水通道蛋白的发现与应用

水通道蛋白结构水通道蛋白是一类在生物体中起着重要作用的蛋白质。

它们存在于细胞膜上，形成了细胞膜的一种通道，能够允许水分子快速通过细胞膜。

水通道蛋白的发现和研究为我们理解细胞内外液体平衡以及水分运输提供了重要的线索。

水通道蛋白最早是在1980年代被发现的，研究者发现一种叫做水通道蛋白1（Aquaporin-1，简称AQP1）的蛋白质在红细胞膜上表达，能够加速水分子通过细胞膜。

这项发现引起了科学家们的广泛关注，并在接下来的几十年里，研究人员陆续发现了多种水通道蛋白。

水通道蛋白的结构非常特殊，它们由多个亲水性的氨基酸残基组成，形成了一条通道，通道中心是一个疏水性的区域，能够排斥离子和其他溶质，只允许水分子通过。

水通道蛋白的结构使其具有高度选择性和通透性，能够快速而特异地传输水分子。

水通道蛋白的结构在进化过程中发生了一些变化，目前已经发现了多种类型的水通道蛋白。

其中，AQP1是最早被发现的一种，广泛存在于多种细胞类型中，包括红细胞、肾脏和眼睛等。

AQP1的结构由四个相同的亚单位组成，每个亚单位由六个跨膜螺旋组成，形成了一个中央水通道。

除了AQP1之外，还有其他类型的水通道蛋白，如AQP2、AQP3等。

它们在组织和细胞中的分布具有一定的特异性，发挥着不同的生理功能。

例如，AQP2主要存在于肾脏中，调节尿液的浓缩和稀释；AQP3主要存在于皮肤和肠道中，参与水分的吸收和散发。

水通道蛋白的功能不仅仅局限于水分的传输，它们还参与了一系列重要的生理过程。

例如，水通道蛋白在维持细胞内外液体平衡方面发挥着重要作用。

细胞内外液体平衡的失调会导致细胞的肿胀或收缩，影响细胞的正常功能。

水通道蛋白能够调节细胞内外水分的平衡，保持细胞内外环境的稳定。

水通道蛋白还参与了一些特殊细胞功能的实现。

例如，在肾脏中，水通道蛋白能够调节尿液的浓缩和稀释，帮助维持体内水分的平衡。

在眼睛中，水通道蛋白参与了眼内房水的生成和排泄，维持了眼压的稳定。

水通道蛋白的名词解释水通道蛋白是一类存在于生物体细胞膜上的蛋白质，其主要功能是调节细胞内外水分的平衡。

这些蛋白质以其独特的细胞膜通透性，通常被形容为“细胞的水渠”。

尽管细胞膜对水具有一定的渗透性，但水通道蛋白的出现使得水分的跨膜运输变得更加高效和方便。

水通道蛋白主要通过形成一个微小的通道，让水分子直接穿过细胞膜，从而加速细胞内外的水分交换。

水通道蛋白最早被发现于红细胞膜，其中最为著名的是被称为Aquaporin-1（AQP1）的蛋白质。

AQP1被发现能够高效地传输水分子，使其成为研究者们研究水通道蛋白的重要起点。

此后，越来越多的水通道蛋白被发现，它们在各种生物体的细胞膜上广泛存在。

水通道蛋白家族主要包括两类：小分子量蛋白（20～35kDa）和大分子量蛋白（约为50～90kDa）。

小分子量蛋白包括AQP1、AQP2和AQP4等，它们主要负责水分子的传输。

大分子量蛋白则包括AQP0、AQP5和AQP6等，除了与水分交换有关，这些蛋白质还可能参与其他细胞功能的调节。

水通道蛋白在生物体中具有广泛而重要的作用。

例如，在人体内，水通道蛋白在器官和组织中起着维持水分平衡的关键作用。

当体内水分过多或过少时，水通道蛋白能够根据需要调整细胞膜的通透性，控制水分大量吸收或排泄。

这一过程在保持人体内部环境稳定方面非常重要。

此外，水通道蛋白还在植物、昆虫、微生物等生物体中发挥着类似的功能。

在植物体内，水通道蛋白不仅参与了水分的吸收和输送，还对维持细胞渗透稳定性和调节植物生长发育起到了重要作用。

在昆虫和微生物中，水通道蛋白也发挥着类似的水分调节作用，确保它们能够在不同环境下生存和繁衍。

随着科学技术的发展，研究人员对水通道蛋白进行了深入的研究。

他们通过结构生物学、细胞生物学以及分子生物学等多种手段，揭示了水通道蛋白的分子结构和生理功能，并进一步研究了其与疾病之间的关系。

