14.1
水分子具有极性,因此无法快速穿过非极性的脂质双分子层。
因此,细胞膜具有称为水通道蛋白的特殊通道蛋白,可依据渗透梯度选择性地转运水分子。
这些蛋白质以四聚体簇的形式发挥作用,每个单体作为一个独立的水通道。
一条水通道蛋白通道由六段跨膜α螺旋组成,这些α螺旋通过五个连接环相连,其中两个疏水性环含有一个保守的氨基酸基序——天冬酰胺-脯氨酸-丙氨酸(Asparagine-Proline-Alanine)或NPA。
NPA残基形成一个狭窄位点,当水分子通过通道时,将其限制为单列排列。
此外,通道的疏水性壁面产生的排斥作用会加速水分子的运动。
当通过狭窄位点时,氧原子会与NPA基序中的天冬酰胺残基相互作用,从而中断水分子之间原本存在的氢键桥接,阻止质子通过跳跃机制进入并穿过通道。
破坏氢键网络会阻碍质子的移动,从而使水通道蛋白对水具有选择性通透性。
水通道蛋白(AQPs)是一个整合膜蛋白家族,其主要的功能是运输水,而一些为水甘油通道蛋白还能够运输甘油。此外,水通道蛋白还有可能会参与跨膜运输挥发性物质(例如二氧化碳和氨)的过程。这种充当气体通道的水通道蛋白会通常能够在参与气体交换的细胞中进行高度表达,例如红细胞、上皮细胞和肺毛细血管。
相比之下,…