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(lèi)無(wú)機(jī)離子跨膜被動(dòng)運(yùn)輸的通路。生物膜對(duì)無(wú)機(jī)離子的跨膜運(yùn)輸有被動(dòng)運(yùn)輸(順離子含量梯度)和主動(dòng)運(yùn)輸(逆離子含量梯度)兩種方法。被動(dòng)運(yùn)輸?shù)耐贩Q(chēng)離子通道,主動(dòng)運(yùn)輸?shù)碾x子載體稱(chēng)為離子泵。生物膜對(duì)離子的私密性與多種生命活動(dòng)過(guò)程密切相關(guān)。諸如,體會(huì)器電位的發(fā)生,神經(jīng)亢奮與傳導(dǎo)和中樞神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)控功能,腎臟搏動(dòng),平滑肌蠕動(dòng),骨骼肌收縮,激素分泌,光合作用和氧化乙酸化過(guò)程中跨膜質(zhì)子梯度的產(chǎn)生等。細(xì)胞膜離子通道細(xì)胞膜上離子通道的功能,不僅可以調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓,也是維持細(xì)胞膜電位的重要分子,而神經(jīng)細(xì)胞要進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo),便是靠離子的進(jìn)出以導(dǎo)致膜電位的變化。盡管科學(xué)家對(duì)于細(xì)胞膜上離子通道已有相當(dāng)程度的了解細(xì)胞膜離子通道,對(duì)于離子通道所具有的特殊選擇性,也從能蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)大略獲得解釋,并且仍然缺少一套完整詳盡的分子作用機(jī)制。緣由是,要作出膜蛋白三維結(jié)構(gòu)的高解析度影像,特別不容易。1998年細(xì)胞膜離子通道,麥金農(nóng)作出了鏈霉菌的離子通道蛋白質(zhì)KcsA的高解析三維結(jié)構(gòu)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(guò),卻不容許同宗元素中容積更小的鈉離子(Na+)通過(guò),這令科學(xué)家百思不得其解。并且麥金農(nóng)按照KcsA的立體結(jié)構(gòu),發(fā)覺(jué)離子通道中“濾嘴”邊上的四個(gè)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(guò)通道,一如在水底一樣;但鈉離子規(guī)格較小,未能順利接上濾嘴角上的四個(gè)氧原子,因而只能留在水堿液,而難以輕易穿過(guò)通道。而離子通道的開(kāi)關(guān)會(huì)遭到細(xì)胞的控制,麥金農(nóng)發(fā)覺(jué),離子通道的頂部有個(gè)閘門(mén),當(dāng)離子通道接收到特定的信號(hào),離子通道蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)便會(huì)發(fā)生改變,因而導(dǎo)致閘門(mén)的開(kāi)關(guān)。麥金農(nóng)對(duì)于鉀離子通道的結(jié)構(gòu)與作用機(jī)制的研究,是生物物理、生物化學(xué)等領(lǐng)域的一大突破,也為神經(jīng)疾患、肌肉與腎臟疾患的新抗生素開(kāi)發(fā),指引了新的方向。離子通道蛋白和載體蛋白的優(yōu)缺相同點(diǎn):物理本質(zhì)均為蛋白質(zhì)、分布均在細(xì)胞的膜結(jié)構(gòu)中、都有控制特定物質(zhì)跨膜運(yùn)輸?shù)墓δ懿煌c(diǎn):1.通道蛋白參與的只是被動(dòng)運(yùn)輸,在運(yùn)輸過(guò)程中并不與被運(yùn)輸?shù)姆肿咏Y(jié)合,也不會(huì)聯(lián)通,而且是從高含量向低含量運(yùn)輸,所以運(yùn)輸時(shí)不消耗能量。
2.載體蛋白參與的有主動(dòng)運(yùn)輸和協(xié)助擴(kuò)散,在運(yùn)輸過(guò)程中與相應(yīng)的分子結(jié)合,而且會(huì)聯(lián)通。在主動(dòng)運(yùn)輸過(guò)程中由低含量側(cè)向高含量運(yùn)動(dòng),且消耗代謝能量;在協(xié)助擴(kuò)散過(guò)程中,由高含量側(cè)向低含量側(cè)運(yùn)動(dòng),不消耗代謝能。(注;協(xié)助擴(kuò)散也屬于被動(dòng)運(yùn)輸)被動(dòng)運(yùn)輸科技名詞定義英文名稱(chēng):被動(dòng)運(yùn)輸中文名稱(chēng):其他名稱(chēng):被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)定義:離子或小分子在含量差或電位差的驅(qū)動(dòng)下順電物理梯度穿膜的運(yùn)輸方法。所屬學(xué)科:細(xì)胞生物學(xué)(一級(jí)學(xué)科);細(xì)胞生理(二級(jí)學(xué)科)本內(nèi)容由全省科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會(huì)審定公布目錄?被動(dòng)運(yùn)輸一、簡(jiǎn)單擴(kuò)散?二、協(xié)助擴(kuò)散?體蛋白主要有離子載體和通道蛋白兩種類(lèi)型(一)離子載體?(二)通道蛋白門(mén)通道可以分為四類(lèi)(圖5-4):?圖5-4各種離子通道1、配體門(mén)通道?2、電位門(mén)通道?3