分子細胞生物學專論
所別：免疫所
學號：970962
學生：吳家瑋
主題：cell channel
l 簡介
生物細胞乃以雙層脂質膜與外界隔離。此雙層脂質膜通常阻斷水、離子與其他極性分子之通透，但在許多狀況下，這些分子仍需迅速且具選擇性地通過細胞膜。順應離子梯度的運輸以細胞膜通道蛋白質 (membrane channel proteins) 為媒介，與離子梯度逆向的運輸則由細胞膜幫浦蛋白質 (membrane pump proteins) 來執行。水通道 (water channels) 使細胞得以調節其體積與內部滲透壓，在人體的泌尿系統及植物的根部扮演要角；離子通道 (ion channels) 則讓細胞能夠產生並傳遞電訊號，是建構神經系統的基本分子。最新的研究甚至指出，可以透過通道的調控甚至擬以用於治療癌症。
水通道
所別：免疫所
學號：970962
學生：吳家瑋
主題：cell channel
l 簡介
生物細胞乃以雙層脂質膜與外界隔離。此雙層脂質膜通常阻斷水、離子與其他極性分子之通透，但在許多狀況下，這些分子仍需迅速且具選擇性地通過細胞膜。順應離子梯度的運輸以細胞膜通道蛋白質 (membrane channel proteins) 為媒介，與離子梯度逆向的運輸則由細胞膜幫浦蛋白質 (membrane pump proteins) 來執行
水通道
早在十九世紀中期，科學家便提出細胞膜中存在著通道的假設。一九五○年代後期，Sidel與Solomon發現紅血球細胞上含有對水分子具選擇性通透的通道。後續三十年的研究顯示水通道普遍存在於各種器官組織，在阻止帶正電之質子通過的同時，容許水分子以每秒十億個分子的速度進出細胞。然而，直到一九八七年，仍然沒有人能分離出單一水通道，而且水通道的概念依舊具爭議性。 直至一九八八年，令人難以捉摸的水通道最後終於被Peter Agre發現了。一九八八年，他從紅血球及腎小管中分離出一個28kDa的膜蛋白CHIP28。在獲知N端蛋白質與整段cDNA序列後，他發覺這可能是眾人尋覓已久的水通道。將表現CHIP28 (現稱為aquaporin 1或AQP1) 的Xenopus卵細胞置於低張溶液，細胞在三分鐘內吸水膨脹；重造 (reconstitute) 純化的CHIP28於微脂粒 (liposome) 上亦得到相同現象。汞離子對此膨脹反應的抑制效果更證實了CHIP28就是紅血球細胞膜上的水通道。 目前，已知與aquaporin相似的蛋白質在人體內至少有十一種，在阿拉伯芥中則多達三十五種。而AQP1及AQP2兩種水通道對每天自尿液再吸收一百五十至兩百公升水的腎臟最為重要。AQP1蛋白質的三度空間結構於二○○○年被解出後，科學家得以解釋水通道對水分子的高度選擇性──水分子在通道上半與下半部具有相反方向的偶極矩，故可防止質子的通過。
離子通道
鉀離子通道
2003年諾貝爾化學獎得主彼得．阿格雷 (Peter Agre)和羅德立克．麥金農 (Roderick MacKin-non)，都因研究細胞膜的通道獲獎，阿格雷的貢獻是「發現水通道」，麥金農的主題則為「在離子通道結構與機制上的研究」。
離子通道具有特殊選擇性，例如鉀離子通道中，有一種像「濾嘴」的裝置，可以讓鉀離子通過，卻不允許更小的鈉離子通過。科學家對此百思不得其解，麥金農做出鏈黴菌離子通道蛋白質KcsA的高解析三維結構影像，並從原子層次了解離子通道的作用方式。鉀離子通道的結構與作用機制的研究，是生物化學、生物物理等領域的一大突破，也為神經疾病、肌肉與心臟疾病的新藥開發指引了新方向。
鈣離子通道
另外一個常聽到的離子通道是鈣離子通道，細胞內鈣離子的濃度變化調節著許許多多生理功能，如：肌肉收縮、細胞凋亡等。
調控鈣離子進入細胞方式是1986年美國國家衛生研究院科學家Putney J.提出的填充式鈣離子湧入理論 (capacitative calcium influx)，也就是現在常稱的鈣池調控鈣離子通道理論 (store-operated channels)。
Putney J.認為，當細胞內質網中的鈣離子下降，鈣離子通道就會開啟，雖然醫學界已得知鈣池調控鈣離子通道與調節免疫與發炎反應有關，但其中複雜的分子調控機制，目前還難以破解。
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