浙大研究生揭示纳米水通道的分子机制

　　生物通综合：中新网消息，浙江大学研究生李敬源等人通过对水通道蛋白的简化模型的分子动力学模拟研究，揭示了在纳米尺度下水通道所具有的独特开关特性的分子机制：“排成一列”的水分子之间稳定的氢键相互作用，使纳米水通道一方面可以不受外界环境中无处不在的“噪声”影响，另外一方面又可以有效的对真正的信号作出反应。

　　据了解，李敬源是中科院院士唐孝威的博士研究生。他在唐孝威院士的指导下，参考了计算机学院吴朝晖教授的建议，和美国IBMWatson研究中心研究员、浙大生物信息中心客座教授周如洪、上海应用物理研究所的方海平等从2005年10月开始该课题的研究，

　　众所周知，细胞是组成生物体的基本单位，每个细胞像一座城，细胞膜上的磷脂双分子是负责隔绝的“城墙”，而镶嵌其中的各种膜蛋白分子则是流通物质和能量“门窗”。美国科学家彼得·阿格雷博士研究发现，细胞膜中存在一种专门允许水分子出入的水通道蛋白，他因此获得了2003年的诺贝尔化学奖。在人体中，目前已经确定的水通道蛋白有11种，其中的大部分存在于肾脏、大脑和眼睛中。这种蛋白功能的损伤与多种疾病有关。但是，细胞膜蛋白水通道究竟是如何让水分子进出的具体工作机制，尚有待科学家进一步探索。

　　他们的研究成果表明：水通道蛋白有非常奇妙的特性，虽然通道内的电场环境会有一定程度的变化，但水通道蛋白仍能在这种情况下保持一个稳定的流量，同时又能根据真正的开/关信号迅速实现通道的门控，纳米尺度下水通道的这个特性对于水通道蛋白实现它的生物学功能非常关键。李敬源介绍说，科学家把在水通道蛋白中不同电环境下的这种变化称为“噪声”，原因是由于纳米通道是个非常微观的系统，一个在宏观看来很微小的变化，在纳米尺度下，都会是很大的变化。

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李敬源等人以具有合适半径的纳米碳管作为模型系统，用全原子动力学的模拟方法进行研究，发现这种完美开关特性的背后的机制是，在纳米通道中，一个个水分子，是“排成一列”后通过一个水通道蛋白出入细胞的，形成水流。水分子之间的氢键作用，使得“排成一列”的水分子成为具有协同作用水分子链。当外加电荷与水分子的静电相互作用破坏了水分子间氢键的协同作用，才会降低水的流量。研究发现，正是由于水分子之间稳定、协同的氢键相互作用，使水分子能够很好的屏蔽外界的“噪声”，令纳米水通道有如此奇妙的开关特性。

 

唐孝威院士，男，研究员 博士生导师， 1931 年10月生于江苏无锡。1952年毕业于清华大学物理系，先后在中国科学院近代物理研究所、原子能研究所、苏联杜布纳联合原子核所、核工业部九院、中国科学院高能物理所等单位工作；现为高能所研究员，博士生导师，浙江大学、中国科技大学等校兼职教授；任中国和平统一促进会理事，1979年被评为全国劳动模范；曾当选为中国共产党第12次及13次全国代表大会代表；1980年当选为中国科学院数学物理学部委员（院士）。

研究方向：高能物理实验；核技术应用；物理学与其它学科的交叉研究、脑科学

主要工作与获得的成果：

1. 50年代进行π介子实验及粒子探测器的研究。50年代初参加探测核辐射的计数器和强流管的研制。1956年至1959年在苏联杜布纳联合原子核所先后参加了电磁级联簇射测量、质子吸收负π介子反应等实验, 并研制了全吸收契仑柯夫计数器、取样式电磁量能器等，他参加的小组首创了高压脉冲供电计数器。

2. 60年代初至70年代初参加我国第一颗原子弹和第一颗氢弹的研制和试验以及核试验现场的测试, 他领导的研究室在原子弹点火、氢弹原理实验和核试验近区测试等方面作出了贡献。1964年10月我国第一颗原子弹爆炸成功后, 是受周恩来总理在人民大会堂接见的有功人员之一。

3. 70年代从事中国第一颗返回式人造地球卫星舱内空间辐射剂量的测量工作。

4. 70年代末, 领导中国组参加德国电子同步加速器中心马克杰组合作。该合作组由丁肇中教授领导，在实验上发现传递强作用力的基本粒子-胶子，并精确测量e^＋e^－--->muon⁺ muon^- 反应的电荷不对称性，检验电弱统一理论。

5. 80年代初起，领导实验组参加欧洲核子研究中心L3组合作。该实验组在国内研制L3强子量能器正比室并进行数据分析工作，为L3组在实验上证实自然界存在三代中微子、精确测量Z0粒子与W± 粒子的质量和宽度、精确检验电弱统一理论作出了贡献。

6. 80年代起，在国内在非加速器粒子物理、原子核物理、原子分子物理、团簇物理、气体放电物理、凝聚态物理等领域进行实验研究工作。

7. 90年代中参加阿尔法磁谱仪（AMS）国际合作，从事在空间寻找反物质与暗物质的研究工作。

8. 90年代开展物理学与生物学、医学等方面的交叉研究，并进行脑科学的研究，是国家攀登计划项目“核医学和放射治疗中先进技术的基础研究”的首席科学家，又是国家自然科学基金重大项目“发展近场技术、研究生物大分子体系特征”的主持人，并参加973项目“脑功能和脑重大疾病的基础研究”的子课题工作。与他人合作在国内外重要学术刊物上发表论文400多篇。专著：《粒子物理实验方法》（主编，人民教育出版社，1982年）；《正负电子物理》（主编，科学出版社，1995年）；《脑功能成像》（主编，中国科技大学出版社，1999年）；《核技术和医学》（主编，湖南科学技术出版社，将出版）。