来自浙江大学生命科学学院、美国西南医学中心以及中国科学院上海药物研究所的研究人员，通过结构分析和功能实验，为离子通道领域一个几十年前发现但机制不明的生物物理现象——反常摩尔分数效应（anomalous mole-fraction effect）——提供了强有力的实验依据。该研究成果发表于《自然·结构与分子生物学》（Nature Structural & Molecular Biology）杂志。

文章的第一作者和通讯作者之一是浙江大学生命科学学院今年引进的叶升教授。其他作者包括中科院上海药物所的李扬博士以及美国西南医学中心的姜有星博士，姜有星博士和叶升博士为本文的共同通讯作者。

钠离子和钾离子带有相同电荷，属于同一族元素，化学性质相似，仅在离子直径上有所区别。然而，钾离子通道能够选择性地通透钾离子，而不通透直径更小的钠离子。2003年诺贝尔化学奖得主MacKinnon通过对钾离子通道KcsA的研究提出，当钠离子浓度升高而钾离子浓度降低至3 mM以下时，KcsA通道的离子筛结构塌陷为不通透构象，从而解释了选择性。然而，许多离子通道专家基于实验现象并不完全认同这一机制。

本研究报道了钾离子通道选择性通透钾离子的一种新机制。研究人员在研究MthK通道时发现：在极端条件下（钾离子完全不存在），MthK通道可以通透钠离子；在此基础上加入微量（1 mM）钾离子则阻断钠电流。这一性质与KcsA通道完全不同，反而与其他专家观察到的现象类似，即反常摩尔分数效应。为了深入理解MthK的离子选择性，研究人员通过结晶MthK通道，在获得初始低分辨率晶体生长条件后，结合两个定点突变将晶体衍射能力推进至1.45埃，获得了目前世界上最高分辨率的钾离子通道晶体结构。

在此基础上，研究人员分析了MthK钾离子通道选择性离子筛在三种不同条件下的结构。在完全没有钾离子的条件下，MthK通道的离子筛仍维持通透构象，与功能实验中MthK通道在极端条件下可通透钠离子的现象相符。极高的原子分辨率还使得研究人员能够通过分析钾离子的反常散射，观察到在高钾离子浓度条件下，钾离子在离子筛的四个结合位点均衡分布；在低钾离子浓度条件下，钾离子倾向于结合1、3位点，这与功能实验中微量钾离子阻断钠电流的现象相符。这些结构分析和功能实验为反常摩尔分数效应提供了强有力的解释。

叶升教授于1991年毕业于厦门大学生物学系，1991-1996年在中国科学院生物物理研究所师从梁栋材院士和常文瑞院士获得博士学位，1996-2001年分别在贝勒医科大学和德克萨斯大学西南医学中心从事博士后研究，2001-2005年在圣地亚哥SYRRX INC公司及德克萨斯A&M健康科学中心工作，2005-2008年在德克萨斯大学西南医学中心担任讲师，2008-2009年在哈佛霍普金斯医学研究所担任研究专家，2009年至今担任德克萨斯大学西南医学中心助理教授。