不只會輸水的水通道蛋白（aquaporins）

 

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水通道蛋白（Aquaporins）是一類特殊的膜蛋白，存在於許多生物的細胞膜中。它們的主要功能是調節水分子在細胞膜上的快速通過，從而控制細胞內外水平衡。這種蛋白質對於維持細胞的正常功能非常重要，因為水分子的運輸對於許多生理過程都是必要的。

水通道蛋白具有高度選擇性，它們只允許水分子通過，阻止其他分子或離子穿越。這種選擇性確保了細胞內外的水分和離子濃度保持在合適的平衡狀態。除了水分，一些水通道蛋白還可以運輸其他小分子，比如某些氣體（如氨）或小分子（如尿素）。

在植物中，水通道蛋白的作用尤其重要，因為它們參與了從根部到葉片的水分運輸，有助於植物對環境刺激的反應，比如乾旱或鹽分逆境。

水通道蛋白是由美國生物學家彼得·阿格雷（Peter Agre）在1992年發現的。當時他注意到，有些細胞中水的擴散非常地快，並且可以被汞離子可逆地阻斷。這顯示可能有一種未知的蛋白質在掌控著水的擴散。最終，他發現並將這種蛋白命名為「水通道蛋白」。這一發現為理解細胞水分運輸的機制提供了重要的貢獻。因為他在水通道蛋白的研究上的開創性工作，彼得·阿格雷於2003年與羅德里克·麥金農共同被授予諾貝爾化學獎。

所以，過去的研究發現的水通道蛋白，大多只能運輸水分，只有少數可以運輸氣體或小分子；最近的研究發現了大麥中的一種特殊的蛋白質，稱為大麥類囊豆蛋白26型內在蛋白（HvNIP2;1）。這種蛋白質屬於水通道蛋白家族，所以當然會幫助水分穿越細胞膜。但是與其他類似蛋白質不同的是，大麥的HvNIP2;1還可以運輸多種其他物質，包括不同類型的糖和酸。

研究人員發現HvNIP2;1能運送水以外的物質，主要是透過在脂質體（liposomes）中重組HvNIP2;1並進行一系列的實驗。他們使用停流散射光譜術（stopped-flow light scattering spectrophotometry）和非洲爪蟾卵母細胞（Xenopus laevis oocytes）膨脹試驗來評估HvNIP2;1的水和溶質滲透性。這些實驗顯示了HvNIP2;1可以滲透多種物質，包括硼酸、鍺酸、蔗糖和乳糖，但不包括D-葡萄糖或D-果糖。此外，研究還通過分子對接實驗（molecular docking）探討了蔗糖在HvNIP2;1中的滲透機制，發現蔗糖可以在蛋白質通道中與多個胺基酸形成交互作用。

了解植物如何運輸營養物和其他分子對於改進農業技術和作物管理非常重要。透過對這種新型水通道蛋白的了解，我們對植物生理的認知又提升了，也讓我們知道生命的自由。

參考文獻：

Akshayaa Venkataraghavan, Julian G. Schwerdt, Stephen D. Tyerman, Maria Hrmova. Barley Nodulin 26-like intrinsic protein permeates water, metalloids, saccharides, and ion pairs due to structural plasticity and diversification. Journal of Biological Chemistry, 2023; 299 (12): 105410 DOI: 10.1016/j.jbc.2023.105410