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1、水孔蛋白,1AQP的发现2AQP的功能3AQP的结构4AQP的调节机制,AQP的发现,1920 年代以前,人们认为水分子以扩散机理通过细胞膜,但水凭借扩散方式通过细胞膜的通量很低以及活化能很高,难以解释水分子以很快的速度大量通过细胞膜的现象。 1950年代，人们发现水分子可以很快地通过选择性通道进入红细胞，而其他溶质分子和离子则不能通过红细胞膜。 此后三十年研究表明，细胞膜上的水通道是一种具有高度选择性的过滤器，在渗透梯度的驱动下，允许水分子通过，而质子则不能通过。 1988年，阿格雷从红细胞和肾小管中分离出一种功能为治的新的膜蛋白-CHIP28（AQP1）。 1991年，经过N2段肽链测序和
2、整个cDNA序列测定获得了蛋白质的氨基酸序列结构，证实了这就是一直寻求的水通道。 阿格雷与他的合作者用高分辨成像技术研究AQP水通道膜 蛋白，并在2000年公布了世界第一张分辨率为0.38纳米的高清晰度立 体结构图。,2003年，美国科学家彼得阿格雷和罗德里克麦金农，分别因对细胞膜水通道，离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化学奖。,Peter Agre,Roderick MacKinnon,水孔蛋白（AQP） 一、概述,AQP 是特异性跨膜转运水的蛋白家族，属主体内在蛋白家族，能显著增加细胞膜水的通透性，参与水的分泌、吸收及细胞内外水的平衡。 迄今为止，已在细菌、酵母、植物、昆虫和脊椎动物中发现
3、至少50余种水通道。它的种类很多，仅人体就有11种，而植物的水通道蛋白质数量更多。,AQP的功能选择性多功能性,AQp的调控,一、植物水孔蛋白转录水平的调控1、干旱2、光、温度、病菌感染、激素等3、水孔蛋白mRNA的稳定性,水孔蛋白转录后的调节1、植物水孔蛋白的磷酸化2、植物水孔蛋白在细胞内和膜上的穿梭定位3水孔蛋白的稳定性,AQP的透水过程,3a 3b、3c,为什么它只让水分子通过，却不允许其他离子或分子通过？或者为什么就连水分子与氢离子形成的水和质子（H3O+）也无法从中通过呢？,（二）转运机理,细胞膜通道有一个很重要的特性，就是具有选择性，而AQP的形状，正是它只能让水分子通过的原因。
4、水分子成单一纵列进入弯曲狭窄的通道，通道中的极性与偶极力会帮助水分子旋转，以适当的角度通过狭窄的通道，而通道中有一个带正电的区域，会排斥带正电的粒子，便可以避免水和质子的通过。,（二）转运机理,水的输送跨膜与氢键的破坏有关,HB 和HE 两个螺旋以及相邻的NPA 上的Asn 残基对于水的输送过膜起着关键性的作用。由于AQP1 孔螺旋的偶极距产生的正静电场吸引接近膜中心的水分子的氧,使之靠近NPA 基序。AQP1 孔在膜中心收紧,在膜的两侧表面张开。这样的结构提供了一个高的介电障碍层以排斥离子,而同时允许中性溶质通过。,(a) 螺旋的正电荷极性部分约束通过通道的水分子的取向,使质子不能通过;,（
5、二）转运机理,由于与NPA 之间的van der Waals 作用,孔螺旋HB 和HE 被保留在膜的中间;在主链NH 基团和NPA 基序的Asn 羧基之间存在的氢键作用结束于短孔螺旋的N 端。这就导致Asn76 和192 被定位伸向孔中。水分子中的氧与氨基酸基团形成氢键,而代替相互之间形成的氢键。 根据分子轨道排布,两个氢原子与孔的轴心垂直。在水的单列队中,这个水分子无法与相邻的水分子形成氢键;同时由于孔内是疏水的,水分子也无法与孔壁形成氢键,此时水分子过膜的能垒最低。而质子无法与大量水形成氢键,无法被输送过膜。,(b) 和(c) 为水分子与通道的Asn76 和Asn192 形成的氢键示意图。
6、,二、结构特征 （一）基因结构,AQP家族由一个基因组进化而来，典型的AQP基因结构含有一个较大的外显子编码AQP的氨基端半侧分子和四个较小的外显子编码AQP的羟基端半侧分子。 AQP是一种糖蛋白，分子量28KD。,（二）分子结构,AQP家族的基本结构是一个单肽链，含有6个跨膜区域及5个环，B、D环及羟基、氨基末端均在细胞内，A、C、E环定位于质膜外侧。B、E环显著疏水，A环有N-连接糖基化部位。 整个分子为两个重复部分，在序列上是相在膜上特此呈180%26ordm;中心对称排列，水通道的这种结构或许可以解释其在水的吸收与分泌两个运动方向上所起的作用。,（二）分子结构,B、E环含有Asn-Pr
7、o-Ala(NPA)重复串连序列，这是该蛋白家族成员所共同具有的、高度同源的特征性序列 E、B环的任何变异都会引起水通道活性的下降。 每一个AQP氨基端结构及其相似，而羟基端结构各有特点，氨基端结构决定了AQP功能的共性，而羟基端结构构成了各成员功能的特异性。,（二）分子结构,AQP1的E环第189位半胱氨酸是汞抑制位点，汞离子和有机汞可以通过与C189结合而堵塞或破坏这个孔。 编码AQP4的基因含有一个额外的外显子，外显子与其它AQP没有同源性，AQP4在E环第189 位上无半胱氨酸，对汞不敏感，又称汞不敏感水通道蛋白。 在抑制的十一种AQP中，只有AQP4和AQP7对汞不敏感，对AQP9是否对汞敏感持不同意见。,（二）分子结构,AQP2、AQP4、AQP5的B环上含有蛋白激酶A磷酸化同源顺序，现认为磷酸化与AQP的运输和门控有关。 AQP9的B换上有蛋白激酶C磷酸化位点。AQP的活性调节可能存在不同的机制。,Structural model of Arabidopsis PIP2;1 拟南芥水孔蛋白PIP2;1 结构示意图,膜内在蛋白 ，几乎都含有六个跨膜区段，分别由五个环相连。,水通道蛋白图,Thank You！,