例如，某些疾病，如肾脏功能障碍、肿瘤、水肿等，与水通道蛋白的异常表达或功能失调密切相关。

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。

水孔蛋白的鉴定水孔蛋白是一类在细胞膜上起关键作用的蛋白质，它们能够形成通道，调节细胞内外物质的交换和水分的平衡。

本文将从水孔蛋白的发现历史、结构和功能以及在生物学研究中的应用等方面进行阐述。

水孔蛋白的发现可以追溯到20世纪50年代，当时科学家们对细胞膜的穿透性进行了研究。

他们发现，尽管细胞膜是一个由脂质双层组成的结构，但水分子和其他小分子能够自由地穿过细胞膜。

为了解释这一现象，科学家们提出了“水通道”假设，即细胞膜上存在一种特殊的蛋白质，能够形成通道，促进水分子的跨膜运输。

随着技术的进步，科学家们开始尝试从细胞膜中分离和纯化这种水通道蛋白。

经过多年的努力，他们终于在1980年代初成功地从红细胞膜中纯化出了一种被称为水孔蛋白的蛋白质。

这项重要的发现为水孔蛋白的研究奠定了基础。

水孔蛋白的结构非常特殊。

它们由多个蛋白亚基组成，每个亚基都具有一个特殊的结构域，被称为水孔蛋白域。

水孔蛋白域中包含一系列高度保守的氨基酸残基，这些残基在进化过程中几乎没有发生变化。

这种高度保守的结构保证了水孔蛋白的功能稳定性和特异性。

水孔蛋白的主要功能是调节细胞内外物质的交换和水分的平衡。

通过形成通道，水孔蛋白能够促进水分子和其他小分子的跨膜运输。

这种跨膜运输对于维持细胞内外环境的平衡非常重要，尤其是在细胞的渗透调节和水分吸收等过程中起着关键作用。

水孔蛋白在生物学研究中有着广泛的应用。

首先，它们被广泛应用于药物研发和药物输送系统的设计。

通过研究水孔蛋白的结构和功能，科学家们可以设计出能够特异性靶向某种疾病的药物，并通过水孔蛋白实现药物的跨膜运输。

其次，水孔蛋白也被应用于生物传感器的设计和制造。

通过利用水孔蛋白对特定物质的识别和传输能力，科学家们可以构建高灵敏度、高选择性的生物传感器，用于检测环境中的污染物、食品中的添加剂等。

水孔蛋白作为一类在细胞膜上起关键作用的蛋白质，具有重要的生物学功能和广泛的应用前景。

通过对水孔蛋白的研究，我们可以深入了解细胞内外物质交换的机制，为药物研发和生物传感器的设计提供理论基础和实验依据。

水通道蛋白的发现及对人体的作用刘彦成（渭南师范学院环境与生命科学系陕西渭南 714000）摘要：水通道蛋白(aquaporin，AQP) 是一种对水专一的通道蛋白。

具有介导水的跨膜转运和调节体内水代谢平衡的功能。

水通道蛋白调节失控与水平衡紊乱等一系列疾病密切相关。

关键词：细胞膜；水通道蛋白（AQP）；跨膜转运；疾病；调节Abstract:The pass of water protein (aquaporin, AQP) is one kind of adding water single-minded channel protein.Has lies between leads the water the cross membrane transportation and the adjustment body domestic waters metabolism balance function.Pass of water protein adjustment out of control and level balance disorder and so on a series of disease close correlation.Key word:Cell membrane pass of water protein (AQP) cross membrane transportation disease adjusts1 水通道蛋白的发现1.1 细胞膜的运输方式细胞是构成生物的基本单位，细胞与细胞之间则是通过细胞膜来沟通和实现基本的生命活动。

