水通道蛋白的发现与应用.pptx
获奖者winner第1页/共19页彼得阿格雷（PeterAgre），科学家。1949年生于美国，1974年在巴尔的摩约翰斯霍普金斯大学医学院获医学博士，现为该学院生物化学教授和医学教授。由于发现了细胞膜水通道蛋白，2003年获得诺贝尔化学奖。第2页/共19页水通道蛋白发现历程第3页/共19页19世纪20年代以前，人们认为水分子只是以自由扩散形式透过细胞膜，当时人们提出细胞膜上很可能存在调控水分子和其他小的溶质分子进出细胞的某种通道。50年代，许多科学家通过大量实验证实水分子能快速，大量通过选择性通道进入红细胞，而其他分子或离子（H+）通不过，这种现象同样存在于唾液腺，肾脏和膀胱中。1988年，PeterAgre和他的团队在研究分离提纯兔子Rh血型抗原蛋白,结果发现抗体与质量接近30kDa的蛋白结合，起初以为是32kDa的抗原水解产物，但是由银光标记的琼脂糖凝胶电泳实验结果显示有一条28kDa的不连续条带。他们发现此蛋白不被考马斯亮蓝等染液染色，排除了抗原水解产物的可能。这便引起了PeterAgre的极大兴趣。随后发现28x10的蛋白红细胞及肾近端小管中该蛋白含量非常富每个细胞内含有大约20万个分子，且与磷脂双分子层结合紧密。第4页/共19页1991年测定了28KDa蛋白N端的35个氨基酸。同一年，克隆了该蛋白的全长cDNA序列。该基因编码269个氨基酸，蛋白具有6个跨膜结构域、2个位于膜外的N-糖基化位点CHIP28，N-端和C-端所编码的基因有约20%的相同，B环和E环相似度更高且都含有Asp-Pro-Ala的特殊结构（NPA序列）。但当时任未知道此蛋白的具体功能。1993年，PeterAgre又做了爪蟾卵母细胞实验这个实验也证实了之前的猜测，这个蛋白就是水通道。但是依然有人提出质疑：CHIP28并非水通道蛋白本身，可能是调节水通道开闭的蛋白。1994年，为进一步证明CHIP28就是水通道蛋白，排除其为水通道调控蛋白的可能性，他们又做了脂质体实验,最终证明这种蛋白的确为专一性水通道蛋白.此类蛋白质被重新命名为Aquaporin,CHIP28是第1个被鉴定的水通道蛋白，因而称为Aquaporin1，简称AQP1。第5页/共19页水通道蛋白结构第6页/共19页AQP1在细胞膜中以四聚体的形式存在，四聚体复合物的每一个单体在功能上都作为一个独立的水通道。综述第7页/共19页序列分析表明，AQP1单体的结构是由一条肽链组成，其N-末端及C-末端均位于细胞膜的胞质侧。肽链中含有6个串联的疏水跨膜区，这些跨膜区富含螺旋，缺少折叠结构，并且由5条环相连。水通道蛋白嵌于脂质双分子层中，A、C、E环位于胞外区，B、D环位于胞内区。AQP1单体结构第8页/共19页B、E两环含有高度保守的氨基酸序列，其中的天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸序列是大部分水通道蛋白中构成孔道中心的序列，这个特异的序列在三维结构上位于通道的核心，对水分子通过起主要作用。此外，AQP1第189位的半胱氨酸具有特异性结合汞的性质，结合后水通道蛋白丧失通透性。如果将半胱氨酸替换为分子更大的氨基酸，可明显降低水的通透性(189位的半胱氨酸被替换后水通道对Hg不再敏感，这也证明了半胱氨酸的重要作用)。其次，我们也可以通过对氨基酸进行糖基来改变水的通透性。