细胞膜上的水通道蛋白

细胞膜的物质转运功能的知识点阐述水通道蛋白膜净水技术的原理。

从今天开始为大家讲述的内容是细胞膜的物质转运功能的知识点。

水通道蛋白膜是一种特殊的膜结构，其内部结构与细胞的膜结构相似但内部构造又不同：如蛋白 A和蛋白 B位于细胞膜背面和上部；蛋白 C位于细胞膜上和下部；蛋白 D位于细胞外液中或细胞液中；蛋白 E位于细胞外液中或细胞膜上细胞外液中（细胞液中不含营养物质）。

细胞膜上存在着大量的物质转运通道。

一、不同的转运通道从细胞膜的各个部分出发，可以将其分为3个不同层次。

细胞膜之上的物质转运通道主要有细胞液通道、细胞外液通道及细胞外液中的营养物质转运通道等几种。

在这些通道中存在着两种不同情况：一种是细胞质内具有营养物质转运功能的物质转运通道，另一种是细胞外液中不具有转运功能的物质转运通道。

细胞内外液的物质转运过程类似于一个由细胞质与细胞外液组成转运系统，细胞膜上除了具有输送物质的功能外，还存在着一些细胞外液受体和离子通道等其他的物质转运通道；不同于细胞液转运通道，其主要功能是将药物转运到目的地，并使药物能够在细胞内的代谢过程发挥其应有的作用。

其中，细胞外液转运通路具有较强的分子活性，通过对细胞质中已存在药物和离子通道蛋白之间进行双向选择性或非选择性离子交换而实现物质交换；细胞外液转运通路是指细胞膜内层中具有转运功能的蛋白质通过跨膜蛋白途径实现物质跨膜转运。

1、细胞质转运通道细胞内主要存在着一些蛋白质，它们参与着细胞的代谢过程以维持细胞内环境的稳定。

目前已发现有13种含有不同功能的蛋白质，其中除5种主要功能为在细胞内迁移外、还有4种功能为在细胞质中转运。

它们分别为 NMDA受体(1-3)和水分子转运蛋白(1-5)。

2、细胞外液通道细胞外液转运通路是一个由多个受体相关蛋白组成的双向通道。

其中，两个结合位点能够选择性地结合由化学作用形成的受体蛋白；另一个与受体结合位点结合在一起能形成非特异性离子通道。

同时通过非选择性离子通道还能够与多种离子产生通道效应，从而使其具有相应的受体通道活性。

水通道蛋白水通道蛋白（Aquaporin），又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质（内在膜蛋白），在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞的进出，就像是“细胞的水泵”一样。

水通道是由约翰霍普金斯大学医学院的美国科学家彼得·阿格雷所发现，他与通过X射线晶体学技术确认钾离子通道结构的洛克斐勒大学霍华休斯医学研究中心的罗德里克·麦金农共同荣获了2003年诺贝尔化学奖。

水分子经过Aquaporin时会形成单一纵列，进入弯曲狭窄的通道内，内部的偶极力与极性会帮助水分子旋转，以适当角度穿越狭窄的通道，因此Aquaporin的蛋白构形为仅能使水分子通过之原因水通道蛋白的发现编辑Agre等(1988)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(channel-forming inte—gral membrane protein，CHIP28)，1991年完成了其cDNA克隆(Verkman，2003)。

但当时并不知道该蛋白的功能，在进行功能鉴定时，将体外转录合成的CHIP28 mDNA 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Aquaporinl(AQPl)。

水通道蛋白分类编辑AQP0AQP0最初称之为主体内在蛋白(major intrinsic protein，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．AQpo的突变可能导致晶状体水肿和白内障。