细胞膜的主要成分为磷脂和蛋白质，其结构为磷脂双分子层，磷脂双分子层上有糖蛋白，糖蛋白所在一侧为细胞外侧。

物质跨膜运输可分为自图1 细胞膜的立体结构由扩散（不需能量、载体），协助扩散（不需要能量、需载体），主动运输（要能量、需载体）三种。

还有一些大分子物质是通过胞吞、胞吐方式通过细胞膜，它们需要能量、不要载体。

水通道蛋白基因水通道蛋白基因是一类编码蛋白质的基因，其产物是一种受体蛋白，能够调节细胞膜的通透性，使细胞能够快速、高效地调节水分的进出。

本文将从水通道蛋白基因的发现、结构与功能以及在生物体中的重要作用等方面进行阐述。

一、水通道蛋白基因的发现水通道蛋白基因的发现与诺贝尔奖得主皮特·阿格雷（Peter Agre）密不可分。

1992年，阿格雷和他的团队在研究红细胞膜蛋白时，发现了一种新的蛋白质，被命名为水通道蛋白（aquaporin）。

他们通过功能性研究发现，水通道蛋白能够高效地调节细胞内外水分的平衡，从而维持细胞的正常功能。

二、水通道蛋白的结构与功能水通道蛋白是一种跨膜蛋白，其主要结构特征是存在于细胞膜中的六个跨膜螺旋。

这些跨膜螺旋形成了一个水分子可以通过的微小通道，从而实现水分子的快速跨膜运输。

水通道蛋白的通道是高度选择性的，只允许水分子通过，而离子和其他溶质则无法进入。

水通道蛋白通过调节细胞膜的通透性，起到了维持细胞内外水分平衡的重要作用。

在生理过程中，水通道蛋白能够帮助细胞快速吸收和释放水分，从而调节细胞内外水分的浓度差。

此外，水通道蛋白还参与了细胞的渗透调节、尿液浓缩等重要生理过程。

水通道蛋白基因广泛存在于各种生物体中，并在不同组织和器官中发挥着重要的生理功能。

例如，在植物中，水通道蛋白基因参与了植物对水分的吸收和运输，维持植物体内外水分的平衡，保证植物的正常生长发育。

在动物中，水通道蛋白基因则在肾脏、肺部、眼睛等组织中起到关键作用，帮助维持体内水分的稳定。

水通道蛋白基因的异常表达与一些疾病的发生发展密切相关。

例如，水通道蛋白基因突变可导致肾脏功能障碍和尿液浓缩能力下降，进而引发多种肾脏疾病。

此外，一些研究还发现，水通道蛋白基因的异常表达与肿瘤的发生和转移有关，可能成为肿瘤治疗的潜在靶点。

总结：水通道蛋白基因作为一类重要的蛋白质基因，在维持细胞内外水分平衡、调节生理过程等方面发挥着重要作用。

水通道蛋白2的研究进展水通道蛋白-2（AQP2）主要表达在肾脏组织，起着肾脏对水转运的重要功能。

AQP2参与了许多疾病的病理过程，如多囊肾、尿崩症。

AQP2可能为泌尿系统疾病提供更有效的治疗新途径。

标签：水通道蛋白-2;泌尿系统;水是生命存在的先决条件。

水分子是极性分子，这使得它们能够非常容易地彼此间形成氢键以及与其它分子形成氢键。

作为极好的溶剂，它们适合于各种极性物质存在于细胞中。

水提供围绕生物聚合物的带电基团的溶剂壳，这些溶剂壳是蛋白质生物活性所必需的[1]。

水占人类体重的70%，在新生足月婴儿，总水分占体重的75%，早产儿更高，可达80-85%[2]。

细胞外和细胞内水含量之间的比率在产后期变化显著。

出后后不久，体内水含量迅速减少，这种降低主要是细胞外水含量的减少。

水含量的变化引起了广泛的关注。

1988年Perter Agre及其同事在红细胞膜上及肾小管中偶然发现的，一种分子量为28000的完整跨膜蛋白，1991年这种蛋白被克隆并命名为CHIP28（channel-forming integral protein），也就是现在的AQP1。

