸序列，发现CHIP28含有6个跨膜区域、2个N一糖基化位点、且N端和C端都位于膜的胞质一侧。另外，对比CHIP28与早期从牛晶体纤维中克隆得到的主要内源性蛋白(majorintrinsieprotein,NIP)的DNA序列，发现二者具有高度同源性。由于很早以前就证实了MIP家族的成员蛋白参与形成允许水和其他小分子通透的膜通道，因此，推测CHIP28可能也具有类似功能‘。1992年，Preston等通过在非洲爪蟾的卵母细胞中表达CHIP28，首次证实它是一种水通道蛋白。非洲爪蟾的卵母细胞对水具有极低的渗透性，当向其中显微注射体外转录的CHIP28的RNA后，卵母细胞在低渗溶液中迅速膨胀，并于5min内破裂这一现象表明注射CHIP28的RNA后卯母细胞膜的水通透性有了明显提高。为了进一步通讯作者确定CHIP28的功能、将提纯的CHIP28构建在蛋白磷脂体中，构建后的蛋白磷脂体对水的通透性增长了50倍，但对尿素却不具备通透性[。这些结果最终证实了CHIP28为水通道蛋白，后来它被命名为水通道蛋白一1(aquaporin-1，AQP1)，【水通道蛋白分类】AQPO最初称之为主体内在蛋白(majorintrinsicprotein,MIP)，在晶状体纤维中细胞中表达丰富，与晶状体的透明度有关，hQpo的突变可能导致晶状体水肿和白内障。小鼠缺乏AQPO将患先天性自内障AQP1是1988年发现的，开始将这种蛋白称为通道形成整合蛋白(CHIP),是人的红细胞膜的主要蛋白。它可以使红细胞快速膨胀和收缩以适应细胞间渗透性的变化。AQP1蛋白也存在于其他组织的细胞中。AQP1及它的同系物能够让水自由通过(不必结合)，但是不允许离子或是其他的小分子(包括蛋白质)通过。AQP1是由四个相同的亚基构成，每个亚基的相对分子质量为28kDa,每个亚基有六个跨膜结构域，在跨膜结构域2与3、5与6之间有一个环状结构，是水通过的通道。另外，AQP1的氨基端和羧基端的氨基酸序列是严格对称的，因此，同源跨膜区(1,4、2,5、3,6)在质膜的脂双层中的方向相反。AQP1对水的通透性受氯化汞的可逆性抑制，对汞的敏感位点是结构域5与6之间的189位的半胱氨酸。其他几种AQP1与肾功能