科学家揭示离子通道如何工作的分子机制
http://www.100md.com
2006年1月23日
作者：佚名
分子生物学中最大的奥秘之一，就是钙和钾进出细胞的微小蛋白质孔：离子渠道的运作机制。
电位调控型离子通道(voltage-dependent ion channel)能够感应细胞膜电位变化，而快速精准地开启或关闭，在肌肉及神经动作电位传递上至为重要。当离子渠道的功能发生障碍，就会导致疾病如癫痫症、心肌病变或囊状纤维变性。
但是离子渠道的抠关机制还存有争议，目前关于其开关的机制存在着二种竞争的理论。杰斐逊医学院的科学家在一篇发表于2005 年10月6 日Neuron的研究报告中，证实了支持其中一个理论的证据。也对于这些离子渠道的运作方式获得更好的理解，有助于开发治疗离子渠道相关疾病的药物。
杰斐逊大学医学院生理学教授Richard Horn指出，电位调控型离子通道是一种大型的蛋白质，含有穿透细胞膜的孔。它们会因为横跨细胞膜的电压变化而开启或关闭，离子渠道就可以决定哪种离子于何时穿越细胞膜。
, 百拇医药
传统及最近提出的理论之差异点，在于新的理论认为细胞膜两边的电场梯度使带正电荷的voltage-sensing paddle受力而横越细胞膜移位至胞外，并使通道蛋白产生形变让离子通道打开。但是传统理论认为，电荷只在细胞膜移动一小段距离而已。
研究人员发现如果牵引的距离过长，电压感应器无法将电荷牵引通过电场，所以新的研究支持电压感应器的电荷只能移动非常短的区域，因此支持传统的模型。
分子生物学中最大的一个谜团就是细胞膜上的离子通道如何工作了。离子通道是胞膜上一些微小的蛋白质孔道，它能让特定的离子如钙离子和钾离子通过，并因此控制这些离子进出细胞。这种通道非常重要：它们是电位门离子通道(voltage-gated ion channel)家族的成员，对大脑和心脏中产出电脉冲至关重要。当这种通道功能发生故障时，就可能导致疾病的发生即离子信道病变(channelopathies)，包括癫痫症、心肌症和囊性纤维性变病(cystic fibrosis)。
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有关离子通道如何开启和关闭的理论有两个。现在，杰斐逊医学院的研究人员在10月6日的Neuron杂志上详细描述了这个复杂过程的一部分，并提供证据支持了其中一种理论。而且，对这些通道如何工作的更好的了解是开发能用于治疗与离子通道相关疾病药物的关键。
离子通道根据膜电位的变化开启和关闭，并且决定什么时候、什么离子通过细胞膜。在传统的理论中，当一个电脉冲即动作电位沿着神经旅行时，细胞膜电荷发生改变。正常情况下带负电的细胞内部变成带正电。接着，电位传感器即一种带正电的跨膜S4片段，通过一种叫做门孔(gating pore)的小分子垫圈向着细胞外移动。这种运动不知何故会导致离子通道开启，并释放带正电离子通过细胞膜。在这个动作电位过后，细胞的内部再次变成带负电，并且细胞膜也恢复到它的正常静息状态。
比较新的一种理论由洛克菲勒大学的诺贝尔奖获得者Roderick Mackinnon提出，他认为一种由S4片段和S3片段组成的分子桨运动通过细胞膜，并携带S4的正电通过脂质。和传统理论相似的地方是S4的运动控制着通道的开启和关闭，而两种理论不同之处在于：新理论中，分子桨必须一直移动正电荷通过细胞膜；经典理论认为电荷通过门孔(gating pore)移动一小段距离。(一九九八年，Roderick MacKinnon成功解出第一个高分辨率的离子信道三度空间结构──源自链霉菌Streptomyces lividans的KcsA钾离子信道。)
在这项新的研究中，Horn博士和同事Christopher Ahern博士证明电位感受器的电荷运动的区域非常短，并因此支持了传统模型。下一步，这些研究人员将会确定S4的运动与开启和关闭通道的大门之间的关系。(生物通记者杨遥), http://www.100md.com
