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生命系统约70%由水组成，所有生物都需要水进出细胞。科学家很早就知道水分子除了能够以简单扩散的手段通过细胞膜以外，还应该存在其他的机制，因为许多细胞对水的通透性的掌控要比简单扩散能达到的程度高得多，而且如果水仅仅通过被动扩散机制进出细胞，那么渗透压很容易导致细胞破裂或者细胞脱水（取决于细胞膜内外的盐浓度）！但这种机制究竟是什么却一直悬而未决，直到约翰·霍普金斯大学的Peter Agre在细胞膜上发现了水通道蛋白（aquaporin，AQP）。 水通道蛋白发现的故事再次验证了“运气只会眷顾那些有准备的人”这句至理名言。 在20世纪80年代中期，Agre及其同事在红细胞膜上寻找作为Rh-因子（Rh-factor）一部分的蛋白质，偶然得到一种含量丰富、非常小的蛋白质“不速之客”。他们很快分离到这种蛋白质，并将它命名为CHIP28（28表示它的大小是28×103），而且发现它也存在于肾脏细胞等细胞膜上。很快，他们用了不到一年的时间测定出它的氨基酸序列并克隆到它的cDNA。考虑到这种蛋白质也存在于与水代谢密切相关的肾细胞的细胞膜上，于是他们就想：也许它就是组成水通道的蛋白质！ 为了证明这种推测，他们构建了CHIP28表达质粒，随后，把构建好的质粒显微注射到非洲爪蟾（Xenopus Laevis）的卵里进行表达。当他们将含有CHIP28表达质粒的卵放到低渗介质中以后，发现细胞迅速发生膨胀，而没有CHIP28表达质粒的卵形状没有变化。此外，他们还将CHIP28重组到脂质体上，结果也发现这种人造细胞也能够从低渗溶液中吸水膨胀。 当他们将Hg2+与CHIP28混在一起的时候，发现Hg2+能使CHIP28失活，这种结果解释了Hg2+能够阻止水的跨膜运输这个很早就为人所知的现象，综合以上的实验结果，可以毫不怀疑地认为，他们发现的CHIP28就是水通道蛋白。 2000年，Agre和其他的几位科学家得到了他们最先在红细胞上发现的水通道蛋白（现在被称为水通道蛋白-1）的三维结构。水通道的三维结构清楚地表明，其肽链两个部分形成的半孔（hemipore）组装成了一个允许水分子通过的通道。 水通道的发现迎来了对这种存在于各种生物的蛋白质进行生化、生理学和遗传学研究的黄金时代，对于它的研究可以更好地揭示生命现象，使科学家能够研发出一些治疗因水通道异常而引发的疾病。Agre因此荣获2003年的诺贝尔化学奖。 |
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