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过去人们一度认为水分子在脂双层间穿梭自如，却难以解释某些情境下生物膜极高或极低的透水性。迷雾于1988年才得以揭开。美国科学家阿格雷成功将水分蛋白分离出来，并将2003年诺贝尔化学奖授予美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农，以表彰他们在细胞膜通道方面做出的开创性贡献。诺贝尔化学奖评选委员会主席本特·努丁在新闻发布会上说，阿格雷得奖是由于发现了细胞膜水通道，而麦金农的贡献主要是在细胞膜离子通道的结构和机理研究方面。他们的发现阐明了盐分和水如何进出组成活体的细胞。比如，肾脏怎么从原尿中重新吸收水分，以及电信号怎么在细胞中产生并传递等等，这对人类探索肾脏、心脏、肌肉和神经系统等方面的诸多疾病具有极其重要的意义。诺贝尔科学奖通常颁发给年龄较大的科学家，获奖成果都经过几十年的检验。但阿格雷只有54岁，而麦金农才47岁。他们的成果也比较新：麦金农的发现产生于5年前；阿格雷的工作于1988年完成。这在诺贝尔科学奖历史上是比较罕见的。2003年诺贝尔化学奖及生理学或医学奖的结果都显示出了当代科学跨领域研究的趋势。离子通道是另一种类型的细胞膜通道，神经系统和肌肉等方面的疾病与之有关，它还能产生电信号，在神经系统中传递信息。但由于科学家一直不能弄清楚它的结构，进一步的研究无法展开。而麦金农在1998年测出了钾通道的立体结构，“震惊了所有的研究团体”。由于他的发现，人们可以“看见”离子如何通过由不同细胞信号控制开关的通道。那么什么是通道蛋白呢？动物细胞膜和植物细胞的原生质层都相当于一层半透膜，细胞通过渗透作用吸水和失水。水分子的这种跨膜扩散是从其相对含量高的一侧向低侧进行的，相对含量梯度为扩散提供了动力。向水分子这样物质以扩散方式进出细胞，不需要消耗细胞内化学反应所释放的能量。这种物质跨膜运输方式称为被动运输。而被动运输又分为自由扩散和协助扩散两类。自由扩散的氧和二氧化碳等一些小分子很容易自由穿过细胞膜的磷脂双分子层。我们吸入氧气，氧气一路顺浓度梯度扩散剂组织细胞，细胞呼吸产生二氧化碳，二氧化碳一路顺浓度梯度扩散入肺泡。由于相似相容原理，脂溶性的小分子有机物，比如乙醇、甘油、脂肪酸、性激素等也比较容易扩散进出细胞。像这样物质通过简单的扩散作用进出细胞的方式叫做自由扩散，也称为简单扩散。协助扩散离子和一些小分子有机物，如葡萄糖、氨基酸等不能自由地通过细胞膜，是依赖于镶嵌在膜上的一些特殊蛋白质，这些蛋白质能协助他们顺浓度梯度进行跨膜运输，称为转运蛋白。像这样借助膜上的转运蛋白进出细胞的物质扩散方式叫做协助扩散，也叫易化扩散。转运蛋白有两种类型，载体蛋白和通道蛋白。它们对溶质的转运机制有所不同，但都具有特异性。载体蛋白比如葡萄糖载体，只允许与自身结合部位相适应的分子或离子通过，就如同载客的船只需要开仓闭仓一样。载体蛋白在每次转运时都会发生自身构象的改变。而通道蛋白比如，钾离子通道只允许与自身通道的直径和形状相适配、大小和电荷相适宜的分子或离子通过这个。这个过程就好像玩挡板游戏一样，相应的分子或离子通过通道蛋白时，不需要与通道蛋白结合。关于水分子的跨膜运输，它既可以是自由扩散，也可以借助细胞膜上的水通道蛋白进行协助扩散。新的研究表明协助扩散至水分子进出细胞的主要方式，自由扩散与协助扩散之所以属于被动运输，是因为他们有一个共同点，即物质都是顺浓度梯度进行跨膜运输的，不需要消耗细胞内化学反应产生的能量。膜内外物质的浓度梯度一方面为物质运输提供动力，另一方面，浓度梯度的大小直接影响着物质运输的速率。协助扩散依赖着转运蛋白的协助，因而某些物质的运输速率还与转运蛋白的数量有关。继2003年诺奖颁布之后，丹麦一家公司创造出了水通道蛋白膜净水技术。该技术被NASA国际空间站率先用于太空净水器，成为净水领域的一匹黑马。这正印证了诺贝尔奖章背面那句：新的发现使生命更美好。
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