科学前沿　授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究.pptx

科学前沿授予诺贝尔化学奖的通道蛋白研究,安徽省桐城中学裴健,水分子跨膜运输的方式？,水通道蛋白介导的协助扩散,自由扩散,一.水通道蛋白,在发现水通道蛋白以前，人们一直认为自由扩散水分子透过质膜的唯一方式。但是人们早就发现，肾近端小管,集合管具有强烈的吸水功能，平均每天吸收水分大约150L;血液中的红细胞在低于0.45%的NaCI低渗溶液中会快速吸水膨胀破裂。如果仅通过简单扩散，细胞吸收水分不可能如此快捷。,1.水通道蛋白的发现历史1987年，美国血液病学家Agre分离纯化人Rh血型红细胞时发现一种28x106的蛋白，这种在红细胞以及肾近端小管中该蛋白含量非常丰富，当时被称为被称为CHIP28。,2.水通道蛋白的结构（以AQP1的结构为例）,2.1一级结构,水通道蛋白的一级结构是由两个同向重复部分组成的单肽链。各自拥有的天冬酰胺一脯氨酸一丙氨酸(Asn-Pro-Ala,NPA)序列(图1)，为水通道家族的高度保守序列，这两个NPA高度保守位点是水通道蛋白通透水分子的结构基础。,2.2二级结构,水通道蛋白的二级结构含6个跨膜结构域(图2中的6个灰色柱体),6个跨膜结构域之间由5个环形结构相连(图2中LoopA一E)，其中B环和D环位于细胞膜内侧，A环、C环和E环则位于细胞膜外侧。B环和E环含有NPA的部分，形成三级结构时向脂质双分子层中折叠。所以，其显著疏水;A环、C环和D环则为亲水环。,2.3三级结构,水通道蛋白的三级结构是Jung等人提出的“沙漏”模型图，由二级结构形成对称的跨膜通道结构，6个跨膜区域倾斜排列，2个含有NPA序列的半环在折叠中形成一个可以运输水分子的孔道圈。,2.4四级结构,水通道蛋白的四级结构大部分以四聚体的形式存在，由4个亚基组成，每个亚基都由6个跨膜螺旋组成。每个水孔蛋白亚基单独形成一个供水分子运动的中央孔，孔的直径稍大于水分子的直径，约0.28nm。水分子经过AQP时会形成单一纵列，进入弯曲狭窄的通道内，内部的偶极力与极性会帮助水分子旋转，以适当角度穿越狭窄的通道，,3.谈谈抗利尿激素和水通道蛋白的关系,ADH对肾集合管主细胞管腔膜AQP2水通道蛋白数量的调节及其细胞内机制（1）ADH：抗利尿激素;（2）G蛋白：GTP结合蛋白Gs;（3）AC：腺苷环化酶;ATP：三磷酸腺苷;cAMP：环腺苷酸;（4）AQP2：水通道蛋自,离子跨膜运输的方式？,主动运输,离子通道蛋白介导的协助扩散,二.离子通道蛋白,a、选择性：指一种通道优先让某种离子通过，而另一些离子则不容易通过该种通道的特性。例如钠通道开放时，钠离子可通过，而钾离子则不能通过。b、开关性：离子通道存在两种状态，即开放和关闭状态。多数情况时，离子通道是关闭的，只在一定的条件下开放。通道由关闭状态转为开放的过程称为激活，由开放转为关闭状态的过程称为失活。通道的开放与激活过程有一定的速率，通常很快，以毫秒（ms)计算。,1.离子通道有两个显著的特征:,2.离子通道的分类,电压门控性:又称电压依赖性或电压敏感性离子通道：因膜电位变化而开启和关闭，以最容易通过的离子命名,如钾、钠、钙、氯通道四种主要类型，各型又分若干亚型。,阶段代表静息状态时，只有非门控K+通道开放，K+通透性远大于Na+通透性。阶段代表外界刺激导致膜去极化至阈电位，使电压门控Na+通道激活开放，Na+通透性超过K+通透性，发生快速的去极化与反极化。阶段电压门控Na+通道失活，电压门控K+通道激活，K+通透性超过Na+通透性，此时即复极化时期。阶段电压门控K+通道关闭，电压门控Na+通道恢复到备用状态，离子通透性恢复到与阶段相同。,配体门控性(化学门控性)离子通道实际上是离子通道型受体，这类通道在其细胞内或外的特定配体（ligand）与膜受体结合时发生反应,引起门通道蛋白的一种成分发生构型变化,结果使“门”打开。因此这类通道被称为配体-门控通道，它分为细胞内配体和细胞外配体两种类型。,X,Y,Z各是什么通道？,机械门控性(压力激活型)又称机械敏感性离子通道：是一类感受细胞膜表面应力变化，实现胞外机械信号向胞内转导的通道，高中阶段没有涉及到，在此就不再赘述了。,三.载体和通道蛋白的区别,1.相同点化学本质均为蛋白质，分布均在细胞的膜结构中，都有控制特定物质跨膜运输的功能，对被运输的物质具有高度的特异性或选择性。,2.不同点（1）通道蛋白参与的只是被动运输(协助扩散)，在运输过程中并不与被运输的分子或离子相结合，也不会移动，并且是从高浓度向低浓度运输，所以运输时不消耗能量。,（2）载体蛋白参与的有主动运输和协助扩散，在运输过程中与相应的分子特异性结合，自身的构型会发生变化，并且会移动。在主动运输过程中被运输物质由低浓度侧向高浓度侧移动，需要消耗代谢能量;在协助扩散过程中，由高浓度侧向低浓度侧运动，不消耗代谢能量（3）通道蛋白