水通道蛋白基因

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。

天津医药２０１１年９月第３９卷第９期　

ｄｏｉ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．０２５３－９８９６．２０１１．０９．０１４　８１７　

实验研究　

内毒素血症大鼠肾脏水通道蛋白２等基因表达及肾脏　

结构功能的改变　木　

崔文瑶王昆鹏宋涛裴凌　

摘要目的：探讨内毒素血症大鼠肾脏水通道蛋白（ＡＱＰ）２、细胞间黏附分子（ＩＣＡＭ）一１、肿瘤坏死因子（ＴＮＦ）一Ｏｔ　

ｍＲＮＡ和蛋白表达及肾脏结构功能的改变。方法：Ｗｉｓｔａｒ大鼠２４只随机分为空白对照１（Ｃ１）组，只注射生理盐水和脂　

肪乳的对照２（Ｃ２）组及注射内毒素和脂肪乳的内毒素（Ｌ）组，每组８只，在内毒素血症模型造模成功１２　ｈ后，处死取　

材。观察肾组织病理学改变，ＲＴ—ＰＣＲ、Ｗｅｓｔｅｒｎ　ｂｌｏｔ及免疫组化方法测定ＡＱＰ２、ＩＣＡＭ一１和ＴＮＦ—　的表达。结果：Ｌ　

组较ｃ１组，Ｃ２组肾组织出现病理损伤，尿量减少，尿渗透压下降，血渗透压、血肌酐及尿素氮增高，ＡＱＰ２　ｍＲＮＡ及蛋　

白表达减少，ＩＣＡＭ一１、ＴＮＦ—ｄｍＲＮＡ及蛋白表达增多，差异均有统计学意义（均Ｐ＜０．００１）。结论：大鼠内毒素血症可　

导致肾组织形态改变和功能损伤，ＡＱＰ２表达减少，ＩＣＡＭ一１和ＴＮＦ—ｄ表达增多。　

关键词　内毒素血症肾水通道蛋白质２胞间黏附分子１　肿瘤坏死因子　逆转录聚合酶链反应印迹　

法，蛋白质免疫组织化学显微镜检查，电子模型，动物　

Ｔｈｅ　Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ　ＡＱＰ２　Ｐｒｏｔｅｉｎ　ａｎｄ　Ａｌｔｅｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｒｅｎａｌ　Ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　

Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｋｉｄｎｅｙ　ｏｆ　Ｅｎｄｏｔｏｘｅｍｉｃ　Ｒａｔｓ　

ＣＵＩ　Ｗｅｎｙａｏ，ＷＡＮＧ　Ｋｕｎｐｅｎｇ，ＳＯＮＧ　Ｔａｏ，ＰＥＩ　Ｌｉｎｇ　

Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆＡｎｅｓｔｈｅｓｉｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　Ｆｉｒｓｔ　Ａｆｆｉｌｉａｔｅｄ　Ｈｏｓｐｉｔａｌ　ｏｆＣｈｉｎａ　Ｍｅｄｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ　１１０００１，Ｃｈｉｎａ　

水通道蛋白的基本结构与特异性通透机理

王晶 桑建利

(北京师范大学生命科学学院 北京 100875 )

摘要 水通道蛋白是一个具有跨膜运输水分子功能的蛋白家族。从 1988 年 Agre

等发现水通道蛋白起， 目前在不同物种中已经发现了 200 余种水通道蛋白， 其中存在哺乳动物体内的有 13 种。概述了水通道蛋白的结构、组织特异性分布 及特异性通透机理。

关键词 水通道蛋白 水分跨膜转运

水分子的跨膜转运对维持不同区域的液体平衡和内环境稳态非常重要。 水分 子作为一种不带电荷且半径极小的极性分子， 很早被证实能通过自由扩散穿透脂 质双分子层。 在发现水通道蛋白以前， 人们一直认为这是水分子透过质膜的唯一 方式。但通过实验发现， 红细胞和肾小管细胞中水的通透速率之快远非简单扩散 强度所能提供的， 因此猜测，质膜上可能存在某种通道介导水的转运。

1 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 32X 106的Rh多肽

时，偶然鉴定到一种新的分子量为28X 106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［ 1］，把它称为类通道整合膜蛋白

(channel-like integralmembrane protein, CHIP28。随后，在 1991 年Agre 和Preston成功克隆得到了 CHIP28的cDNA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-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

(major intrin sicprotei n,MIP )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［ 2］。 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RN后，卵母细胞在低渗溶液中迅速膨胀，并于 5 mi n内破裂。这一现象表明注 射CHIP28的RNA后卵母细胞膜的水通透性有了明显提高。为了进一步确定 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［ 3］。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-1(aquaporin-1 , AQP1。 水通道蛋白的发现，开辟了一个崭新的领域。随着更多亚型的发现， 水通道蛋 白相关研究成为了膜转运方向的研究热点， Agre 也因其对水通道蛋白做出的突 出贡献而获得 2003 年诺贝尔化学奖。

#论坛#

水通道蛋白与脑疾病

张蕾 周靖 崔德华

中图分类号:R741 文献标识码:A 文章编号:1009-6574(2007)02-0083-06

水通道蛋白(waterchannelprotein),又称为水

孔蛋白(Aquaporins,AQPs),是近年来发现的细胞

膜上一组与水的通透性有关的转运蛋白。在哺乳类

动物组织中已经鉴定出十一种水通道蛋白(AQP0~

AQP10),均属膜嵌入蛋白(majorintrinsicprotein,

MIP)家族,不同水通道蛋白的cDNA

有高度同源

性,在中枢神经系统内分布广泛。水通道蛋白在维

护脑内渗透压及水电解质平衡、脑脊液分泌及平衡,

以及在脑水肿发生过程中发挥关键作用。其发现为

研究不同组织水分子的跨膜转运提供了分子生物学

基础。

1 水通道蛋白

1.1 水通道蛋白的研究历史 既往人们发现水分子以扩散方式进出细胞膜,不需要耗能,推测细胞膜

上存在水相小孔。1988年美国科学家Agre等进行

实验,发现在低渗环境中转染细胞比非转染细胞肿

胀发生的速度增加,使水通道的分子结构及细胞膜

上存在转运水的水通道蛋白的理论被确认,并于

1991年完成了对其cDNA的克隆[1]。1997年国际

基因组将此蛋白正式命名为水通道蛋白,Agre本人

也由于其杰出的贡献被授予2003年诺贝尔化学奖。

1.2 水通道蛋白的分布与分类 水通道蛋白普遍

存在于微生物,植物及动物界。目前在哺乳类动物

体内除已发现的11种水通道蛋白(AQP0-10)以

外,IshibashiK等还发现两种类似AQP的蛋白,并

称之为超水通道蛋白(AQP11,12)[2]。见表1。

表1 水通道蛋白的分布与分类

AQP分布

AQP0眼睛的晶状体、脉络丛上皮

AQP1血管、肾的近曲小管、眼睛、耳朵、胰腺组织、脉络丛上皮细胞顶质膜

AQP2肾脏

AQP3神经元、星形胶质细胞、脑表面的软脑膜细胞、肾脏、呼吸、消化器官

AQP4脑表面的软脑膜、导水管和脑室系统的室管膜、脉络丛、星形胶质细胞下、丘脑视上核、室旁核和下丘脑的渴中枢、海