水通道蛋白-解讀2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

水通道蛋白-解讀2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)第一頁，共11頁。水通道蛋白

解讀2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)水通道蛋白離子通道蛋白第二頁，共11頁。包括人類在內(nèi)的各種生物都是由細(xì)胞組成的。細(xì)胞如同一個(gè)由城墻圍起來的微小城鎮(zhèn)，有用的物質(zhì)不斷被運(yùn)進(jìn)來，廢物被不斷運(yùn)出去。早在100多年前，人們就猜測(cè)細(xì)胞這一微小城鎮(zhèn)的城墻中存在著很多“城門”，它們只允許特定的分子或離子出入。2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)表彰的就是有關(guān)這些“城門”的研究成果。第三頁，共11頁。2003年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予美國(guó)科學(xué)家彼得·阿格雷和羅德里克·麥金農(nóng)，分別表彰他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜水通道，以及對(duì)離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)理研究作出的開創(chuàng)性貢獻(xiàn)。他們研究的細(xì)胞膜通道就是人們以前猜測(cè)的“城門”。第四頁，共11頁。生物體的主要組成部分是水溶液，水溶液占人體重量的70％。生物體內(nèi)的水溶液主要由水分子和各種離子組成。它們?cè)诩?xì)胞膜通道中的進(jìn)進(jìn)出出可以實(shí)現(xiàn)細(xì)胞的很多功能。20世紀(jì)50年代中期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞膜中存在著某種通道只允許水分子出入，人們稱之為水通道。因?yàn)樗畬?duì)于生命至關(guān)重要，可以說水通道是最重要的一種細(xì)胞膜通道。盡管科學(xué)家發(fā)現(xiàn)存在水通道，但水通道到底是什么卻一直是個(gè)謎。第五頁，共11頁。20世紀(jì)80年代中期，美國(guó)科學(xué)家彼得·阿格雷研究了不同的細(xì)胞膜蛋白，經(jīng)過反復(fù)研究，他發(fā)現(xiàn)一種被稱為水通道蛋白的細(xì)胞膜蛋白就是人們尋找已久的水通道。為了驗(yàn)證自己的發(fā)現(xiàn)，阿格雷把含有水通道蛋白的細(xì)胞和去除了這種蛋白的細(xì)胞進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果前者能夠吸水，后者不能。為進(jìn)一步驗(yàn)證，他又制造了兩種人造細(xì)胞膜，一種含有水通道蛋白，一種則不含這種蛋白。他將這兩種人造細(xì)胞膜分別做成泡狀物，然后放在水中，結(jié)果第一種泡狀物吸收了很多水而膨脹，第二種則沒有變化。這些充分說明水通道蛋白具有吸收水分子的功能，就是水通道。第六頁，共11頁。2000年，阿格雷與其他研究人員一起公布了世界第一張水通道蛋白的高清晰度立體照片。照片揭示了這種蛋白的特殊結(jié)構(gòu)只允許水分子通過。水通道的發(fā)現(xiàn)開辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。目前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)水通道蛋白廣泛存在于動(dòng)物、植物和微生物中，它的種類很多，僅人體內(nèi)就有11種。它具有十分重要的功能，比如在人的腎臟中就起著關(guān)鍵的過濾作用。通常一個(gè)成年人每天要產(chǎn)生170升的原尿，這些原尿經(jīng)腎臟腎小球中的水通道蛋白的過濾，其中大部分水分被人體循環(huán)利用，最終只有約１升的尿液排出人體。第七頁，共11頁。1988年，羅德里克·麥金農(nóng)利用Ｘ射線晶體成像技術(shù)獲得了世界第一張離子通道的高清晰度照片，并第一次從原子層次揭示了離子通道的工作原理。這張照片上的離子通道取自青鏈霉菌，也是一種蛋白。麥金農(nóng)的方法是革命性的，它可以讓科學(xué)家觀測(cè)離子在進(jìn)入離子通道前的狀態(tài)，在通道中的狀態(tài)，以及穿過通道后的狀態(tài)。對(duì)水通道和離子通道的研究意義重大。第八頁，共11頁。很多疾病，比如一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病和心血管疾病就是由于細(xì)胞膜通道功能紊亂造成的，對(duì)細(xì)胞膜通道的研究可以幫助科學(xué)家尋找具體的病因，并研制相應(yīng)藥物。另外，利用不同的細(xì)胞膜通道，可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能，從而達(dá)到治療疾病的目的。中藥的一個(gè)重要功能是調(diào)節(jié)人體體液的成分和不同成分的濃度，這些成分可以通過不同細(xì)胞膜通道調(diào)節(jié)細(xì)胞的功能。有專家認(rèn)為，對(duì)細(xì)胞膜通道的研究可以為揭示中醫(yī)藥的科學(xué)原理提供重要的途徑。第九頁，共11頁。5、水通道1991年Agre發(fā)現(xiàn)第一個(gè)水通道蛋白CHIP28（28KD），CHIP28的mRNA能引起非洲爪蟾卵母細(xì)胞吸水破裂，已知這種吸水膨脹現(xiàn)象會(huì)被Hg2+抑制。