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水通道蛋白的发现和研究过程

教学反思：有时让学生熟悉相关的科技发展热点，可以帮助学生理解有关的情境材料，更能解决相关的问题。由于教材的关系，很多学生无法解决2012年北京高考题，因为不熟悉水通道蛋白相关的知识。

（2012年北京高考试题）科学家为了研究蛋白A的功能，选用细胞膜中缺乏此蛋白的非洲爪蟾卵母细胞进行实验，处理及结果见下表。

在低渗溶液中测定卵细胞的 实验组号 Ⅰ Ⅱ

在等渗溶液中进行的处理 水通透速率（cm/s×10-4） 27.9 210.0

向卵母细胞注入微量水（对照） 向卵母细胞注入蛋白A的mRNA

将部分Ⅱ细胞放入含HgCl2的等渗溶

Ⅲ 80.7

液中

将部分Ⅲ细胞放入含试剂M的等渗溶

Ⅳ 188.0

液中

（1）将I组卵母细胞放入低渗溶液后，水分子经自由扩散（渗透）穿过膜的____________进入卵母细胞。

（2）将蛋白A的mRNA注入卵母细胞一定时间后，该mRNA____________的蛋白质进入细胞膜，使细胞在低渗溶液中体积____________。

（3）与II组细胞相比，III组细胞对水的通透性____________，说明HgC12对蛋白A的功能有________作用。比较III、IV组的结果，表明试剂M能够使蛋白A的功能____________。推测HgC12没有改变蛋白A的氨基酸序列，而是破坏了蛋白A的____________。

（4）已知抗利尿激素通过与细胞膜上的____________结合，可促进蛋白A插入肾小管上皮细胞膜中，从而加快肾小管上皮细胞对原尿中水分子的____________。

（5）综合上述结果，可以得出____________的推论。

【答案】（1）磷脂双分子层 （2）翻译 迅速增大 （3）明显降低 抑制 部分恢复 空间结构 （4）受体 重吸收 （5）蛋白A是水通道蛋白

一、水通道蛋白的发现过程

1988年Agre（阿格雷）等在分离纯化红细胞膜上的Rh多肽时，发现了一个28 kD的疏水性跨膜蛋白，称为形成通道的整合膜蛋白28（CHIP28），他们很快分离得到了这种蛋白质，并没出了氨基酸序列，1991年完成了其cDNA克隆，并发现这种蛋白质在吸水能力很强的肾脏和红细胞中含量特别高。

Agre将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中，在低渗溶液中，卵母细胞迅速膨胀，并于5 分钟内破裂，纯化的CHIP28置入脂质体，也会得到同样的结果。

为进一步确定其功能，又将其构于蛋白磷脂体内，通过活化能及渗透系数的测定及后来的抑制剂敏感性等研究，证实其为水通道蛋白。从此确定了细胞膜上存在转运水的特异性通道蛋白，并称CHIP28为Aquaporinl（AQPl）。

细胞的这种吸水膨胀现象会被Hg2+抑制，而这是已知的抑制水通透的处理措施。这一发现揭示了细胞膜上确实存在水通道，Agre因此与离子通道的研究者Roderick MacKinnon（麦金农）共享2003年的诺贝尔化学奖。

二、水通道蛋白的种类及作用

目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种，被命名为水通道蛋白

（AQP），均具有选择性的让水分子通过的特性。在实验植物拟南芥中已发现35个这类水通道。

目前已知哺乳类动物体内的水通道蛋白有十三种，其中六种位于肾脏，但科学家对于其他水通道蛋白的存在仍有疑虑。最受关注的几项水通道蛋白比较如下： 种类 水通道蛋白1 位置 肾脏近端小管曲部（PCT）近端小管直部（PST）亨利氏环下降细端（tDLH）

肾脏

功能 水分再吸收 水通道蛋白2

对抗利尿激素作出重吸收反应

水通道蛋白3 肾脏 水分再吸收 水通道蛋白4 肾脏 水分再吸收 水通道蛋白有研究主要是将来可以研发出与水通道异常引发的疾病。