揭開細胞“城門”之謎----解讀2003年諾貝爾化學獎

瑞典**科學家10月8日宣布，將2003年諾貝爾化學獎授予美國科學家彼得·阿格雷和羅德裏克·麥金農，分別表彰他們發現細胞膜水通道，以及對離子通道結構和機理研究作出的開創性貢獻。

生物體的主要組成部分是水溶液，水溶液占人體重量的70％。生物體內的水溶液主要由水分子和各種離子組成。它們在細胞膜通道中進進出出以實現細胞的多種功能。

20世紀50年代中期，科學家發現，細胞膜中存在著一種隻允許水分子出入的水通道。因為水對於生命至關重要，所以水通道是細胞膜的一種重要通道。盡管科學家發現存在水通道，但水通道到底是什麽卻一直是個謎。

20世紀80年代中期，美國科學家彼得·阿格雷研究了不同的細胞膜蛋白，經過反複研究，他發現一種被稱為水通道蛋白的細胞膜蛋白就是人們尋找已久的水通道。為了驗證自己的發現，阿格雷把含有水通道蛋白的細胞和去除了這種蛋白的細胞進行了對比試驗，結果前者能夠吸水，後者不能。為進一步驗證，他又製造了兩種人造細胞膜，一種含有水通道蛋白，一種則不含這種蛋白。他將這兩種人造細胞膜分別做成泡狀物，然後放在水中，結果**種泡狀物吸收了很多水而膨脹，**種則沒有變化。這些充分說明水通道蛋白具有吸收水分子的功能，就是水通道。

2000年，阿格雷與其他研究人員一起公布了****張水通道蛋白的高清晰度立體照片。照片揭示了隻允許水分子通過的蛋白的特殊結構。

水通道的發現開辟了一個新的研究領域。目前，科學家發現水通道蛋白廣泛存在於動物、植物和微生物中，它的種類很多，僅人體就有11種。它具有十分重要的功能，比如在人的腎髒中就起著關鍵的過濾作用。通常一個成年人每天要產生170升的原尿，這些原尿經腎髒腎小球中的水通道蛋白的過濾，其中大部分水分被人體循環利用，*終隻有約1升的尿液排出人體。

早在1890年，威廉·奧斯特瓦爾德（1909年諾貝爾化學獎獲得者）就推測離子進出細胞會傳遞信息。20世紀20年代，科學家證實存在一些供離子出入的細胞膜通道。50年代初，阿蘭·霍奇金和安德魯·哈克斯利發現，離子從一個神經細胞中出來進入另一個神經細胞可以傳遞信息。為此，他們獲得了1963年諾貝爾生理學或醫學獎。不過，那時科學家並不知道離子通道的結構和工作原理。

1988年，羅德裏克·麥金農利用X射線晶體成像技術獲得了****張離子通道的高清晰度照片，並**次從原子層次揭示了離子通道的工作原理。這張照片上的離子通道取自青鏈黴菌，也是一種蛋白。麥金農的方法可以讓科學家觀測到離子在進入離子通道前的狀態、在通道中的狀態以及穿過通道後的狀態。

對水通道和離子通道的研究意義重大。很多**，比如一些神經係統**和心血管**，就是由於細胞膜通道功能紊亂造成的，對細胞膜通道的研究可以幫助科學家尋找具體的病因，並研製相應**。另外，利用不同的細胞膜通道，可以調節細胞的功能，從而達到****的目的。中藥的一個重要功能是調節人體體液的成分和不同成分的濃度，這些成分可以通過不同細胞膜通道調節細胞的功能。有專家認為，對細胞膜通道的研究可以為揭示中醫藥的科學原理提供重要的途徑。