生物膜離子通道生物膜離子通道示意圖生物膜離子通道(ionof)是各類無機離子跨膜被動運輸的通路。生物膜對無機離子的跨膜運輸有被動運輸(順離子含量梯度)和主動運輸(逆離子含量梯度)兩種方法。被動運輸的通路稱離子通道,主動運輸的離子載體稱為離子泵。生物膜對離子的私密性與多種生命活動過程密切相關。諸如,體會器電位的發生,神經亢奮與傳導和中樞神經系統的調控功能,腎臟搏動,平滑肌蠕動,骨骼肌收縮,激素分泌,光合作用和氧化乙酸化過程中跨膜質子梯度的產生等。細胞膜離子通道細胞膜上離子通道的功能,不僅可以調節細胞內外的滲透壓,也是維持細胞膜電位的重要分子,而神經細胞要進行信號傳導,便是靠離子的進出以導致膜電位的變化。盡管科學家對于細胞膜上離子通道已有相當程度的了解細胞膜離子通道,對于離子通道所具有的特殊選擇性,也從能蛋白質的結構大略獲得解釋,并且仍然缺少一套完整詳盡的分子作用機制。緣由是,要作出膜蛋白三維結構的高解析度影像,特別不容易。1998年細胞膜離子通道,麥金農作出了鏈霉菌的離子通道蛋白質KcsA的高解析三維結構影像,并首度從原子層次去了解離子通道的作用形式。
KcsA離子通道中有一種“濾嘴”,能讓鉀離子(K+)通過,卻不容許同宗元素中容積更小的鈉離子(Na+)通過,這令科學家百思不得其解。并且麥金農按照KcsA的立體結構,發覺離子通道中“濾嘴”邊上的四個氧原子的位置,正好跟鉀離子在水氨水中的情況一樣,借以濾嘴角上的氧與水份子的氧距離相同,所以鉀離子就能安然通過通道,一如在水底一樣;但鈉離子規格較小,未能順利接上濾嘴角上的四個氧原子,因而只能留在水堿液,而難以輕易穿過通道。而離子通道的開關會遭到細胞的控制,麥金農發覺,離子通道的頂部有個閘門,當離子通道接收到特定的信號,離子通道蛋白質結構便會發生改變,因而導致閘門的開關。麥金農對于鉀離子通道的結構與作用機制的研究,是生物物理、生物化學等領域的一大突破,也為神經疾患、肌肉與腎臟疾患的新抗生素開發,指引了新的方向。離子通道蛋白和載體蛋白的優缺相同點:物理本質均為蛋白質、分布均在細胞的膜結構中、都有控制特定物質跨膜運輸的功能不同點:1.通道蛋白參與的只是被動運輸,在運輸過程中并不與被運輸的分子結合,也不會聯通,而且是從高含量向低含量運輸,所以運輸時不消耗能量。
2.載體蛋白參與的有主動運輸和協助擴散,在運輸過程中與相應的分子結合,而且會聯通。在主動運輸過程中由低含量側向高含量運動,且消耗代謝能量;在協助擴散過程中,由高含量側向低含量側運動,不消耗代謝能。(注;協助擴散也屬于被動運輸)被動運輸科技名詞定義英文名稱:被動運輸中文名稱:其他名稱:被動轉運定義:離子或小分子在含量差或電位差的驅動下順電物理梯度穿膜的運輸方法。所屬學科:細胞生物學(一級學科);細胞生理(二級學科)本內容由全省科學技術名詞審定委員會審定公布目錄?被動運輸一、簡單擴散?二、協助擴散?體蛋白主要有離子載體和通道蛋白兩種類型(一)離子載體?(二)通道蛋白門通道可以分為四類(圖5-4):?圖5-4各種離子通道1、配體門通道?2、電位門通道?3