AQP1肽链上第42位氨基酸是丝氨酸，位于A环中间，能够被糖基化修饰(糖基化的AQP1蛋白对水通透性大大减弱。）AQP1单体机理及分布第9页/共19页沙漏模型与水分子通过机理对于水通道蛋白的三维结构及其完成水通透功能的机理的解释存在颇多争议，其中，“沙漏”模型是一种广为接受的解释：连接跨膜区的B、E两环折返穿入脂质双分子层，并且分别与邻近的跨膜区形成半个孔道，彼此对称分布，由此构成一条狭窄的分子通道。第10页/共19页沙漏模型与水分子通过机理左图AQP1的矢状断面示意图揭示了自由水在胞外、胞内前庭的沙漏。此部位就是阻止水分子由组合方式进入，改为由单一的水分子进入宽20的前庭，而孔道只有2.8右图水分子在截面孔隙空间中“填饱”的表示第11页/共19页AQP蛋白家族第12页/共19页在研究AQP1的同时，其他相关蛋白也逐步被研究发现，大约几百种相关的蛋白已被公认为脊椎动物和无脊椎动物、植物，以及单细胞微生物所拥有。他们分为两个子集。第一批称为”古典水通道蛋白，因为他们最初被认为是专属水毛孔。第二种是兼有性的蛋白，因为他们都允许水和甘油的通过。目前，已知的哺乳动物拥有AQP家族蛋白12种。综述第13页/共19页1、AQP1在肾小球疾病肾组织中的表达及结果:应用AQP1单克隆抗体，采用SP方法对肾小球疾病的肾活检组织行进行组织化学染色，检验肾活检组织中AQP1蛋白的表达。结果：AQP1在各型肾小球疾病肾活检组织中肾皮质内的近端小管和髓袢降支细段的细胞顶膜均有表达，肾小球内无表达。第14页/共19页2、应用免疫组织化学方法检测人脑组织中AQP-4的表达。创伤组标本取自28例急性颅脑损伤患者急诊开颅血肿清除时所获挫伤灶周围脑组织AQP-4在急性颅脑损伤早期脑水肿发生中的作用。AQP-4的表达在对照组的脑组织中AQP-4仅见少量表达(图3)第15页/共19页植物体内的水通道蛋白植物水通道蛋白在植物细胞伸长、气孔运动、种子发育、开花繁殖和逆境胁迫等生长发育过程中具有重要作用。与动物和微生物相比，植物AQPs的类型显得更为丰富，并且其转运对象十分广泛，除了运送水分外还转运其他甘油、尿素、CO、砷等种类繁多的物质。植物水通道蛋白分为4大类：质膜内膜蛋白（PIP），液泡膜内膜蛋白（NIP)，膜内在蛋白Noduin-26类似蛋白及内膜蛋白(SIP)AQP在植物体的分布和作用：第16页/共19页常见水通道蛋白及其在人体的分布和作用名称组织分布功能AQP0晶状体囊内纤维细胞膜较弱的水通透性、细胞间黏着AQP1红细胞膜、肾的近端小管、胆管、肺泡和气管、脑脉络丛、眼睛等组织水通透性、细胞迁移AQP2肾集合管受激素调控、增加质膜水通透性AQP3红细胞、肾集合管、气管上皮、分泌腺和皮肤表皮等对水、尿素和甘油都具有通透性AQP4肾集合管、中枢神经系统、气管等水通透性、与神经胶质的迁移以及神经元的兴奋有关AQP5胰腺、泪腺和唾液腺的外分泌部以及眼和肺对水和甘油具有通透性、对一些外分泌腺的分泌起作用AQP6肾间质细胞的包内囊泡对水具有较小通透性、能通透阴离子AQP7脂肪组织、肾脏、睾丸、心脏对水和甘油具有通透性AQP8胰腺腺泡、肝脏及消化道的其它气管水通透性AQP9肝脏、脑部水、甘油通透性AQP10小肠的十二指肠和空空肠水、甘油、尿素通透性AQP11睾丸、肾脏和肝脏水通透性AQP12胰腺腺泡、细胞器水通透性第17页/共19页Thankyou第18页/共19页感感谢您的您的观看！看！第19页/共19页
