Structural basis of water-specific transport through the AQP1 water channel

水通道蛋白 水运 水通道蛋白1 生物物理学 化学 细胞外 水道 细胞生物学 生物 水流 生物化学 环境科学 环境工程 工程类 机械工程 入口
作者
Haixin Sui,Bong-Gyoon Han,John K. Lee,Peter J. Walian,Bing K. Jap
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:414 (6866): 872-878 被引量:1123
标识
DOI:10.1038/414872a
摘要

Water channels facilitate the rapid transport of water across cell membranes in response to osmotic gradients. These channels are believed to be involved in many physiological processes that include renal water conservation, neuro-homeostasis, digestion, regulation of body temperature and reproduction. Members of the water channel superfamily have been found in a range of cell types from bacteria to human. In mammals, there are currently 10 families of water channels, referred to as aquaporins (AQP): AQP0–AQP9. Here we report the structure of the aquaporin 1 (AQP1) water channel to 2.2 Å resolution. The channel consists of three topological elements, an extracellular and a cytoplasmic vestibule connected by an extended narrow pore or selectivity filter. Within the selectivity filter, four bound waters are localized along three hydrophilic nodes, which punctuate an otherwise extremely hydrophobic pore segment. This unusual combination of a long hydrophobic pore and a minimal number of solute binding sites facilitates rapid water transport. Residues of the constriction region, in particular histidine 182, which is conserved among all known water-specific channels, are critical in establishing water specificity. Our analysis of the AQP1 pore also indicates that the transport of protons through this channel is highly energetically unfavourable.
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