钾离子通道研究进展令人关注

　　离子通道的结构与功能研究是生命科学交叉领域中最活跃的分支之一。在离子通道中，钾通道是一个最庞大的家族。钾通道特别是电压门控钾通道(Kv)研究近年来在三维结构研究方面取得了令人振奋的进展，使该领域再次成为离子通道研究的热点，并推动着整个神经及相关学科的基础和应用研究的发展。在此次年会上，来自北京大学医学部神经科学研究所的王克威教授阐述了钾通道的最新研究进展。这些进展主要体现在三个方面：钾通道的离子选择性、门控机制和钾通道的膜电位感受器。

　　钾通道的离子选择性

　　钾离子直径大于钠离子，但钾通道却只允许钾离子通过，而不允许钠离子通过。钾通道的离子选择性是由什么决定的呢？王克威介绍说，最新的研究发现，钾通道的离子通路外1/3部分为选择性过滤器。选择性过滤器决定着离子选择的特异性，其有4个钾离子的结合位点。该过滤器是由六个氨基酸组成的序列，被称为“指纹序列”。该指纹序列位于第5、6跨膜的a螺旋之间的孔道区内。钾离子在进入通道前被8个水分子包围。为了穿过选择性过滤器,钾离子必须摆脱水分子的束缚。进入通道的每一个钾离子首先受到指纹序列蛋白中的8个氧原子的包围。这8个氧原子等距离排列在孔道内衬并朝向通道中心分为上、下两层，每层为4个氧原子。8个氧原子包围一个钾离子，完美地取代了水分子层。脱水后的钾离子沿着孔道从一个部位移到下一个结合的位点。一旦钾离子通过选择性过滤器后,它又重新被水分子包裹。水化后的钾离子在降低静电排斥力的同时，亦为钾离子的高效率转运提供了基础，使离子传导过程重复地进行。钠离子不易通过钾离子通道的原因是钠离子无法与通道内衬的氧原子相互作用。

　　钾通道的门控机制

　　除了离子作用外，氨基酸的结构对于钾通道的选择性也至关重要，这就是钾通道的门控机制。王克威解释说，钾通道主要由4个shaker糖蛋白(4个亚单位)构成。钾通道的氨基末端(N-末端)是控制快速失活的多肽段，其快速失活(通道关闭)发生的时间通常在毫秒级水平。

　　国外学者Zagotta等描述的钾通道快速失活分子机制的“球-链”学说为后来出现的相关学说奠定了基础。这一学说的基本内容是：钾通道的游离N末端(特别是前20个氨基酸)在细胞内为球-链状结构，在通道从关闭到迅速开放的同时，N末端的“球-链”也随即快速摆动将通道内侧堵塞，从而导致正在开放的通道关闭，即N型失活。

　　王克威表示，最新的研究发现，除了上面的“球-链”学说所阐述的门控机制外，钾通道蛋白的跨膜a螺旋还通过本身构象的改变参与了门控过程。

　　细胞膜电位感受器

　　对于离子通道来说，细胞膜电位也控制着通道的开放或关闭。因此，离子通道的活动对细胞膜电位的调节提供了一个反馈的机制，这对细胞电信号的产生起着至关重要的作用。在钾通道中也是这样。钾通道的膜电位“感受器”位于通道的第四跨膜段(S4)。S4跨膜区段排列着多个(每隔两个氨基酸)带正电荷的精氨酸。这些埋在细胞膜内带有正电荷的精氨酸在细胞膜去极化时，受到巨大膜电场力的排斥作用而被推向细胞膜外。

　　通过点突变手段可将精氨酸突变成半胱氨酸。半胱氨酸可被工具药MTS化学修饰而形成特异的巯基键。最近学术界利用MTS与半胱氨酸的特异结合以及测定门控电流的电生理手段所进行的大量研究表明，在膜电场的作用下，由于赖氨酸的正电荷移动引起了通道蛋白亚基在构象上的改变。据测定，需要来自四个S4跨膜段约12~14个正电荷的相对移动，才能引起单通道的开放。 (责任编辑：泉水)

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