水对生命的意义生命现象与水脱不了关系。与生命有关的一切生理、生化反应，都是在水底发生的。当细胞以单层磷脂类组成的细胞膜隔出内外，阻绝了水与离子的通透，怎么维持细胞膜内外渗透压的平衡，就显得十分重要了。假如细胞里的水太多（或离子含量太低），细胞会被撑破，如果细胞里的水太少（或离子含量太高），细胞会显得枯黄，生化反应难以顺畅进行。水的跨膜转运具有重要的生物学和生理学意义肾对渗透压和水代谢的调节；肠胃道、呼吸道和生殖道上皮细胞液体的分泌和吸收；脑脊液的产生；胃液的分泌.在参与上述过程细胞的细胞膜上都有水通道的抒发。水通道蛋白的发觉使人们重新认识水转动的生理和病理生理过程。水通道是最重要的一种细胞膜通道。发觉史1920年代曾经,人们觉得水份子以扩散机理通过细胞膜,但水凭着扩散方法通过细胞膜的通量很低以及活化能很高,无法解释水份子以很快的速率大量通过细胞膜的现象。1950年代，人们发觉水份子可以很快地通过选择性通道步入红细胞，而其他溶质分子和离子则不能通过红细胞膜。随后三六年研究表明，细胞膜上的水通道是一种具有高度选择性的过滤器，在渗透梯度的驱动下，容许水份子通过，而质子则不能通过。1988年，阿格雷从红细胞和肾小管中分离出一种功能为治的新的膜蛋白---（AQP1）。
1991年，经过N2段肽链测序和整个cDNA序列测定获得了蛋白质的多肽序列结构，否认了这就是始终寻求的水通道。阿格雷与他的合作者用高分辨成像技术研究AQP水通道膜蛋白，并在2000年公布了世界第一张帧率为0.38纳米的高清晰度立体结布光。54岁的物理奖得主彼得·阿格雷。１９４９年生于法国阿拉巴马州小城诺斯菲尔德，１９７４年在芝加哥约翰斯·霍普金斯学院博士，现为该医大学获医学大学生物物理院士和医学院长。Agre关于AQP蛋白组的意外发觉是水通道的研究经历了一场革命，而且为生理学和医学的重要领域奠定了坚实的生物物理基础。诺贝尔物理奖评比委员会对此的评价是：水通道的发觉，开启了真菌、植物和喂奶植物水通道的生物物理、生理学和遗传学研究之门，具有重大的科学意义。水孔蛋白（AQP）一、概述AQP是特异性跨膜转运水的蛋白家族，属主体内在蛋白家族，能明显降低细胞膜水的私密性，参与水的分泌、吸收及细胞内外水的平衡。迄今为止，已在真菌、酵母、植物、昆虫和腰部植物中发觉起码50余种水通道。它的种类好多，仅人体就有11种，而动物的水通道蛋白质数目更多。二、结构特点（一）基因结构AQP家族由一个基因组进化而至，典型的AQP基因结构富含一个较大的外显子编码AQP的甲基端半侧分子和四个较小的外显子编码AQP的甲基端半侧分子。
AQP是一种糖蛋白细胞膜通道，分子量28KD。（二）分子结构AQP家族的基本结构是一个单肽链，富含6个跨膜区域及5个环，B、D环及甲基、氨基末端均在细胞内，A、C、E环定位于质膜两侧。B、E环明显疏水，A环有N-联接糖基化部位。整个分子为两个重复部份，在序列上是相在膜上特此呈180%;中心对称排列，水通道的这些结构似乎可以解释其在水的吸收与分泌两个运动方向上所起的作用。（二）分子结构B、E环富含Asn-Pro-Ala(NPA)重复串连序列，这是该蛋白家族成员所共同具有的、高度同源的特点性序列E、B环的任何变异就会导致水通道活性的增长。每一个AQP甲基端结构及其相像，而胺基端结构各有特征，甲基端结构决定了AQP功能的共性，而胺基端结构构成了各成员功能的特异性。（二）分子结构AQP1的E环第189位半胱谷氨酸是汞抑制位点，汞离子和有机汞可以通过与C—189结合而堵塞或破坏这个孔。编码AQP4的基因富含一个额外的外显子，外显子与其它AQP没有同源性，AQP4在E环第189位上无半胱谷氨酸，对汞不敏感，又称汞不敏感水通道蛋白。在抑制的十一种AQP中，只有AQP4和AQP7对汞不敏感，对AQP9是否对汞敏感持不同意见。
（二）分子结构AQP2、AQP4、AQP5的B环上富含蛋白激酶A乙酸化同源次序，现觉得乙酸化与AQP的运输和门控有关。AQP9的B换上有蛋白激酶C乙酸化位点。AQP的活性调节可能存在不同的机制。（三）晶体结构AQP在细胞膜中以四聚体方式存在，每一个单体都是一个独立的功能性水通道。水通道是由4个对称排列的圆筒状亚基包绕而成的四聚体，已证明这4个亚基作为水通道的作用都是独立的，但四聚体的结构对于维持单个亚基的位置是重要的。借助高帧率电镜，人们估算出AQP1晶体的三维结构为沙漏（）模式：分别坐落细胞内外的B、E环向下及向下行，使NPA在浆膜处析叠产生一个单水孔道。这一结构模型已被最新的电子晶体学所提供的质膜平面图所否认。图1AQP1的“砂漏”()模型（三）晶体结布光3AQP1的分子模型示意图(胞外俯瞰图)[2](a)AQP1单体;(b)AQP1四聚体。三、水的转运（一）转运形式AQP所介导的水转运形式与水穿越膜脂类单层的简单扩散方法不同:后者介导的水转运是水通过水通道沿渗透梯度由低渗向高渗区的联通,水通过质膜时存在较高的渗透水通透系数,较低的活化能,在生理情况下,水通道基本上处于激活状态,水经水通道向高渗方向的转运,通常不须要“门控”或其它调节,例如AQP不受质膜分子组成及湿度等的影响;而简单扩散过程甚慢,活化能高,与质膜的成份、温度等有关。
