水對生命的意義生命現象與水脫不了關系。與生命有關的一切生理、生化反應，都是在水底發生的。當細胞以單層磷脂類組成的細胞膜隔出內外，阻絕了水與離子的通透，怎么維持細胞膜內外滲透壓的平衡，就顯得十分重要了。假如細胞里的水太多（或離子含量太低），細胞會被撐破，如果細胞里的水太少（或離子含量太高），細胞會顯得枯黃，生化反應難以順暢進行。水的跨膜轉運具有重要的生物學和生理學意義腎對滲透壓和水代謝的調節；腸胃道、呼吸道和生殖道上皮細胞液體的分泌和吸收；腦脊液的產生；胃液的分泌.在參與上述過程細胞的細胞膜上都有水通道的抒發。水通道蛋白的發覺使人們重新認識水轉動的生理和病理生理過程。水通道是最重要的一種細胞膜通道。發覺史1920年代曾經,人們覺得水份子以擴散機理通過細胞膜,但水憑著擴散方法通過細胞膜的通量很低以及活化能很高,無法解釋水份子以很快的速率大量通過細胞膜的現象。1950年代，人們發覺水份子可以很快地通過選擇性通道步入紅細胞，而其他溶質分子和離子則不能通過紅細胞膜。隨后三六年研究表明，細胞膜上的水通道是一種具有高度選擇性的過濾器，在滲透梯度的驅動下，容許水份子通過，而質子則不能通過。1988年，阿格雷從紅細胞和腎小管中分離出一種功能為治的新的膜蛋白---（AQP1）。
1991年，經過N2段肽鏈測序和整個cDNA序列測定獲得了蛋白質的多肽序列結構，否認了這就是始終尋求的水通道。阿格雷與他的合作者用高分辨成像技術研究AQP水通道膜蛋白，并在2000年公布了世界第一張幀率為0.38納米的高清晰度立體結布光。54歲的物理獎得主彼得·阿格雷。１９４９年生于法國阿拉巴馬州小城諾斯菲爾德，１９７４年在芝加哥約翰斯·霍普金斯學院博士，現為該醫大學獲醫學大學生物物理院士和醫學院長。Agre關于AQP蛋白組的意外發覺是水通道的研究經歷了一場革命，而且為生理學和醫學的重要領域奠定了堅實的生物物理基礎。諾貝爾物理獎評比委員會對此的評價是：水通道的發覺，開啟了真菌、植物和喂奶植物水通道的生物物理、生理學和遺傳學研究之門，具有重大的科學意義。水孔蛋白（AQP）一、概述AQP是特異性跨膜轉運水的蛋白家族，屬主體內在蛋白家族，能明顯降低細胞膜水的私密性，參與水的分泌、吸收及細胞內外水的平衡。迄今為止，已在真菌、酵母、植物、昆蟲和腰部植物中發覺起碼50余種水通道。它的種類好多，僅人體就有11種，而動物的水通道蛋白質數目更多。二、結構特點（一）基因結構AQP家族由一個基因組進化而至，典型的AQP基因結構富含一個較大的外顯子編碼AQP的甲基端半側分子和四個較小的外顯子編碼AQP的甲基端半側分子。
AQP是一種糖蛋白細胞膜通道，分子量28KD。（二）分子結構AQP家族的基本結構是一個單肽鏈，富含6個跨膜區域及5個環，B、D環及甲基、氨基末端均在細胞內，A、C、E環定位于質膜兩側。B、E環明顯疏水，A環有N-聯接糖基化部位。整個分子為兩個重復部份，在序列上是相在膜上特此呈180%;中心對稱排列，水通道的這些結構似乎可以解釋其在水的吸收與分泌兩個運動方向上所起的作用。（二）分子結構B、E環富含Asn-Pro-Ala(NPA)重復串連序列，這是該蛋白家族成員所共同具有的、高度同源的特點性序列E、B環的任何變異就會導致水通道活性的增長。每一個AQP甲基端結構及其相像，而胺基端結構各有特征，甲基端結構決定了AQP功能的共性，而胺基端結構構成了各成員功能的特異性。（二）分子結構AQP1的E環第189位半胱谷氨酸是汞抑制位點，汞離子和有機汞可以通過與C—189結合而堵塞或破壞這個孔。編碼AQP4的基因富含一個額外的外顯子，外顯子與其它AQP沒有同源性，AQP4在E環第189位上無半胱谷氨酸，對汞不敏感，又稱汞不敏感水通道蛋白。在抑制的十一種AQP中，只有AQP4和AQP7對汞不敏感，對AQP9是否對汞敏感持不同意見。
（二）分子結構AQP2、AQP4、AQP5的B環上富含蛋白激酶A乙酸化同源次序，現覺得乙酸化與AQP的運輸和門控有關。AQP9的B換上有蛋白激酶C乙酸化位點。AQP的活性調節可能存在不同的機制。（三）晶體結構AQP在細胞膜中以四聚體方式存在，每一個單體都是一個獨立的功能性水通道。水通道是由4個對稱排列的圓筒狀亞基包繞而成的四聚體，已證明這4個亞基作為水通道的作用都是獨立的，但四聚體的結構對于維持單個亞基的位置是重要的。借助高幀率電鏡，人們估算出AQP1晶體的三維結構為沙漏（）模式：分別坐落細胞內外的B、E環向下及向下行，使NPA在漿膜處析疊產生一個單水孔道。這一結構模型已被最新的電子晶體學所提供的質膜平面圖所否認。圖1AQP1的“砂漏”()模型（三）晶體結布光3AQP1的分子模型示意圖(胞外俯瞰圖)[2](a)AQP1單體;(b)AQP1四聚體。三、水的轉運（一）轉運形式AQP所介導的水轉運形式與水穿越膜脂類單層的簡單擴散方法不同:后者介導的水轉運是水通過水通道沿滲透梯度由低滲向高滲區的聯通,水通過質膜時存在較高的滲透水通透系數,較低的活化能,在生理情況下,水通道基本上處于激活狀態,水經水通道向高滲方向的轉運,通常不須要“門控”或其它調節,例如AQP不受質膜分子組成及濕度等的影響;而簡單擴散過程甚慢,活化能高,與質膜的成份、溫度等有關。
