水和溶质运移

水、溶质和气体跨膜和蛋白质运输:

尽管经过多年的深入研究，水和小的非电解质穿过脂质双分子层的机制仍不清楚. 我们感兴趣的是研究脂质结构参数及其对膜通透性的影响. 我们的结果以及数学模型表明，脂质占据的面积是膜对水的渗透率的主要决定因素，而碳氢化合物的厚度是膜对水的渗透率的次要决定因素. 水的渗透性随着胆固醇的增加而降低，它与纯脂的相关方式与每脂的面积不同, 双分子层厚度, 还有面积可压缩性(2,3). 

众所周知，水通道蛋白主要用于运输水，但一些同源物也用于运输小分子，如尿素和甘油. 此外，水通道蛋白也被证明可以输送气体. 然而, 二氧化碳通过水通道蛋白的运输是有争议的，而H2S通过原始水通道蛋白的运输已经被推测. 由于动力学方法低估了未搅拌层效应，气体输运难以量化. 在合作研究中, 我们最近使用新型的膜扫描微电极方法测量了平面脂质膜上CO2和H2S的渗透性，这种方法绕过了未搅拌层效应. 我们已经证明，气体渗透性的限速步骤是靠近膜的未搅拌层，而不是膜本身. 这些结果表明，用于运输气体(如CO2和H2S)的蛋白质可能是多余的, 5). 

我们也对尿素转运体的研究感兴趣，因为尿素是氮代谢的主要代谢物，并参与肾脏的尿浓缩机制. 虽然尿素转运蛋白的遗传学是众所周知的, 目前对尿素转运体的结构和动力学知之甚少. 我们正在研究细菌和人类的尿素转运体，以了解其结构功能关系. 我们过度表达了, 纯化和重组尿素转运蛋白成蛋白脂质体，用于功能表征和结构研究.

尿素转运蛋白

我们正在研究小鼠的尿素转运蛋白，作为人类UT功能的模型，因为它们的蛋白质异构体和基因结构非常相似. There are two separate UT genes; the SLC14a1 gene encodes a 384 amino acid protein known as UT-B, 哪些存在于多种组织中, 但与肾脏功能有关的是循环红细胞和直肠血管. 第二个基因SLC14a2编码一组更复杂的蛋白质——在不同的哺乳动物中共有6种不同的同种异构体被描述. 已知小鼠有五种这样的亚型，主要的肾脏特异性亚型是UT-A1 (930aa)。, UT-A2 (397aa)和UT-A3 (461aa). UT-A2和UT-A3分别代表UT-A1的一半(见图1)。. 
Our methodology primarily involves the use of Xenopus laevis oocytes as an expression system where we have two approaches; the use of whole oocytes for isotopic urea flux measurements and a plasma membrane purification protocol, 由Warren Hill (Hill等人)开发, 2005), 这使得使用止流荧光法进行更精确的动力学测量成为可能. 后一种方法使我们能够对两种小鼠尿素转运体亚型进行初步表征, UT-A2和UT-A3并确定它们在尿素中的差异不显著, 尿素模拟物和水渗透性(MacIver等), 2008).

水通道蛋白

人们最初认为细胞内的水分平衡完全是通过质膜扩散来实现的, 但这种想法被研究推翻了，研究表明某些组织在激素治疗后可以增加它们的透水性. 随后发现了水通道蛋白的水通道. 现在，从细菌到植物再到哺乳动物，水通道蛋白广泛存在于各种生命中. 我们的团队正在进行一些与水通道蛋白研究相关的合作. 
欧洲鳗鲡(Anguilla Anguilla)是一种能够适应咸水和淡水的鱼类，为了适应咸水，它必须改变自身的渗透调节. 分子克隆研究已经在这种动物身上发现了至少十个类似水通道蛋白的基因. 与C合作. P. Cutler(佐治亚南方大学)，我们迄今为止已经描述了四种水通道蛋白，特别关注那些在鳃和肠道中高度表达的水通道蛋白, 在鱼类中需要大量渗透调节的组织. 
此外，与J Brodsky合作, 匹兹堡大学的N Kaufmann和M Burstein从果蝇果蝇中分离出一种水通道蛋白和一种水甘油孔蛋白. 果蝇的肾脏相当于马氏小管, which is composed of two major cell types; principal cells and stellate cells. 水通道蛋白是水滴基因的产物，在星状细胞中表达(图3)。. 甘油孔蛋白基因在主要细胞中表达，我们已经证明，除了水，它还能传导甘油和尿素. 苍蝇是一个极好的模式生物来阐明这些基因在发育过程中的作用.

相关的出版物

[1]李建军，李建军，李建军，李建军. 二氧化碳通过膜运输.[J]. 2008年7月9日. [印前Epub] 

[2]刘建军，刘建军，刘建军，等. 脂质双分子层被动渗透理论. J Gen physil. 2008年1月,131 (1):77 - 85. 

3:马泰，李建平，李建平. 水通过脂膜渗透的结构决定因素. J Gen physil. 2008年1月,131 (1):69 - 76. 

4: Mathai JC, Zeidel ML. 用止流荧光法测量水和溶质渗透率. 方法:. 2007;400:323-32. 审查. 

[5]张建平，张建平，张建平. 水通道蛋白1对水和氧化氘的渗透性:MD预测和实验验证. 
J Gen physil. 2007年7月,130 (1):111 - 6. 

[6]张建军，刘建军，李建军，等. 古细菌耐盐性极强的嗜盐性脂膜. 生物化学. 2006年4月14日;28 (15):10016-23. 

7. Hill WG, Southern NM, MacIver B, Potter E, Apodaca G, Smith CP和Zeidel ML. 非洲爪蟾卵母细胞质膜的分离与表征:研究水和溶质转运蛋白活性的新方法. [J]中国生物医学工程学报，2003,19 (4):557 - 557. 

8. Maciver B, Smith CP, Hill WG, and Zeidel ML. 纯化非洲爪蟾卵质膜中表达的小鼠尿素转运蛋白UT-A2和UT-A3的功能表征. [J]中华医学杂志，2004,24 (3):559 - 564.

合作者:

彼得·波尔，JKU，林茨，奥地利 
约翰·纳格尔和斯蒂芬妮·崔斯特拉姆·纳格尔，匹兹堡CMU. 
Dennis Sprott，加拿大NRC生物科学研究所 
Boris Tenchov，西北大学，伊利诺伊州埃文斯顿