结构生物化学/膜蛋白/水通道
水通道在控制细胞含水量方面起着至关重要的作用。它们与水（生命的基本物质）的联系使它们在所有生命王国中无处不在。
水通道也可以被称为水通道蛋白。它们根本不参与离子运输。相反，这些通道增加了水通过膜的流动速度。尽管膜对水具有相当的渗透性，但这些水特异性通道是必需的，因为在某些组织中，需要通过膜快速运输水。例如，在肾脏中，水必须在过滤后迅速重新吸收到血液中。
水通道（水通道蛋白）由彼得·阿格雷发现。他注意到红血球膜中存在一种高水平的蛋白质。发现该蛋白质在红血球和肾脏、角膜等组织中大量存在。这种 24-kd 膜蛋白实际上是一种水通道。
细胞膜中的水通道或水通道蛋白形成四聚体，帮助将 H2O 穿过细胞膜。偶尔，一些小的溶质，如甘油，也可能穿透。水通道对其他带电分子（如质子）不透水。这是维持电化学平衡的关键。水通道（水通道蛋白）由六个跨膜段组成。它们位于质膜中，以同源四聚体的形式存在，并且每个段由两个半孔组成，当它们折叠在一起时会形成水通道蛋白。水通道蛋白的分子结构确保离子不会在细胞之间传递。该通道由超过 100,000 个原子组成，它们结合在一起形成一个结构，该结构使水分子以单列形式通过通道。这是通过将分子定向在通道壁产生的电场中来实现的。在通道中心形成的正电荷排斥任何不希望的质子通过通道进入。
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该蛋白质由六个跨膜α螺旋组成。有五个螺旋间环区形成胞外和胞质前庭。其中两个环是疏水的，包含高度保守的 Asn-Pro-Ala，它们与形成 3-D“沙漏”结构的膜脂双层的中间部分重叠，水流过其中。水分子以每秒 106 个分子的速度单列通过。具体来说，通道中心的带正电荷残基阻止质子通过水通道蛋白的运输。因此，水通道蛋白通道不会破坏蛋白质梯度。
研究人员对水通道蛋白感兴趣的一个特征是，这些通道只允许水和其他小的非带电溶质通过膜运输。所有带电物质，例如质子，在通道中完全不能渗透。根据其氨基酸序列的疏水性图（结构决定功能！），每个水通道蛋白单体包含两个半孔，它们折叠在一起形成一个水通道。水分子通过通道壁的原子建立的局部电场，以单列形式穿过狭窄的通道。水分子严格相反的取向确保水与壁之间的静电斥力最低，从而允许水分子穿过到另一侧。另一方面，带电物质一旦到达带正电的中心就会被阻止并被通道拒绝。
水通过水通道蛋白的渗透是一个被动过程，它依赖于跨膜的渗透压方向。尽管许多水通道始终开放，但水通道蛋白的一个亚组已经进化出一种复杂的机制（主要涉及共价修饰磷酸化和 pH 值变化），通过该机制，通道可以响应环境的恶劣条件而关闭，在这种条件下，水交换可能对生物体有害。
原尿从肾脏的肾小球出来后，会通过蜿蜒的管道，在那里大约 70% 的水被水通道蛋白 1 蛋白重新吸收到血液中。另外 10% 的水在管道之后被水通道蛋白 2 蛋白吸收。除了水之外，钠、钾和氯离子等溶质也被重新吸收到血液中。抗利尿激素刺激水通道蛋白 2 蛋白的运输，因此增加了尿液中水的重吸收。缺乏这种激素的人每天的尿液输出量可能达到 10-15 升！