随着AQP1的发现，其它AQPs也相继被被发现及克隆。

迄今为止，已经发现AQPs广泛存在于细菌、植物及动物中，在哺乳动物组织中已经发现有13种AQPs存在[3]，其中，分布在肾组织的AQPs至少有8种[4]。

AQPs的发现不仅从分子水平上揭示水跨膜转运调节的机制，而且也揭示水平衡在遗传性及获得性疾病时的病理生理机制，证实其与人类许多疾病密切相关[5]。

尿液浓缩稀释功能主要由肾脏集合管（CD）主细胞的水通道蛋白2（AQP2）完成。

肾脏的集合管可重吸收水，排K+，H+和NH3，而AQP2是肾脏集合管表达的主要的水通道蛋白，对尿液浓缩和维持体液的酸碱平衡起着重要作用。

本文对AQP2的结构、分布、功能、表达及在泌尿系统疾病中作用的研究进展作一综述。

AQP2的分子结构AQP2由Fushimi在1993年克隆并确认的水通道蛋白家族中的一种[6]。

水通道蛋白水通道- 从原子结构到临床医学生物膜的透水性在生理学上是一个长期存在的问题，但负责此类蛋白质的蛋白质仍然未知，直到发现水通道蛋白1（AQP1）水通道蛋白。

