水通道蛋白的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用課件

發(fā)現(xiàn)小組成員10141990116孔德良10141990114黃裕10141990220張勵航10141990223張欣悅獲獎?wù)遷inner彼得·阿格雷（PeterAgre），科學(xué)家。1949年生于美國，1974年在巴爾的摩約翰斯·霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院獲醫(yī)學(xué)博士，現(xiàn)為該學(xué)院生物化學(xué)教授和醫(yī)學(xué)教授。由于發(fā)現(xiàn)了細(xì)胞膜水通道蛋白，2003年獲得諾貝爾化學(xué)獎。19世紀(jì)20年代以前，人們認(rèn)為水分子只是以自由擴(kuò)散形式透過細(xì)胞膜，當(dāng)時人們提出細(xì)胞膜上很可能存在調(diào)控水分子和其他小的溶質(zhì)分子進(jìn)出細(xì)胞的某種通道。50年代，許多科學(xué)家通過大量實(shí)驗證實(shí)水分子能快速，大量通過選擇性通道進(jìn)入紅細(xì)胞，而其他分子或離子（H+）通不過，這種現(xiàn)象同樣存在于唾液腺，腎臟和膀胱中。1988年，PeterAgre和他的團(tuán)隊在研究分離提純兔子Rh血型抗原蛋白,結(jié)果發(fā)現(xiàn)抗體與質(zhì)量接近30kDa的蛋白結(jié)合，起初以為是32kDa的抗原水解產(chǎn)物，但是由銀光標(biāo)記的瓊脂糖凝膠電泳實(shí)驗結(jié)果顯示有一條28kDa的不連續(xù)條帶。他們發(fā)現(xiàn)此蛋白不被考馬斯亮藍(lán)等染液染色，排除了抗原水解產(chǎn)物的可能。這便引起了PeterAgre的極大興趣。隨后發(fā)現(xiàn)28x10的蛋白紅細(xì)胞及腎近端小管中該蛋白含量非常富．每個細(xì)胞內(nèi)含有大約20萬個分子，且與磷脂雙分子層結(jié)合緊密。1991年測定了28KDa蛋白N端的35個氨基酸。同一年，克隆了該蛋白的全長cDNA序列。該基因編碼269個氨基酸，蛋白具有6個跨膜結(jié)構(gòu)域、2個位于膜外的N-糖基化位點(diǎn)CHIP28，N-端和C-端所編碼的基因有約20%的相同，B環(huán)和E環(huán)相似度更高且都含有Asp-Pro-Ala的特殊結(jié)構(gòu)（NPA序列）。但當(dāng)時任未知道此蛋白的具體功能。1993年，PeterAgre又做了爪蟾卵母細(xì)胞實(shí)驗這個實(shí)驗也證實(shí)了之前的猜測，這個蛋白就是水通道。但是依然有人提出質(zhì)疑：CHIP28并非水通道蛋白本身，可能是調(diào)節(jié)水通道開閉的蛋白。1994年，為進(jìn)一步證明CHIP28就是水通道蛋白，排除其為水通道調(diào)控蛋白的可能性，他們又做了脂質(zhì)體實(shí)驗,最終證明這種蛋白的確為專一性水通道蛋白.此類蛋白質(zhì)被重新命名為Aquaporin,CHIP28是第1個被鑒定的水通道蛋白，因而稱為Aquaporin1，簡稱AQP1。水通道蛋白結(jié)構(gòu)AQP1在細(xì)胞膜中以四聚體的形式存在，四聚體復(fù)合物的每一個單體在功能上都作為一個獨(dú)立的水通道。綜述B、E兩環(huán)含有高度保守的氨基酸序列，其中的天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸序列是大部分水通道蛋白中構(gòu)成孔道中心的序列，這個特異的序列在三維結(jié)構(gòu)上位于通道的核心，對水分子通過起主要作用。此外，AQP1第189位的半胱氨酸具有特異性結(jié)合汞的性質(zhì)，結(jié)合后水通道蛋白喪失通透性。如果將半胱氨酸替換為分子更大的氨基酸，可明顯降低水的通透性(189位的半胱氨酸被替換后水通道對Hg不再敏感，這也證明了半胱氨酸的重要作用)。其次，我們也可以通過對氨基酸進(jìn)行糖基來改變水的通透性。AQP1肽鏈上第42位氨基酸是絲氨酸，位于A環(huán)中間，能夠被糖基化修飾(糖基化的AQP1蛋白對水通透性大大減弱。）AQP1單體機(jī)理及分布沙漏模型與水分子通過機(jī)理左圖－AQP1

