長期以來， 普遍認為細胞內外的水分子是以簡單擴散的方式透過脂雙層膜。後來發現某些細胞在低滲溶液中對水的通透性很高， 很難以簡單擴散來解釋。
基本介紹
- 中文名：水通道
- 性質：科學術語
- 研究者：Agre（阿格雷）
- 領域：生物科學
水通道,研究者,水通道蛋白,水孔蛋白,水通道技術套用,
水通道
如將紅細胞移入低滲溶液後，很快吸水膨脹而溶血，而水生動物的卵母細胞在低滲溶液不膨脹。因此，人們推測水的跨膜轉運除了簡單擴散外，還存在某種特殊的機制，並提出了水通道的概念。
研究者
1988年美國科學家Agre（阿格雷）在分離純化紅細胞膜上的Rh血型抗原時，發現了一個28KD的疏水性跨膜蛋白，稱為CHIP28（Channel-Forming integral membrane protein），1991年得到CHIP28的cDNA序列，他將CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母細胞中，在低滲溶液中，卵母細胞迅速膨脹，並於5分鐘內破裂，純化的CHIP28置入脂質體，也會得到同樣的結果。細胞的這種吸水膨脹現象會被Hg2+抑制，而這是已知的抑制水通透的處理措施。這一發現揭示了細胞膜上確實存在水通道，他因此而與離子通道的研究者Roderick MacKinnon（麥金農）共享2003年的諾貝爾化學獎。
水通道蛋白
目前在人類細胞中已發現的此類蛋白至少有11種，被命名為水通道蛋白（Aquaporin，AQP），均具有選擇性的讓水分子通過的特性。在實驗植物擬南芥（Arabidopsis thaliana）中已發現35種這類水通道。
水通道的活性調節可能具有以下途徑：通過磷酸化使AQP的活性增強；通過膜跑運輸改變膜上AQP的含量，如血管加壓素（抗利尿激素）對腎臟遠曲小管和集合小管上皮細胞水通透性調節；通過調節基因表達，促進AQP的合成。
決定水分出或入細胞的是細胞的水勢。
水通過兩種機制穿過膜。另一種是通過脂雙層的擴散。因為雖然脂雙層是疏水的，但其中並非沒有空間，水分子可以通過氫鍵在其中形成類似凍的結構，從而穿過膜。
水孔蛋白
第二種機制是通過專一的水通道——水孔蛋白（aquaporin）
水孔蛋白是一類膜蛋白，相對分子質量不大。植物細胞的質膜和液泡膜中各有不同的水孔蛋白。根據來自動物的水孔蛋白的研究，這類蛋白質可能是四聚體，每個亞基上各有一個小孔，水分子可以從中穿過。
水通道蛋白是一個非同尋常的發現；因為水通道是水進出細胞的關鍵，許多生理過程涉及體液的流動，例如出汗、排尿、發炎紅腫以及流淚等等。水通道蛋白的功能使我們在炎熱的夏天濃縮尿液而不致發生脫水，也能讓我們在飢餓時把儲存在脂肪組織的水釋放出來。2003年12月，諾貝爾獎化學委員會主席本特·諾登這樣評價：阿格雷的發現與生命有密不可分的關係，水通道蛋白是一個決定性的發現，它為人類打開一個新的領域，去研究細菌、哺乳動物和植物水通道的生物學、生理學和遺傳學。
目前有10多個水通道蛋白發現，它們存在於血液、腎臟、大腦等部位。
水通道技術套用
國際學術界樂觀估計，水通道技術的研究和套用將會打開人類長生不老的神秘大門。目前該技術已經開始使用於化妝品領域和紡織品技術領域。通過水通道技術，將人類需要的礦物金屬元素通過化妝品和衣物面料和人體皮膚接觸的機會滲透進人體組織之內。該技術的套用將會引發人類第一次關於自身的科學革命。目前瑞士蘇黎世大學這方面的套用研究在全球處於領先位置。
