結構生物化學/膜蛋白/水通道
水通道在控制細胞含水量方面起著至關重要的作用。它們與水（生命的基本物質）的聯絡使它們在所有生命王國中無處不在。
水通道也可以被稱為水通道蛋白。它們根本不參與離子運輸。相反，這些通道增加了水透過膜的流動速度。儘管膜對水具有相當的滲透性，但這些水特異性通道是必需的，因為在某些組織中，需要透過膜快速運輸水。例如，在腎臟中，水必須在過濾後迅速重新吸收到血液中。
水通道（水通道蛋白）由彼得·阿格雷發現。他注意到紅血球膜中存在一種高水平的蛋白質。發現該蛋白質在紅血球和腎臟、角膜等組織中大量存在。這種 24-kd 膜蛋白實際上是一種水通道。
細胞膜中的水通道或水通道蛋白形成四聚體，幫助將 H2O 穿過細胞膜。偶爾，一些小的溶質，如甘油，也可能穿透。水通道對其他帶電分子（如質子）不透水。這是維持電化學平衡的關鍵。水通道（水通道蛋白）由六個跨膜段組成。它們位於質膜中，以同源四聚體的形式存在，並且每個段由兩個半孔組成，當它們摺疊在一起時會形成水通道蛋白。水通道蛋白的分子結構確保離子不會在細胞之間傳遞。該通道由超過 100,000 個原子組成，它們結合在一起形成一個結構，該結構使水分子以單列形式透過通道。這是透過將分子定向在通道壁產生的電場中來實現的。在通道中心形成的正電荷排斥任何不希望的質子透過通道進入。
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該蛋白質由六個跨膜α螺旋組成。有五個螺旋間環區形成胞外和胞質前庭。其中兩個環是疏水的，包含高度保守的 Asn-Pro-Ala，它們與形成 3-D“沙漏”結構的膜脂雙層的中間部分重疊，水流過其中。水分子以每秒 106 個分子的速度單列透過。具體來說，通道中心的帶正電荷殘基阻止質子透過水通道蛋白的運輸。因此，水通道蛋白通道不會破壞蛋白質梯度。
研究人員對水通道蛋白感興趣的一個特徵是，這些通道只允許水和其他小的非帶電溶質透過膜運輸。所有帶電物質，例如質子，在通道中完全不能滲透。根據其氨基酸序列的疏水性圖（結構決定功能！），每個水通道蛋白單體包含兩個半孔，它們摺疊在一起形成一個水通道。水分子透過通道壁的原子建立的區域性電場，以單列形式穿過狹窄的通道。水分子嚴格相反的取向確保水與壁之間的靜電斥力最低，從而允許水分子穿過到另一側。另一方面，帶電物質一旦到達帶正電的中心就會被阻止並被通道拒絕。
水透過水通道蛋白的滲透是一個被動過程，它依賴於跨膜的滲透壓方向。儘管許多水通道始終開放，但水通道蛋白的一個亞組已經進化出一種複雜的機制（主要涉及共價修飾磷酸化和 pH 值變化），透過該機制，通道可以響應環境的惡劣條件而關閉，在這種條件下，水交換可能對生物體有害。
原尿從腎臟的腎小球出來後，會透過蜿蜒的管道，在那裡大約 70% 的水被水通道蛋白 1 蛋白重新吸收到血液中。另外 10% 的水在管道之後被水通道蛋白 2 蛋白吸收。除了水之外，鈉、鉀和氯離子等溶質也被重新吸收到血液中。抗利尿激素刺激水通道蛋白 2 蛋白的運輸，因此增加了尿液中水的重吸收。缺乏這種激素的人每天的尿液輸出量可能達到 10-15 升！