AQP1由渗透梯度驱动的水选择性渗透。

人类AQP1的原子结构最近被定义。

四聚体的每个亚基含有允许水分子单文件通过但中断氢键通过质子所需的单独水孔。

已经鉴定了至少10种哺乳动物水通道蛋白，并且它们被水（水通道蛋白）或水加甘油（水甘油聚糖）选择性渗透。

表达位点与临床表型密切相关，从先天性白内障到肾源性尿崩症。

在植物，微生物，无脊椎动物和脊椎动物中发现超过200个水通道蛋白家族成员，并且它们对这些生物体的生理学的重要性正在被揭开。

在20世纪20年代发现脂质双层提供了当沐浴在较低或较高pH或含有毒性浓度的Ca2 +或其他溶质的细胞外液中时细胞如何维持其最佳细胞内环境的解释。

从1950年代开始发现离子通道，交换剂和共转运体为溶质的跨膜运动提供了分子解释。

然而，长期以来，假定水的输送是由于通过脂质双层的简单扩散。

来自具有高膜渗透性的多个实验系统的观察，例如两栖膀胱和哺乳动物红细胞，表明通过脂质双层的扩散不是水跨越膜的唯一途径。

虽然提出了各种解释，但直到10年前发现AQP1才能知道分子水- 特异性转运蛋白（Preston 等，1999）。

现在人们普遍同意扩散和通道介导的水分运动都存在。

通过所有生物膜以相对较低的速度发生扩散。

水通道蛋白水通道发现于上皮细胞的一部分10至100倍的水渗透能力。

值得注意的是，水通道蛋白水通道的选择性非常高，甚至质子（H3O +）被排斥。

在大多数组织中，扩散是双向的，因为水进入细胞并从细胞释放，而水通道蛋白介导的体内水流则由渗透或液压梯度引导。

扩散的化学抑制剂是未知的，扩散发生在高Ea（Arrhenius活化能）。

相比之下，大多数哺乳动物水通道蛋白受汞的抑制，Ea等同于大量溶液中水的扩散（〜5 kcal mol_1）。

水通道蛋白的发现说明了偶发性在生物学研究中的重要性，并且引起了上游流体运输过程中水如何穿过生物膜的范式的完全转变。

水通道蛋白的发现和研究过程教学反思：有时让学生熟悉相关的科技发展热点，可以帮助学生理解有关的情境材料，更能解决相关的问题。

由于教材的关系，很多学生无法解决2012年北京高考题，因为不熟悉水通道蛋白相关的知识。

（2012年北京高考试题）科学家为了研究蛋白A的功能，选用细胞膜中缺乏此蛋白的非洲爪蟾卵母细胞进行实验，处理及结果见下表。

实验组号在等渗溶液中进行的处理在低渗溶液中测定卵细胞的水通透速率（cm/s×10-4）Ⅱ向卵母细胞注入蛋白A的mRNA 210.0Ⅲ将部分Ⅱ细胞放入含HgCl2的等渗溶液中80.7Ⅳ将部分Ⅲ细胞放入含试剂M的等渗溶液中188.0（1）将I组卵母细胞放入低渗溶液后，水分子经自由扩散（渗透）穿过膜的____________进入卵母细胞。

（2）将蛋白A的mRNA注入卵母细胞一定时间后，该mRNA____________的蛋白质进入细胞膜，使细胞在低渗溶液中体积____________。

（3）与II组细胞相比，III组细胞对水的通透性____________，说明HgC12对蛋白A的功能有________作用。

比较III、IV组的结果，表明试剂M能够使蛋白A的功能____________。

推测HgC12没有改变蛋白A的氨基酸序列，而是破坏了蛋白A的____________。

（4）已知抗利尿激素通过与细胞膜上的____________结合，可促进蛋白A插入肾小管上皮细胞膜中，从而加快肾小管上皮细胞对原尿中水分子的____________。

（5）综合上述结果，可以得出____________的推论。

【答案】（1）磷脂双分子层（2）翻译迅速增大（3）明显降低抑制部分恢复空间结构（4）受体重吸收（5）蛋白A是水通道蛋白一、水通道蛋白的发现过程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，并没出了氨基酸序列，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。

水通道蛋白水通道蛋白是介导水跨膜转运的一大膜蛋白家族，分布于高等脊椎动物上皮细胞或内皮细胞。

结构上由28-KDa 亚单位组成四聚体，每个亚单位构成孔径约的水孔通道，在渗透压驱动下实现水双向跨膜转运【1】。

目前11 种亚型已经在哺乳动物中被确定，各种亚型的体内分布具有组织特异性，其中水通道蛋白-4 (Aquaporin 4,AQP4)以极化形式集中分布于中枢神经系统脑毛细血管周边的星形胶质细胞足突或室管膜细胞【2】。

血脑屏障为脑内另一调控水平衡的复合体，由无窗孔的脑毛细血管内皮细胞及细胞间紧密连接、基底膜、星形胶质细胞等组成，介于血液和中枢神经系统之间，限制血液中某些离子、大分子物质转移到脑实质，此屏障作用为维持CNS 内环境稳定、保障脑功能正常行使提供了重要保障。

BBB 分化发育过程中脑毛细血管内皮细胞间紧密连接的形成虽被认为是其成熟的标志，但BBB 生理功能的实现有赖于各组成成分间的相互作用。

近来对星形胶质细胞调控BBB 物质交换和脑内水平衡方面的作用日益受到重视，并认为与AQP4 表达有关。

本文就AQP4 与血脑屏障发育及其完整性关系的研究进展作一综述。

分化发育过程中AQP4 的表达目前由于对鸡胚视顶盖中血管及BBB 分化的研究已较完善，因此常被用于BBB 的研究模型。

Nico 及其同事【3】采用免疫细胞化学、分子生物学技术研究了鸡胚视顶盖AQP4 在BBB 分化发育过程的动态表达。

免疫电镜显示鸡胚视顶盖发育第9 d，BBB仅由不规则的内皮细胞组成，内皮细胞间紧密连接尚未形成，AQP4 未见表达。

待发育至第14 d，Western blot 技术首次在约30 kDa 链附近检测出AQP4 的免疫活性，电镜下显示短的内皮细胞间紧密连接已形成，并串联构成BBB 的微血管，星形胶质细胞间断黏附于血管壁，AQP4 不连续地表达于血管周边，血管周围仍然存在小空隙。

发育第20 d BBB 成熟，内皮细胞间紧密连接形成，BBB 微血管被星形胶质细胞紧紧包被，血管周边星形胶质细胞足突上的AQP4 呈现强阳性表达，且冷冻断裂研究显示AQP4 的正交排列阵也同步形成。

