核技术 第27卷 没有很大的变化 把经过提纯的高浓度的AQP1蛋白质重构在人 Fig 9 Xenopus oocytes microinjected with AQPl mRNA 工合成的脂质膜上,生长成具有对称性的蛋白质晶 swell rapidly when placed in a hypo-osmotic medium( top), contrast to noninjected oocytes(below) 体,应用AFM、电镜、低温电子显微镜等观察它的 在190年前后PAge和他的同事首先发现的微观结构,并且用X射线衔射和定位诱变实验分析 CHP28(即AQP1)这种蛋白质大量存在于哺乳动证实了AQP1的结构(见图10)P。它的结构和所 物的血红细胞和肾小管中,当把AQPl注射到透水有离子通道相似,也是一个四聚体,有四个相同的 性很低 Xenopus卵母细胞的细胞膜上1,经过测试 亚基,每个亚基有6条倾斜的α螺旋,分成两组 发现它的透水性明显增加,在媒质中会逐渐膨胀, 每组3条,有一个环连接着每组中第二和第三条α 甚至胀裂(见图9)。但是这种能力的加强会被Hg2 螺旋,这个环上包含着高度保守的残基和信号基序 削弱。其他实验也显示了这样的特性。含有AQP1 asparagine-proline-alanine(NPA)。这两个环从膜 的膜的透水性比没有AQP1的膜要高约100倍,同不同的表面进入细胞膜,并置在膜中央,它们所包 时这两种水渗透都是由渗透梯度决定,因此,可以含的两个α螺旋形成了侧链 认为AQP1就是一个水通道 Restriction R ug tation Intracellular 图10左图是一个AQP1亚基的结构图,右图为AQP1的隧道结构示意图 水通道是禁止小分子、离子、H3O通过的。在了质子和其他带正电荷的粒子进入。在孔道壁上4 液体中,水分子以氢键结合,在溶液中质子可以快个缩氨酸骨架上的羰基氧原子排成一串,如图11 速在邻近的水分子间交换。为了阻止H3O+的通过,所示的G188、C189、G190和1191,它们在能量上 AQP1形成一种特殊的沙漏型结构(见图10),它有替代了氢键,补偿了水被分离时的能量改变。当水 锥形的细胞外门廊和细胞内门廊,门廊内充满了水,分子继续下落,在要退出隧道进入充满细胞质的门 连接两个门廊的是一个20A的狭窄隧道,在这个隧廊时会和第二串缩氨酸骨架上的羰基氧原子作用。 道中,水分子只能单独行进而不能和其他水分子以这几个与为数不多和水分子发生相互作用的氧原子 氢键相连。隧道最窄的部分在隧道中心以上8A处为水分子快速通过通道做出了贡献。这些预测都被 (在图10中标有 Size restriction处),它的直径只分子动力学所证实。另外,位于隧道中和R195、 有28A,和一个水分子的范德瓦尔斯半径相近。这H180同一水平的特殊残基烃基谷氨酸Cl89(图11) 个隧道面上疏水的残基来自于跨膜α螺旋,隧道的中的氢硫基会和Hg2+结合,从而堵塞了通道,可说 一部分表面来自于α螺旋的苯基丙氨酸F56和侧链明AQP1对于Hg2+的敏感性 的精氨酸R195(它们的位置参看图11),精氨酸提 在隧道一半位置处,两个信号NPA基序通过范 供了一个固定不变的正电荷,这是所有水通道都具德瓦尔斯力形成一个准二重对称的平行排列。由两 有的。在对面的表面上有一个组氨酸分子H180,在个彼此面对的沿孔道排列的短α螺旋形成偶极子 中性PH下,它提供部分正电荷,这也是所有水通(见图10右图),产生部分正电荷包围着NPA基序 道都具有的特点。R95和H180对于大于水分子的上的天冬酰胺酸 asparagine(N76和N192)。