的矢狀斷面示意圖揭示了自由水在胞外、胞內(nèi)前庭的沙漏。此部位就是阻止水分子由組合方式進(jìn)入，改為由單一的水分子進(jìn)入寬20?的前庭，而孔道只有2.8?右圖—水分子在截面孔隙空間中“填飽”的表示在研究AQP1的同時，其他相關(guān)蛋白也逐步被研究發(fā)現(xiàn)，大約幾百種相關(guān)的蛋白已被公認(rèn)為脊椎動物和無脊椎動物、

植物，以及單細(xì)胞微生物所擁有。他們分為兩個子集

。第一批稱為”古典水通道蛋白"，因為他們最初被認(rèn)為是專屬水毛孔。第二種是兼有性的蛋白，因為他們都允許水和甘油的通過。目前，已知的哺乳動物擁有AQP家族蛋白12種。綜述1、AQP1在腎小球疾病腎組織中的表達(dá)及結(jié)果:應(yīng)用AQP1單克隆抗體，采用SP方法對腎小球疾病的腎活檢組織行進(jìn)行組織化學(xué)染色，檢驗?zāi)I活檢組織中AQP1蛋白的表達(dá)。結(jié)果：AQP1在各型腎小球疾病腎活檢組織中腎皮質(zhì)內(nèi)的近端小管和髓袢降支細(xì)段的細(xì)胞頂膜均有表達(dá)，腎小球內(nèi)無表達(dá)。2、應(yīng)用免疫組織化學(xué)方法檢測人腦組織中AQP-4的表達(dá)。創(chuàng)傷組標(biāo)本取自28例急性顱腦損傷患者急診開顱血腫清除時所獲挫傷灶周圍腦組織AQP-4在急性顱腦損傷早期腦水腫發(fā)生中的作用。AQP-4的表達(dá)在對照組的腦組織中AQP-4僅見少量表達(dá)(圖3)植物體內(nèi)的水通道蛋白植物水通道蛋白在植物細(xì)胞伸長、氣孔運(yùn)動、種子發(fā)育、開花繁殖和逆境脅迫等生長發(fā)育過程中具有重要作用。與動物和微生物相比，植物AQPs的類型顯得更為豐富，并且其轉(zhuǎn)運(yùn)對象十分廣泛，除了運(yùn)送水分外還轉(zhuǎn)運(yùn)其他甘油、尿素、CO、砷等種類繁多的物質(zhì)。植物水通道蛋白分為4大類：質(zhì)膜內(nèi)膜蛋白（PIP），液泡膜內(nèi)膜蛋白（NIP)，膜內(nèi)在蛋白Noduin-26類似蛋白及內(nèi)膜蛋白(SIP)AQP在植物體的分布和作用：常見水通道蛋白及其在人體的分布和作用名稱組織分布功能AQP0晶狀體囊內(nèi)纖維細(xì)胞膜較弱的水通透性、細(xì)胞間黏著AQP1紅細(xì)胞膜、腎的近端小管、膽管、肺泡和氣管、腦脈絡(luò)叢、眼睛等組織水通透性、細(xì)胞遷移AQP2腎集合管受激素調(diào)控、增加質(zhì)膜水通透性AQP3紅細(xì)胞、腎集合管、氣管上皮、分泌腺和皮膚表皮等對水、尿素和甘油都具有通透性AQP4腎集合管、中樞神經(jīng)系統(tǒng)、氣管等水通透性、與神經(jīng)膠質(zhì)的遷移以及神經(jīng)元的興奮有關(guān)AQP5胰腺、淚腺和唾液腺的外分泌部以及眼和肺對水和甘油具有通透性、對一些外分泌腺的分泌起作用AQP6腎間質(zhì)細(xì)胞的包內(nèi)囊泡對水具有較小通透性、能通透陰離子AQP7脂肪組織、腎臟、睪丸、