小鼠缺乏AQPO将患先天性白内障[61]。

AQP1AQP1是1988年发现的,开始将这种蛋白称为通道形成整合蛋白(CHIP),是人的红细胞膜的一种主要蛋白。

水透过细胞膜的原理
水分子透过细胞膜的主要途径有:
1. 简单扩散
水分子依靠浓度梯度,从低浓度区域随机运动到高浓度区域,不需消耗能量。

2.促进扩散
水通道蛋白(AQP)形成的通道,可降低水分子通过细胞膜时的能量屏障,加速水的流动速率。

3. 主动运输
细胞膜上的钠电pump会向细胞外输送钠离子,造成浓差驱动力,水分子被动随钠离子一起运输。

4. 细胞吞噬作用
细胞可通过吞噬作用吸收外部液体,液泡与细胞膜融合后水分子进入细胞。

5. 细胞渗透压
细胞质中的溶质分子数直接影响水分子进出细胞的方向。

6. 细胞膜通透性
不同类型细胞膜的通透性不同,脂性分子会降低膜的水分通透性。

综上,水分子主要通过被动扩散和主动运输的方式透过细胞膜,以调节细胞内外的水平衡。

体液是人体内非常重要的一部分，它包含了多种成分，包括水分、电解质、蛋白质和其他物质。

这些成分之间存在着复杂的相互转化关系，对于维持人体内稳态具有重要的作用。

以下是体液的四种成分之间的相互转化的主要内容：1. 水分与电解质的相互转化水分和电解质是体液中最为基础的成分，它们之间的相互转化是体内稳态维持的基础。

水分通过细胞膜上的水通道蛋白进入细胞内部，同时电解质则通过其浓度梯度和离子通道蛋白在细胞膜上进行进出。

在这个过程中，水分和电解质之间会发生动态平衡，以保持细胞内外液体的稳定。

2. 蛋白质与水分的相互转化蛋白质在体液中扮演着重要的角色，它们不仅是细胞结构的重要组成部分，同时也参与了体液的渗透调节和物质运输。

在体内，蛋白质与水分之间存在着动态的转化关系，即蛋白质对水分的吸附和释放。

当体内水分过多时，蛋白质会通过渗透压的调节作用减少细胞内外水分的差异；而当体内水分不足时，蛋白质则释放水分以维持细胞内的稳态。

3. 电解质与蛋白质的相互转化电解质和蛋白质之间的相互转化主要体现在渗透调节和酸碱平衡上。

电解质如钠、钾、氯等通过细胞膜上的离子通道蛋白进出细胞，在维持细胞内外离子平衡的过程中，蛋白质在内外渗透调节中发挥重要作用，同时参与了体液的酸碱平衡调节。

4. 其他物质的相互转化除了水分、电解质和蛋白质之外，体液中还含有多种其他物质，如脂类、糖类、激素等。

这些物质与前三种成分之间存在着复杂的相互转化关系，如脂类与蛋白质结合形成脂蛋白，糖类与水分形成葡萄糖等。

这些相互转化关系对于维持体内稳态、供给能量、调节代谢等均具有重要的作用。

总结起来，体液的四种成分之间存在着复杂的相互转化关系，它们通过生理调节和代谢调节维持了人体内的稳态。

进一步研究这些成分之间的相互转化关系，有助于更好地了解人体的生理功能和疾病发生机制，为临床治疗和药物研发提供理论基础。

体液的四种成分之间的相互转化是人体内部复杂而有序的调节过程，其不仅体现了生命活动的动态平衡和协调性，同时也在维持人体内稳定状态和健康方面具有重要作用。

水通道蛋白概述水通道蛋白（Aquaporin），又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质（内在膜蛋白），在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞的进出，就像是“细胞的帮浦”一样。

水通道是由约翰霍普金斯大学医学院的美国科学家彼得·阿格雷所发现，他与通过X射线晶体学技术确认钾离子通道结构的洛克斐勒大学霍华休斯医学研究中心的罗德里克·麦金农共同荣获了2003年诺贝尔化学奖。

水分子经过Aquaporin时会形成单一纵列，进入弯曲狭窄的通道内，内部的偶极力与极性会帮助水分子旋转，以适当角度穿越狭窄的通道，因此Aquaporin的蛋白构形为仅能使水分子通过之原因。

水通道蛋白的发现Agre等(1988)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(channel-forming inte—gral membrane protein，CHIP28)，1991年完成了其cDNA克隆(Verkman，2003)。

但当时并不知道该蛋白的功能，在进行功能鉴定时，将体外转录合成的CHIP28 eDNA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Aquaporinl(AQPl)。

水通道蛋白分类AQP0AQP0最初称之为主体内在蛋白(major intrinsic protein，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[61。