為何它只讓水份子通過，卻不容許其他離子或分子通過？或則為何就連水份子與氫離子產生的水和質子（H3O+）也未能從中通過呢？（二）轉運機理細胞膜通道有一個很重要的特點，就是具有選擇性，而AQP的形狀，正是它只能讓水份子通過的誘因。水份子成單一縱列步入彎曲窄小的通道細胞膜通道，通道中的極性與偶竭力會幫助水份子旋轉，以適當的角度通過窄小的通道，而通道中有一個帶正電的區域，會敵視帶正電的粒子，便可以防止水和質子的通過。（二）轉運機理水的輸送跨膜與電負性的破壞有關,HB和HE兩個螺旋以及相鄰的NPA上的Asn殘基對于水的輸送過膜起著關鍵性的作用。因為AQP1孔螺旋的偶極距形成的正靜電場吸引接近膜中心的水份子的氧,使之緊靠NPA基序。AQP1孔在膜中心縮緊,在膜的外側表面伸開。這樣的結構提供了一個高的介電障礙層以敵視離子,而同時容許中性溶質通過。(a)螺旋的正電荷極性部份約束通過通道的水份子的取向,使質子不能通過;（二）轉運機理因為與NPA之間的作用,孔螺旋HB和HE被保留在膜的中間;在苯環NH官能團和NPA基序的Asn甲基之間存在的構象作用結束于短孔螺旋的N端。這就造成Asn76和192被定位伸向孔中。
水分子中的氧與多肽羧基產生構象,而取代互相之間產生的構象。依據分子軌道排布,兩個氫原子與孔的軸心垂直。在水的單列隊中,這個水份子難以與相鄰的水份子產生構象;同時因為孔內是疏水的,水份子也未能與孔壁產生構象,此時水份子過膜的能壘最低。而質子未能與大量水產生構象,未能被輸送過膜。(b)和(c)為水份子與通道的Asn76和產生的構象示意圖。（三）分類AQP的主要功能是選擇性轉運水。按照AQP對水和其它溶質的私密性,將AQP家族分為兩類：一類為對水有高度選擇私密性,即除水之外,不轉運其它小分子溶質,它們是:AQP0、AQP1、AQP2、AQP4、AQP5、AQP6、AQP8;另一類為對水有相對選擇私密性,即對水和其它小分子溶質均有私密性,它們是:AQP3、AQP7、AQP9,其中,AQP3和AQP7對水、尿素和甘油均有較高私密性,但AQP9僅對水和尿素有私密性。四、分布及功能AQP0（MIP26）主要抒發在眼鞏膜，其基因變異可造成干眼癥。AQP1（）分布非常廣泛，在腎、肺、眼、血管、生殖道、消化道等上皮都有抒發。AQP2只局限于腎集合管主細胞內，并受血管加壓素的調節。
AQP3在腎等多種組織有抒發，其特征是除了才能轉運水，也能轉運甘油。AQP4主要抒發在腦，但在腎及呼吸道等多種組織亦有抒發。AQP5只見于唾液腺、淚腺等胃壁組織。AQP6其水通道活性類似AQP0，但選擇性抒發在腎。AQP7和AQP8主要見于肛門中處于不同生長階段的卵子細胞中。AQP9見于人外周血白細胞、肝臟、肺臟和肝臟等，但未見于胸腺。四、分布及功能AQP2(又稱rin,AQP-CD)是1993年被克隆確認的水通道蛋白(,AQP)家族中的一種,坐落腎集合管主細胞胃壁側和緊靠胃壁側的囊泡內,是加壓素()依賴性水通道.調節方法分為短期調節和常年調節兩種,其調控機制的異常與先天性尿崩癥、繼發性尿崩癥、中樞性尿崩癥以及其它一些容易發生細胞外液降低的病癥有關.四、分布及功能顱骨外傷、腦中風、腦病變、顱內感染以及各類緣由所致呼吸、心跳驟停均可伴有腦腫脹的發生，嚴重者可殃及生命，水通道蛋白—4（AQP4）作為主要在腦組織中抒發的水通道蛋白，其著調節腦內水轉運的重要功能，參與腦腫脹的病理生理過程，調節水通道蛋白—4抒發水平可能為減少各種中樞神經系統損傷頭頂腫脹提供新的醫治途徑。
四、分布及功能動物水孔蛋白在植物體內產生水選擇性運輸通道,在植物種子萌發、細胞伸長、氣孔運動、受精等過程中調節水份的快速跨膜運輸.有些水孔蛋白還在動物逆境應答中起著重要作用,因而研究水孔蛋白與動物抗旱性的關系導致了廣泛關注.對水孔蛋白的發覺、結構、分類、分布、調控及研究方式等方面進行了綜述.四、分布及功能.近些年來,AQPs在細胞轉運水和冷藏保護劑中的作用受到關注,AQPs能提升個別細胞和組織的凍融存活率,在高溫保存中具有一定的應用前景.四、分布及功能同一細胞可以存在多種AQP,如AQP3、AQP5、AQP8同時存在于神經元,AQP3、AQP4、AQP5、AQP8、AQP9同時存在于星形膠質細胞,但是一種AQP可同時坐落兩種細胞。