可以认 分子起到了尺度限制的作用,固有的正电荷则抵制为水分子和每一个天冬酰胺酸形成短暂的部分氢6 核 技 术 第 27 卷 没有很大的变化 Fig.9 Xenopus oocytes microinjected with AQP1 mRNA swell rapidly when placed in a hypo-osmotic medium (top), in contrast to noninjected oocytes (below) 在 1990 年前后 P. Agre 和他的同事首先发现的 CHIP28（即 AQP1）这种蛋白质大量存在于哺乳动 物的血红细胞和肾小管中，当把 AQP1 注射到透水 性很低Xenopus卵母细胞的细胞膜上[17]，经过测试， 发现它的透水性明显增加，在媒质中会逐渐膨胀， 甚至胀裂（见图 9）。但是这种能力的加强会被 Hg2 + 削弱。其他实验也显示了这样的特性。含有 AQP1 的膜的透水性比没有 AQP1 的膜要高约 100 倍，同 时这两种水渗透都是由渗透梯度决定，因此，可以 认为 AQP1 就是一个水通道。 把经过提纯的高浓度的 AQP1 蛋白质重构在人 工合成的脂质膜上，生长成具有对称性的蛋白质晶 体，应用 AFM、电镜、低温电子显微镜等观察它的 微观结构，并且用 X 射线衍射和定位诱变实验分析 证实了 AQP1 的结构（见图 10）[2]。它的结构和所 有离子通道相似，也是一个四聚体，有四个相同的 亚基，每个亚基有 6 条倾斜的 螺旋，分成两组， 每组 3 条，有一个环连接着每组中第二和第三条 螺旋，这个环上包含着高度保守的残基和信号基序 asparagine-proline-alanine（NPA）。这两个环从膜 不同的表面进入细胞膜，并置在膜中央，它们所包 含的两个螺旋形成了侧链。 图 10 左图是一个 AQP1 亚基的结构图，右图为 AQP1 的隧道结构示意图 Fig.10 Structure of AQP1 subunit (right) and schematic of water transport (left) 水通道是禁止小分子、离子、H3O+通过的。在 液体中，水分子以氢键结合，在溶液中质子可以快 速在邻近的水分子间交换。为了阻止 H3O+的通过， AQP1 形成一种特殊的沙漏型结构（见图 10），它有 锥形的细胞外门廊和细胞内门廊，门廊内充满了水， 连接两个门廊的是一个 20 Å 的狭窄隧道，在这个隧 道中，水分子只能单独行进而不能和其他水分子以 氢键相连。隧道最窄的部分在隧道中心以上 8 Å 处 （在图 10 中标有 Size restriction 处），它的直径只 有 2.8 Å，和一个水分子的范德瓦尔斯半径相近。这 个隧道面上疏水的残基来自于跨膜 螺旋，隧道的 一部分表面来自于螺旋的苯基丙氨酸 F56 和侧链 的精氨酸 R195（它们的位置参看图 11），精氨酸提 供了一个固定不变的正电荷，这是所有水通道都具 有的。在对面的表面上有一个组氨酸分子 H180，在 中性 PH 下，它提供部分正电荷，这也是所有水通 道都具有的特点。R195 和 H180 对于大于水分子的 分子起到了尺度限制的作用，固有的正电荷则抵制 了质子和其他带正电荷的粒子进入。在孔道壁上 4 个缩氨酸骨架上的羰基氧原子排成一串，如图 11 所示的 G188、C189、G190 和 I191，它们在能量上 替代了氢键，补偿了水被分离时的能量改变。当水 分子继续下落，在要退出隧道进入充满细胞质的门 廊时会和第二串缩氨酸骨架上的羰基氧原子作用。 这几个与为数不多和水分子发生相互作用的氧原子 为水分子快速通过通道做出了贡献。这些预测都被 分子动力学所证实。另外，位于隧道中和 R195、 H180 同一水平的特殊残基烃基谷氨酸 C189（图 11） 中的氢硫基会和 Hg2 +结合，从而堵塞了通道，可说 明 AQP1 对于 Hg2 +的敏感性。 在隧道一半位置处，两个信号 NPA 基序通过范 德瓦尔斯力形成一个准二重对称的平行排列。由两 个彼此面对的沿孔道排列的短 螺旋形成偶极子 (见图 10 右图)，产生部分正电荷包围着 NPA 基序 上的天冬酰胺酸 asparagine (N76 和 N192)。可以认 为水分子和每一个天冬酰胺酸形成短暂的部分氢