水通道蛋白研究进展水通道蛋白是一种专门负责水分子跨膜运输的蛋白，对于生物体的水分平衡和调节具有重要意义。

近年来，随着研究的深入，水通道蛋白的作用机制和应用领域逐渐引起人们的。

本文将概述水通道蛋白的基本概念、分类、功能，并重点介绍其研究进展。

水通道蛋白概述水通道蛋白是一种位于细胞膜上的运输蛋白，主要负责水分子在细胞膜上的跨膜运输。

水通道蛋白可根据其分布位置和功能不同分为不同类型，例如：AQP0、AQP1、AQP2等。

这些蛋白在细胞膜上形成水通道，帮助水分子快速、高效地通过细胞膜，从而维持细胞内外水平衡及细胞生长代谢。

水通道蛋白研究进展1、水通道蛋白的分子结构与功能关系水通道蛋白的分子结构由6个跨膜片段组成，形成一种特定的构象，从而有利于水分子通过。

不同的水通道蛋白具有不同的构象和功能，例如：AQP0主要分布于视网膜色素上皮细胞，参与调节眼部水分平衡；AQP1主要分布于肾脏、膀胱等器官，参与调节水平衡和尿生成；AQP2主要分布于肾小管和集合管，参与调节尿浓缩和稀释。

2、水通道蛋白的研究方法与技术目前，水通道蛋白的研究方法主要包括以下几种：基因克隆、表达与纯化；蛋白质结晶与结构解析；功能及动力学研究等。

这些方法分别从基因、蛋白质和功能等方面对水通道蛋白进行研究。

同时，随着生物技术的发展，如荧光标记、基因敲除等技术也为水通道蛋白研究提供了有力支持。

3、水通道蛋白的应用领域与展望水通道蛋白在生物学、医学等领域具有广泛的应用价值。

首先，水通道蛋白参与维持生物体内环境稳态，对治疗与预防水肿、脱水等疾病具有重要意义。

例如，AQP1在急性肾损伤和慢性肾功能衰竭等疾病中表达异常，成为治疗上述疾病的潜在靶点。

此外，水通道蛋白还与某些肿瘤细胞的生长和转移密切相关，因此有望为肿瘤治疗提供新思路。

其次，水通道蛋白在物质跨膜转运、药物研发等方面也具有潜在应用价值。

例如，通过研究AQP4在脑内的分布和作用机制，有助于理解脑内物质跨膜转运的规律，为药物研发提供新靶点。

【科学故事】水通道蛋白的发现来源：核突的小鑫子生命系统约70%由水组成，所有生物都需要水进出细胞。

科学家很早就知道水分子除了能够以简单扩散的手段通过细胞膜以外，还应该存在其他的机制，因为许多细胞对水的通透性的掌控要比简单扩散能达到的程度高得多，而且如果水仅仅通过被动扩散机制进出细胞，那么渗透压很容易导致细胞破裂或者细胞脱水（取决于细胞膜内外的盐浓度）！但这种机制究竟是什么却一直悬而未决，直到约翰·霍普金斯大学的Peter Agre在细胞膜上发现了水通道蛋白（aquaporin，AQP）。

水通道蛋白发现的故事再次验证了“运气只会眷顾那些有准备的人”这句至理名言。

在20世纪80年代中期，Agre及其同事在红细胞膜上寻找作为Rh-因子（Rh-factor）一部分的蛋白质，偶然得到一种含量丰富、非常小的蛋白质“不速之客”。

他们很快分离到这种蛋白质，并将它命名为CHIP28（28表示它的大小是28×103），而且发现它也存在于肾脏细胞等细胞膜上。

很快，他们用了不到一年的时间测定出它的氨基酸序列并克隆到它的cDNA。

考虑到这种蛋白质也存在于与水代谢密切相关的肾细胞的细胞膜上，于是他们就想：也许它就是组成水通道的蛋白质！为了证明这种推测，他们构建了CHIP28表达质粒，随后，把构建好的质粒显微注射到非洲爪蟾（Xenopus Laevis）的卵里进行表达。