分子生物学中最大的奥秘之一，就是钙和钾进出细胞的微小蛋白质孔：离子渠道的运作机制。
电位调控型离子通道(voltage-dependent ion channel)能够感应细胞膜电位变化，而快速精准地开启或关闭，在肌肉及神经动作电位传递上至为重要。当离子渠道的功能发生障碍，就会导致疾病如癫痫症、心肌病变或囊状纤维变性。
但是离子渠道的抠关机制还存有争议，目前关于其开关的机制存在着二种竞争的理论。杰斐逊医学院的科学家在一篇发表于2005 年10月6 日Neuron的研究报告中，证实了支持其中一个理论的证据。也对于这些离子渠道的运作方式获得更好的理解，有助于开发治疗离子渠道相关疾病的药物。
杰斐逊大学医学院生理学教授Richard Horn指出，电位调控型离子通道是一种大型的蛋白质，含有穿透细胞膜的孔。它们会因为横跨细胞膜的电压变化而开启或关闭，离子渠道就可以决定哪种离子于何时穿越细胞膜。
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传统及最近提出的理论之差异点，在于新的理论认为细胞膜两边的电场梯度使带正电荷的voltage-sensing paddle受力而横越细胞膜移位至胞外，并使通道蛋白产生形变让离子通道打开。但是传统理论认为，电荷只在细胞膜移动一小段距离而已。
研究人员发现如果牵引的距离过长，电压感应器无法将电荷牵引通过电场，所以新的研究支持电压感应器的电荷只能移动非常短的区域，因此支持传统的模型。
分子生物学中最大的一个谜团就是细胞膜上的离子通道如何工作了。离子通道是胞膜上一些微小的蛋白质孔道，它能让特定的离子如钙离子和钾离子通过，并因此控制这些离子进出细胞。这种通道非常重要：它们是电位门离子通道(voltage-gated ion channel)家族的成员，对大脑和心脏中产出电脉冲至关重要。当这种通道功能发生故障时，就可能导致疾病的发生即离子信道病变(channelopathies)，包括癫痫症、心肌症和囊性纤维性变病(cystic fibrosis)。
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有关离子通道如何开启和关闭的理论有两个。现在，杰斐逊医学院的研究人员在10月6日的Neuron杂志上详细描述了这个复杂过程的一部分，并提供证据支持了其中一种理论。而且，对这些通道如何工作的更好的了解是开发能用于治疗与离子通道相关疾病药物的关键。
离子通道根据膜电位的变化开启和关闭，并且决定什么时候、什么离子通过细胞膜。在传统的理论中，当一个电脉冲即动作电位沿着神经旅行时，细胞膜电荷发生改变。正常情况下带负电的细胞内部变成带正电。接着，电位传感器即一种带正电的跨膜S4片段，通过一种叫做门孔(gating pore)的小分子垫圈向着细胞外移动。这种运动不知何故会导致离子通道开启，并释放带正电离子通过细胞膜。在这个动作电位过后，细胞的内部再次变成带负电，并且细胞膜也恢复到它的正常静息状态。
比较新的一种理论由洛克菲勒大学的诺贝尔奖获得者Roderick Mackinnon提出，他认为一种由S4片段和S3片段组成的分子桨运动通过细胞膜，并携带S4的正电通过脂质。和传统理论相似的地方是S4的运动控制着通道的开启和关闭，而两种理论不同之处在于：新理论中，分子桨必须一直移动正电荷通过细胞膜；经典理论认为电荷通过门孔(gating pore)移动一小段距离。(一九九八年，Roderick MacKinnon成功解出第一个高分辨率的离子信道三度空间结构──源自链霉菌Streptomyces lividans的KcsA钾离子信道。)
在这项新的研究中，Horn博士和同事Christopher Ahern博士证明电位感受器的电荷运动的区域非常短，并因此支持了传统模型。下一步，这些研究人员将会确定S4的运动与开启和关闭通道的大门之间的关系。(生物通记者杨遥), http://www.100md.com