生命科学研究的又一个里程碑——记2003年度诺贝尔化学奖

瑞典皇家科学院宣布 ,美国的两位科学家Agre和MacKinnon ,因他们在细胞膜物质转运通道蛋白质研究方面的重要发现分享 2 0 0 3年度诺贝尔化学奖 .Agre发现了水通道 (waterchannel) ,并且解释了水通道对水分子的选择性通透等重要特性 ;MacKinnon确立了K 离子通道的高分辨率的三维结构 ,并且详细地阐明了其离子选择性等功能机制 .两位科学家把他们对科学研究前沿领域的高度敏感性与科学的方法论紧密结合在一起 .他们从化学基础研究出发 ,为生命科学前沿领域后基因组的研究作出了卓越贡献     

细胞运动中的水通道蛋白 ———细胞迁移及相关生理和病理机制的新视点

细胞迁移 (cell migration) 在机体生命活动中的胚胎发育、免疫防御、损伤修复、血管新生以及肿瘤转移等许多重要生理和病理过程中发挥核心作用 . 越来越多的证据表明,细胞迁移中处于极性分布的细胞膜离子通道和离子转运体可以通过调节细胞体积变化协助细胞的移动 . 然而细胞膜水转运机制在这一过程中的作用尚未阐明 . Saadoun 等 2005 年 4 月发表于《自然》杂志上的一项研究发现细胞膜水通道蛋白在细胞迁移中发挥重要作用 . 为细胞迁移的分子机制增加了新的内容,也为水通道基因功能研究开启了一个新的领域 .     

电压门控性离子通道的药理

一、引言离子通道是细胞膜上的特殊蛋白质大分子,在脂质双层膜上构成具有高度选择性的亲水性孔道,容许适当大小和适当电荷的离子通过。细胞膜内、外离子浓度差决定离子扩散的方向。大多数离子通道大部分时间是关闭的,只是在特殊刺激下,打开的机率才大大增加,这种现象称为门控(gating)。通道蛋白的构象     

稀土离子对磷脂酰胆碱脂质体及人红细胞膜自由基氧化的影响

通过荧光和电泳方法研究了稀土离子对磷脂酰胆碱（PC）脂质体及人红细胞膜脂质过氧化的影响．结果表明稀土离子（除钇外）都能够强烈的抑制膜的脂质过氧化,其作用强度随不同的稀土离子可有较大的差别．稀土离子对分离的人红细胞膜的脂质过氧化的抑制作用比对PC脂质体更强．但是,对完整红细胞用稀土离子处理反而会导致膜的脂质过氧化大大加强．     

从Na^＋.K^＋在细胞膜上的转运谈肾小管的重吸收

近十余年来,由于分子生物学的高速发展,人们对细胞膜已有了较深刻的认识。它系一种“流体镶嵌”结构,是由双层脂质与蛋白质分子按二维排列构成的复合体。嵌入脂质的膜蚕白其分布有明显的不对称性。由于膜的这种特殊性存在,因而绝大多数分子、离子难以通过细胞膜,仅脂溶性物质和气体以及某些药物易于直接通过,一些阳离子如Na~ 、K~ 、Ca~ 等均为强极性的水化离子,故难以通过细胞膜脂质疏水区。因而阳离子通过细胞膜时必须借助膜上的转运系统,这就是离子通道和离子载体。     

可兴奋膜离子通道在磷脂双层的重装

磷脂双层-通道重装技术现已广泛用于研究细胞膜断片的单离子通道的行为和监测通道蛋白纯化过程中的通道活性。最近的技术发展是利用斑片钳微管由蛋白-磷脂单层拼叠磷脂双层或直接与大脂质体形成兆欧封接。这些方法为在分子水平上分别单独分析通道与膜电位、离子以及药物活性物质的相互作用,为“在位”无法接近的膜通道的生理研究,提供了重要手段。随着越来越多的通道蛋白被分离、纯化,通道重装将变得更加重要。本文评述了这些方法及进展。     

稀土离子对磷脂酰胆碱脂质体及人红细胞膜自由基氧化的影响

通过荧光和电泳方法研究了稀土离子对磷脂酰胆碱脂质体及人红细胞膜脂持过氧化的影响。结果表明稀土离子都能够强烈的抑制膜的脂质过氧化,春作用强度随不同的稀土离子要有较大的判别稀土离子对分离的人红细胞膜的脂质过氧化的抑制作用比对ＰＣ脂质体更强。     

电压门控钠离子通道疾病的研究进展

细胞膜上的电压门控钠离子通道（Voltage-gated Sodium Channels,VGSCs）是细胞形成动作电位过程中重要的组成构件,由一个大的α亚基和一个或多个不同的β亚基组成,中央是具高度选择性只允许钠离子通过的亲水通道。电压门控钠离子通道在调节细胞膜电位、维持细胞离子稳态、细胞增殖和凋亡等生理过程中发挥着重要作用,因而钠离子通道自身的异变或是相关基因的变异都可能引起一系列身体病变。本文主要介绍了电压门控钠离子通道的结构与功能,阐述了其与癌细胞侵袭转移和神经病理性疼痛的关系,并介绍了几种典型的由钠离子通道基因变异引起的疾病。随着对电压门控钠离子通道及其异常分子机制研究的不断深入,新成果将为生理学、药理学和病理学等领域的研究提供理论基础和新的研究思路,为离子通道疾病的临床预防、诊断与治疗找到新途径。     

