水通道蛋白的研究

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1、水通道蛋白的研究【关键词】水通道蛋白，法医病理学 【中图分类号】Q503；D919．1 【文献标识码】B 　　【文章编号】10079297(XX)01—0053—03 一 、水通道蛋白的发现 　　水是生物机体细胞的主要成分，每时每刻有大量的水分子 　　通过细胞膜进出细胞。在90年代以前，对于水分子的转运机 　　制，主要有两种理论解释，一种是水分子的简单扩散学说，认为 　　细胞内外渗透压差是其动力源，需要较高的阿里纽斯活动能 　　(Arrheniusactivationenergy，以下简称Ea)，一般Ea>10keal／ 　　mol，达到平衡时渗透率(Co

2、efficientofosmoticpermeability，简称 　　Pf)与扩散率(Coefficientofdiffusionalpermeability，简称Pd)趋于 　　相等，不能被汞等通道蛋白阻断剂所抑制。但水分子简单扩散 　　理论不能解释一些生理现象，如尿的浓缩、Pf／Pd>1时水的转 ·法医学理论与实践· 　　运及有些细胞水转运可被通道蛋白阻断剂抑制等，所以就产生 　　了另一种理论，认为细胞膜上存在水分子转运的特殊通道，即水 　　通道学说。水分子通过该通道进出细胞，水通过水通道时需要 　　的Ea较低，一般Ea<5kcal／mol。但限于当

3、时的技术条件，一直 　　未能证实水通道的存在。_1J1988年Agre等在纯化人的红细 　　胞膜上Rh蛋白时，偶然发现了一种新的膜蛋白，分子量约28kD 　　左右，属于一种内在膜整合蛋白(Channelformingintegralmem— 　　braneprotein，简称CHIP28)。1991年CHIP28的cDNA分子克 　　隆成功，并成功地将CHIP28体外转录合成的cDNA转染非洲 　　爪蟾的卵母细胞，结果发现转染后的卵母细胞在低渗透溶液中 　　很快膨胀，并最终破裂。[，又将CHIP28嵌入脂质体进行实验， 　　能明显加快水的转运_8]，从而证

4、实CHIP28对水有特殊通透性： 　　1993年Arge将这种内在膜整合蛋白正式称为水通道蛋白 　　(Aquaporins，简称AQPs)。[]目前已发现9种水通道蛋白亚型， ·54· 　　按顺序分别命名为AQPa～AQP9，它们形成一个AQPs家族，考 　　虑到以前发现的一种膜内在蛋白，又称MIP(majorintrinsicprotein， 　　简称MIP)，也对水有一定的通过作用，有些学者把它也归 入水通道蛋白家族中，取名为AQPo： 二、AQPs的结构 　　AQPs为细胞膜上的一种糖蛋白，分子量为30kD左右。 　　AQPs家族的结构主要是通过对A

5、QPa的疏水性分析研究推测 　　出来的，AQPa的蛋白结构研究得最清楚，它的一级结构为含6 　　个螺旋的单肽链，连续跨膜6次，含3个胞外环(A、c、E)和2个 　　胞内环(B、D)，B环和E环具有疏水性，B环位于细胞内侧，E环 　　位于细胞外侧，其余3个环为亲水性，它们均存在细胞膜脂质层 　　中，其氨基端(NH2一)和羧基端(COOH一)位于细胞内，整个 　　AQP分子前后两部分在序列上相似，呈对称的镜像结构，并且B 　　环和E环均具有天冬酰氨酸一哺氨酸丙氨酸基本单元 　　(APA)，APA为AQP家族的共有特征结构，对水的通透性具有 　　决定性作用。l6

6、通过对整合有CHIP28分子的脂质体进行标记重 　　组、冰冻蚀刻及形态学测量等方法研究，证实AQPs蛋白在细胞 　　膜上以四聚体形式存在，每个单体单独形成一个水通道，B环和 　　E环各形成半个水通道，它们在细胞膜脂质分子层中相互重叠形 成一个完整的水通道。L1nJ 　　有些水通道对含汞试剂敏感，其功能可被汞试剂抑制。这 　　是因为这些水通道蛋白的NPA前序列中存在189一半胱氨酸残 　　基，该残基为汞的特异性结合位点，一旦汞试剂与这个位点结 　　合，就可抑制水通道。在现在已知的AQPs家族中，只有A0P4 　　和AOP7的NPA前序列不含189一半胱氨酸残

7、基，它们为汞不 敏感性水通道蛋白。_7·lo3 三、AQPs的功能与调节 　　AQPs对水有选择性性通透作用，将体外转录合成的水通道 　　cDNA注入非洲爪蟾的卵母细胞和嵌入脂质体进行实验，证明水 　　的渗透率(Pf)呈数十倍地增加，C6-8]从而证实AQPs对水有特殊 　　通过性。AQPs对各种离子不具有通过性，_13_它们的功能不受 　　温度、质膜成分的影响，但有的研究证实AQP3和AQP7对甘油 　　和尿素等有机小分子有一定的通过性，并且它们的核苷酸序列 　　也很相似，[14,]可据此将AQPs家族分为两个亚家族，即AQP3 　　和AQP7为一个亚家

8、族，其余AQPs为另一个亚家族。 　　对AQPs的调节存在长期和短