当他们将含有CHIP28表达质粒的卵放到低渗介质中以后，发现细胞迅速发生膨胀，而没有CHIP28表达质粒的卵形状没有变化。

此外，他们还将CHIP28重组到脂质体上，结果也发现这种人造细胞也能够从低渗溶液中吸水膨胀。

当他们将Hg2+与CHIP28混在一起的时候，发现Hg2+能使CHIP28失活，这种结果解释了Hg2+能够阻止水的跨膜运输这个很早就为人所知的现象，综合以上的实验结果，可以毫不怀疑地认为，他们发现的CHIP28就是水通道蛋白。

2000年，Agre和其他的几位科学家得到了他们最先在红细胞上发现的水通道蛋白（现在被称为水通道蛋白-1）的三维结构。

细胞膜上的水通道蛋白作者：Marokko摘要：物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。

主要分为被动运输，主动运输，胞吞作用及胞吐作用。

但是事实上细胞的物质转运过程中，透过脂双层的简单扩散现象很少，绝大多数情况下，物质是通过载体或者通道来转运的。

离子、葡萄糖、核苷酸等物质有的是通过质膜上的运输蛋白的协助，按浓度梯度扩散进入质膜的，有的则是通过主动运输的方式进行转运。

而维持细胞之间的跨膜运输的膜转运蛋白则主要分为载体蛋白与通道蛋白。

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

有些通道蛋白长期开放,如钾泄漏通道;有些通道蛋白平时处于关闭状态,仅在特定刺激下才打开,又称为门通道(gated channel).而水扩散通过人工膜的速率很低,所以人们推测膜上有水通道.1991年Agre发现第一个水通道蛋白CHIP28 (28 KD )，目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种,被命名为水通道蛋白（Aquaporin,AQP)。

水通道蛋白广泛存在于生物体中的各组织部位，影响着生物机体水代谢的过程。

随着分子生物学技术的进步，对水通道蛋白的基础研究已经比较深入和成熟。

目的可以利用水通道蛋白研究的基础成果，阐释临床水代谢障碍类疾病的发病机理提供可能的解决思路。

关键词：跨膜运输，通道蛋白，水通道蛋白正文：包括人类在内的大多数生物都是由细胞组成的。

单个细胞就像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“城门”，它们只允许特定的分子或离子出入。

这就是细胞之间的跨膜运输。

物质的跨膜运输主要分为被动运输，主动运输，胞吞作用及胞吐作用。

而事实上细胞的物质转运过程中，透过脂双层的简单扩散现象很少，绝大多数情况下，物质是通过载体或者通道来转运的。

下图分别为载体蛋白与通道蛋白。

水通道蛋白名词解释
水通道蛋白（aquaporin）是一类存在于细胞膜上的跨膜蛋白，其功能是调节细胞内外水分的平衡。

水通道蛋白是由8个跨膜α螺旋结构组成，形成一个具有水分子通过能力的通道。

它们广泛存在于多种生物体的细胞膜上，包括植物、动物和微生物等。

水通道蛋白的主要功能是促进水分子在细胞膜上的快速跨膜传递。

由于水分子是极性的，无法通过细胞膜的疏水层，而水通道蛋白则提供了一个高度选择性通道，使水分子能够迅速通过细胞膜而不受阻碍。

水通道蛋白的通道结构限制了其他溶质的通过，从而确保水分子的优先通道。

除了调节水分平衡外，水通道蛋白还在细胞内外水分调节以及保护细胞免受渗透压和压力变化等环境因素的影响中发挥重要作用。

在植物中，水通道蛋白在根系中的表达调控了植物对于土壤中水分的吸收和利用。

在人体中，水通道蛋白在肾脏、眼睛和脑组织等重要器官中的表达与正常的水平维持和离子浓度平衡密切相关。

水通道蛋白的发现为我们深入了解细胞内外水分平衡的调控机制提
供了重要的线索。

通过研究水通道蛋白的结构和功能，人们可以进一步探索其在疾病发生和发展中的作用，为相关疾病的治疗和预防提供新的策略和途径。

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。