水通道蛋白結構與功能的關系.ppt

1、水通道蛋白的結構與功能,一、水通道蛋白的重要性,二、水通道蛋白的發(fā)現(xiàn),三、水通道蛋白的結構,四、對水分子的篩選機理,一、水通道蛋白的重要性,水分子以簡單滲透擴散方式通過細胞膜，但擴散 速度非常緩慢，科學研究證明，水分子跨越細胞膜的 快速輸運是通過細胞膜上的一種水通道蛋白（ aquaporin, AQP）實現(xiàn)的。 在哺乳動物中，水通道蛋白大量存在于腎臟、血 細胞和眼睛等器官中，如腎小管的近曲小管對水的重吸收、 從腦中排除額外的水、唾液和眼淚的形成，對體液滲透、 泌尿等生理過程非常重要。 在植物中，水通道蛋白直接參與根部水分吸收及 整個植物的水平衡。,二、水通道蛋白的發(fā)現(xiàn),19世紀中葉，人們設想生

2、物器官的表面存在傳輸水和小分子溶質(zhì)的通道“（channel）”。 20世紀50年代后期到80年代中期，一些對血紅細胞進行研究的學者提出在血紅細胞膜上可能存在有可以傳輸水分子的蛋白。 1988年Agre研究組從血紅細胞和腎小管中分離純化了CHIP28（channel-like integral membrane protein，23kDa），又被命名為AQP1,注入了AQP1水通道蛋白mRNA的蛙卵細胞在高 滲透壓介質(zhì)環(huán)境中迅速膨脹（上一行圖）；與之相對 應，沒有注入AQP1蛋白mRNA的蛙卵細胞則沒有變 化（下一行圖）,三、水通道蛋白的結構,蛋白質(zhì)的功能是 通過其結構來實現(xiàn)的， 要解決功能機理

3、問題， 必須首先解決它的結 構問題。,水通道蛋白的投 影密集圖顯示在雙磷脂膜中，4個AQP1分子 構成一個四聚體，每個水通道蛋白分子單體的 中心存在一個只允許水分子通過的通道管。,對AQP1晶體學數(shù)據(jù)分 析表明，水孔蛋白由4個 亞基組成四聚體，每個亞 基都由6個跨膜螺旋組 成。每個水孔蛋白亞基單 獨形成一個供水分子運動 的中央孔，孔的直徑稍大 于水分子直徑，約0.28nm， 水孔長約2nm。,四、對水分子的篩選機理,1）通道管的空間尺寸限制了比水分子大的小分子通過,直徑約 0.28nm,2）高度特異的親水通道,盡管現(xiàn)在還沒有完全揭示為何AQP1在對水分子快速 通過的同時能有效阻止質(zhì)子的通過，表現(xiàn)出對水分子的特 異通透性，但已有的數(shù)據(jù)表明，這種特異性與兩個半跨膜 區(qū)的Asn-Pro-Ala模式有關。AQP1中央孔的孔徑無法通過 比水分子大的物質(zhì)，而兩個Asn-Pro-Ala中的Asn殘基所帶 的正電荷也排除了質(zhì)子的通過，因此，AQP1是一個高度特 異的親水通道，只允許水而不允許離子或其他小分子溶質(zhì) 通過。 值得一提的是