近日，来自瑞典和美国的研究团队利用超高分辨率显微技术，成功捕获了酵母水通道蛋白（Aquaporin）运输水分子穿越细胞膜的动态过程。该研究成果发表在国际权威期刊《Science》上，揭示了水通道蛋白如何选择性地允许水分子通过，同时阻止质子等离子随水分子进入细胞，保障细胞内环境的稳定。
细胞功能的正常发挥依赖于水分子从细胞外环境进入细胞内部，这不仅是细胞摄取营养物质的基础，也是维持细胞内渗透压和代谢平衡的关键环节。水通道蛋白作为细胞膜上的特殊通道，能够高效且选择性地运输水分子，但由于其尺寸极小，传统技术难以捕捉其运输过程的动态细节。
此前，研究者开发出一种超高分辨率显微技术，成功记录了钾离子通过钾通道的运输过程。本研究团队借鉴该技术，采用0.88埃（Å）的超高分辨率显微成像，首次动态捕捉了毕赤氏酵母（Pichia pastoris）水通道蛋白1（Aqp1）运输水分子的全过程。
研究发现，水分子通过水通道蛋白的过程类似于钾离子通过钾通道的运输机制，关键在于氢键的形成能够有效抑制质子随水分子穿膜，防止质子泄漏，维持细胞内电化学梯度。此外，研究者鉴定出两个关键结构：NPA（天冬氨酸-脯氨酸-丙氨酸）标记序列和由水分子排列形成的选择性过滤器。这两个结构协同作用，既阻止了不必要的质子进入细胞膜，又促进了水分子及特定小分子通过微孔通道。
该研究不仅拓展了我们对水通道蛋白跨膜运输机制的理解，也标志着利用超高分辨率技术实时观察细胞膜运输过程进入新纪元。未来，这一技术有望推动设计更高效的分子筛选和运输调控策略，为生物医学和生物工程领域提供重要理论基础和技术支持。
参考文献：doi:10.1126/science.1234306