AQP1AQP1是1988年发现的,开始将这种蛋白称为通道形成整合蛋白(CHIP),是人的红细胞膜的一种主要蛋白。

通道蛋白（channel protein）衡跨质膜的亲水性通道，允许适当大小的离子顺浓度梯度通过，故又称离子通道。

有些通道蛋白形成的通道通常处于开放状态，如钾泄漏通道，允许钾离子不断外流；有些通道蛋白平时处于关闭状态，即“门”不是连续开放的，仅在特定刺激下才瞬时开闭，在几毫秒的时间里，一些离子、代谢物或其他溶质顺着浓度梯度自由扩散通过细胞膜。

这类通道蛋白又称为门通道。

分类：水通道蛋白和离子通道蛋白特点1介导被动运输；特点2对离子有高度选择性；特点3转运速率高4不持续开放，受“阀门”控制；有关特点2：一种离子通道只允许一种离子通过，并且只有在对特定刺激发生时才瞬间开放。

水通道蛋白（Aquaporin），又名水孔蛋白，是一种位于细胞膜上的蛋白质（内在膜蛋白），在细胞膜上组成“孔道”，可控制水在细胞的进出，就像是“细胞的帮浦”一样。

水分子经过水通道蛋白时会形成单一纵列，进入弯曲狭窄的通道内，内部的偶极力与极性会帮助水分子旋转，以适当角度穿越狭窄的通道，因此仅能使水分子通过的原因，就是水通道蛋白特殊的的蛋白构形。

例子：在人体中肾是排除人体内的水的重要器官，当滤液通过丝球体后，其中约有70%的水会通过水通道蛋白(AQP1)而重新吸收回血液中，另有10%会通过Aquaporin (AQP2)而吸收，Aquaporin (AQP2)则会受到抗利尿激素的调控。

P.S.：AQP1是一种通道形成整合蛋白，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。

离子通道蛋白（Ion channel）是一种成孔蛋白，由蛋白质复合物构成。

它通过允许某一种特定类型的离子依靠电化学梯度穿过该通道，来帮助细胞建立和控制质膜间的微弱电压压差。

这些离子通道存在于所有细胞的细胞膜上。

针对离子通道的研究叫做通道学。

通道细胞的名词解释通道细胞是一种重要的细胞类型，它在生物体内起着关键的作用。

通道细胞是一种特殊的细胞，其主要功能是通过构建通道形成细胞膜上的微观通道，使得离子、分子和其他物质能够在细胞膜上快速地转运和传递。

通道细胞的存在使得细胞之间的交流和信号传递得以顺利进行。

通道细胞的结构非常精确和复杂。

细胞膜上的通道由特定的蛋白质组成，这些蛋白质形成了可以让溶质通过的水通道或离子通道。

这些通道的开启和关闭是由细胞内外环境信号的调节机制控制的，以确保物质的适当传递。

离子通道是通道细胞最常见的类型之一。

离子通道允许离子在细胞膜上迅速通过，维持细胞内外的电位差和离子浓度平衡。

这对于细胞的正常功能至关重要，例如神经细胞的兴奋性传导和心肌细胞的收缩。

除了离子通道，通道细胞还可以形成水通道。

水通道蛋白质（aquaporins）是一类特殊的蛋白质，在细胞膜上形成了水分子的通道，使得水能够迅速进出细胞。

水通道对细胞的水平衡和渗透调节非常重要，它有助于细胞内外水分的平衡，维持细胞的稳态。

通道细胞在生物体内的各个组织和器官中具有不同的功能。

在神经系统中，通道细胞的离子通道起着重要的作用。

神经元通过离子通道调节细胞膜的电位，使得神经信号能够顺利地在神经网络中传递。

在心脏肌细胞中，通道细胞的离子通道控制着心脏收缩的节奏和强度。

在肾脏中，水通道蛋白质使得肾小管细胞能够对尿液中的水分进行调节，确保体内水分的平衡。

通道细胞在疾病的发生和治疗中也扮演着重要的角色。

一些疾病与通道细胞的功能异常有关。

例如，一些遗传性疾病由于通道细胞离子通道的基因突变而引起，导致离子传递的异常，影响正常细胞功能。

这些疾病可以通过针对通道细胞的治疗手段来改善。

近年来，关于通道细胞的研究进展迅速，针对通道细胞的治疗策略也在不断发展。

总之，通道细胞是生物体内至关重要的一种细胞类型。

它通过形成通道和调节物质的传递，在细胞内外环境之间建立了重要的联系。

通道细胞不仅对正常生理功能至关重要，还在疾病的发生和治疗中具有重要作用。