跨膜水运输新发现：AWC 现象并非无用循环，而是细胞 “NKA 系统” 关键组成

为探究主动跨膜水循环（AWC）的意义，研究人员开展相关研究，发现其是细胞 “NKA 系统” 基础部分，有重要意义。

　　跨膜水运输和共运输在细胞生物学中普遍存在。综合细胞所有的水转运蛋白和共转运蛋白，稳态、双向的跨细胞膜水 “交换” 速率与关键的钠钾 ATP 酶（Na⁺,K⁺-ATPase，NKA）的代谢速率同步，这就是主动跨膜水循环（active transmembrane water cycling，AWC）现象。AWC 是无用的，还是有重要意义呢？具有代表性的文献中的代谢组学和蛋白质组学结果，能够对许多已知水化学计量的运输反应进行全面的自由能（ΔG）计算。结合已确定的细胞内压力（P_i）大小，这些计算揭示出向外的跨膜水化学自由能（ΔG）梯度，可与著名的向内的钠离子电化学 ΔG梯度相媲美。对于大多数共转运流入蛋白而言，这两个梯度精细平衡，以使细胞内代谢物浓度值维持在消耗酶的米氏常数附近。研究分析涵盖了葡萄糖、谷氨酸根离子（glutamate^?）、γ- 氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid，GABA）和乳酸根离子（lactate^?）转运蛋白。2% - 4% 的P_i变化就可能导致代谢物浓度出现灾难性变化。对于神经递质谷氨酸根离子和 GABA 来说，星形胶质细胞P_i的微小变化就可能影响突触传递。与钠离子和钾离子的电化学稳态不同，水化学稳态处于（或接近）化学平衡状态。分析表明，水通道蛋白（aquaporins，AQPs）的存在并不会消除跨膜压力梯度。钠离子电化学梯度和水化学梯度相互对立，其内在的反馈回路调节 AQP 催化的水通量，这是 AWC 的重要组成部分。同时，也有必要重新审视P_i的本质。AWC 并非无用循环，而是细胞 “NKA 系统” 所固有的，是生物学一个新的基本方面。代谢能量存储在跨膜水化学梯度中。