为何它只让水份子通过，却不容许其他离子或分子通过？或则为何就连水份子与氢离子产生的水和质子（H3O+）也未能从中通过呢？（二）转运机理细胞膜通道有一个很重要的特点，就是具有选择性，而AQP的形状，正是它只能让水份子通过的诱因。水份子成单一纵列步入弯曲窄小的通道细胞膜通道，通道中的极性与偶竭力会帮助水份子旋转，以适当的角度通过窄小的通道，而通道中有一个带正电的区域，会敌视带正电的粒子，便可以防止水和质子的通过。（二）转运机理水的输送跨膜与电负性的破坏有关,HB和HE两个螺旋以及相邻的NPA上的Asn残基对于水的输送过膜起着关键性的作用。因为AQP1孔螺旋的偶极距形成的正静电场吸引接近膜中心的水份子的氧,使之紧靠NPA基序。AQP1孔在膜中心缩紧,在膜的外侧表面伸开。这样的结构提供了一个高的介电障碍层以敌视离子,而同时容许中性溶质通过。(a)螺旋的正电荷极性部份约束通过通道的水份子的取向,使质子不能通过;（二）转运机理因为与NPA之间的作用,孔螺旋HB和HE被保留在膜的中间;在苯环NH官能团和NPA基序的Asn甲基之间存在的构象作用结束于短孔螺旋的N端。这就造成Asn76和192被定位伸向孔中。
水分子中的氧与多肽羧基产生构象,而取代互相之间产生的构象。依据分子轨道排布,两个氢原子与孔的轴心垂直。在水的单列队中,这个水份子难以与相邻的水份子产生构象;同时因为孔内是疏水的,水份子也未能与孔壁产生构象,此时水份子过膜的能垒最低。而质子未能与大量水产生构象,未能被输送过膜。(b)和(c)为水份子与通道的Asn76和产生的构象示意图。（三）分类AQP的主要功能是选择性转运水。按照AQP对水和其它溶质的私密性,将AQP家族分为两类：一类为对水有高度选择私密性,即除水之外,不转运其它小分子溶质,它们是:AQP0、AQP1、AQP2、AQP4、AQP5、AQP6、AQP8;另一类为对水有相对选择私密性,即对水和其它小分子溶质均有私密性,它们是:AQP3、AQP7、AQP9,其中,AQP3和AQP7对水、尿素和甘油均有较高私密性,但AQP9仅对水和尿素有私密性。四、分布及功能AQP0（MIP26）主要抒发在眼巩膜，其基因变异可造成干眼症。AQP1（）分布非常广泛，在肾、肺、眼、血管、生殖道、消化道等上皮都有抒发。AQP2只局限于肾集合管主细胞内，并受血管加压素的调节。
AQP3在肾等多种组织有抒发，其特征是除了才能转运水，也能转运甘油。AQP4主要抒发在脑，但在肾及呼吸道等多种组织亦有抒发。AQP5只见于唾液腺、泪腺等胃壁组织。AQP6其水通道活性类似AQP0，但选择性抒发在肾。AQP7和AQP8主要见于肛门中处于不同生长阶段的卵子细胞中。AQP9见于人外周血白细胞、肝脏、肺脏和肝脏等，但未见于胸腺。四、分布及功能AQP2(又称rin,AQP-CD)是1993年被克隆确认的水通道蛋白(,AQP)家族中的一种,坐落肾集合管主细胞胃壁侧和紧靠胃壁侧的囊泡内,是加压素()依赖性水通道.调节方法分为短期调节和常年调节两种,其调控机制的异常与先天性尿崩症、继发性尿崩症、中枢性尿崩症以及其它一些容易发生细胞外液降低的病症有关.四、分布及功能颅骨外伤、脑中风、脑病变、颅内感染以及各类缘由所致呼吸、心跳骤停均可伴有脑肿胀的发生，严重者可殃及生命，水通道蛋白—4（AQP4）作为主要在脑组织中抒发的水通道蛋白，其着调节脑内水转运的重要功能，参与脑肿胀的病理生理过程，调节水通道蛋白—4抒发水平可能为减少各种中枢神经系统损伤头顶肿胀提供新的医治途径。
四、分布及功能动物水孔蛋白在植物体内产生水选择性运输通道,在植物种子萌发、细胞伸长、气孔运动、受精等过程中调节水份的快速跨膜运输.有些水孔蛋白还在动物逆境应答中起着重要作用,因而研究水孔蛋白与动物抗旱性的关系导致了广泛关注.对水孔蛋白的发觉、结构、分类、分布、调控及研究方式等方面进行了综述.四、分布及功能.近些年来,AQPs在细胞转运水和冷藏保护剂中的作用受到关注,AQPs能提升个别细胞和组织的冻融存活率,在高温保存中具有一定的应用前景.四、分布及功能同一细胞可以存在多种AQP,如AQP3、AQP5、AQP8同时存在于神经元,AQP3、AQP4、AQP5、AQP8、AQP9同时存在于星形胶质细胞,但是一种AQP可同时坐落两种细胞。