氯通道膜蛋白内部Cl-/H+耦合转运机制研究进展

氯通道是细胞膜上一类离子选择性跨膜蛋白,其功能是调节细胞内部溶液pH、细胞容积、盐类离子转运以及细胞电兴奋性。按照离子输运方式的差异,氯通道膜蛋白可分为氯离子通道和Cl^-/H⁺转运体两类,其中Cl^-/H⁺转运体内部的离子转运过程具有显著耦合性,且该过程需要借助水分子参与。本文针对Cl^-/H⁺耦合转运微观机制研究进行总结及展望,为氯通道实验研究、临床疾病诊治和新药研发提供理论依据。     

水通道蛋白——一次意外的发现

2003年,PeterAgre因发现细胞膜水通道而获得诺贝尔化学奖。水是所有细胞中、血液中以及植物汁液中的溶剂,既是生物体内各种化学反应的介质,自身也参与各种反应。因此,水的代谢对于生物个体来说至关重要。就水进出细胞的方式、水通道蛋白的发现过程及其现状进行简单介绍。     

当归及其炮制品水提物体外抗脂质过氧化作用

为了研究当归及其不同炮制品水提物抗脂质过氧化的作用。采用体外小鼠肝组织自发性脂质过氧化、H2O2诱导的红细胞膜脂质过氧化和溶血反应,评价了当归及其炮制品水提物对脂质过氧化的抑制作用。结果表明当归及其不同炮制品水提物体外对肝组织自发性脂质过氧化的抑制能力为当归碳酒当归生当归油当归土当归;对H2O2诱导的红细胞膜脂质过氧化的抑制能力为当归碳土当归生当归酒当归油当归;对H2O2诱导的溶血作用的抑制能力为酒当归当归碳土当归油当归生当归,且抑制效果均呈现良好的剂量依赖关系。说明当归及其不同炮制品水提物体外都具有一定的抗脂质过氧化的作用,其中抗肝组织自发性脂质过氧化和H2O2诱导的红细胞膜脂质过氧化的能力以当归碳最好,而抗H2O2诱导的溶血作用以酒当归最好。     

当归水提液和醇提液体外抗脂质过氧化和红细胞溶血作用

研究当归水提液和醇提液对小鼠肝组织自发性过氧化酯质分解产物丙二醛（malondialdehyde,MDA）的生成和对红细胞膜脂质过氧化及红细胞溶血作用的影响。采用TBA比色法测定肝组织匀浆MDA生成,分光光度法测定过氧化氢诱导红细胞膜脂质过氧化和溶血。实验分为空白组、对照组、加药组。加药组分为25、50、100和200mg/mL四个浓度组。当归水提液和醇提液均在25～200mg／mL的浓度范围内,能够明显抑制小鼠肝组织匀浆自发性MDA的生成,具有抑制过氧化氢诱导红细胞膜脂质过氧化和溶血的作用,抑制效果随当归水提液和醇提液浓度的增大而逐渐增强,抑制率与药物浓度成良好的量效关系。当归水提液和醇提液具有抗脂质过氧化和红细胞溶血的作用。     

植物质膜水通道蛋白转运及逆境胁迫响应的分子调控机制

质膜水通道蛋白即质膜内在蛋白(plasma membrane intrinsic proteins, PIPs),属于通道蛋白,定位在质膜上,是植物体内水分子、CO₂及其他一些小分子溶质跨细胞膜运输的通道。PIPs对运输基质具有高度选择性,在维持植物细胞的水分平衡过程中发挥重要作用。PIPs的表达、活性与定位不但受转录水平和翻译后水平的调控,而且受外界环境影响。研究表明在非生物胁迫下,PIPs表达模式和定位会发生改变。本文重点阐述了PIPs转运的分子机制、转录水平及翻译后水平的调控机制以及PIPs对非生物胁迫的响应机制,分析了目前关于PIPs的研究动态和值得探究的研究方向,以期帮助相关领域的科研人员对PIPs的研究进展有更深入地了解。     

细胞膜的不对称性与流动性

细胞膜主要由蛋白质和脂质组成,此外,尚有少量的糖和微量的核酸、水和金属离子。 1895年Overton在研究各种未受精卵细胞的通透性时发现脂溶性物质很容易透过细胞膜,而非脂溶性的物质穿透十分缓慢。由此,他认为细胞表面存在着一层脂质。 1925年德国的Gorter和Grendel在用丙酮抽提红细胞膜的脂质后,将其在空气—水的界面上展开成单分子层时,这个单分子层的面积相当于原来红细胞表面积的两倍。据此,他们提出红细胞膜是由两层脂质分子组成的。 1931年Danielli发现细胞的表面张力显著     

衰老及促智药影响神经细胞膜流动性机制的研究进展

细胞膜流动性通常是指膜脂质的流动性。神经细胞膜功能的正常进行要求膜脂质保持适宜的流动状态。膜流动性改变将导致膜电位、离子通透性、跨膜物质运输、信号转导等一系列改变。老年动物及阿尔茨海默氏病(AD)患者脑神经细胞膜流动性显著降低,主要与自由基增多引起的脂质过氧化反应、神经细胞钙平衡失调有关,此外,还与其脑内神经元上的受体密度、β-淀粉样蛋白沉积有关。促智药(吡咯烷酮类、人参皂甙、银杏叶提取物EGb761)能明显增强老年动物及AD患者脑神经细胞膜的流动性。     

植物水通道蛋白的干旱应答机制研究进展

干旱胁迫是严重影响全球作物生产的非生物胁迫之一,研究植物耐旱机制已成为一个重要领域。水通道蛋白是一类特异、高效转运水及其它小分子底物的膜通道蛋白,在植物中具有丰富的亚型,参与调节植物的水分吸收和运输。近10年来,水通道蛋白在植物不同生理过程中的作用,一直受到研究人员的关注,特别是在非生物胁迫方面,而研究表明水通道蛋白在干旱胁迫下对植物的耐旱性起着至关重要的作用,能维持细胞水分稳态和调控环境胁迫快速响应。水通道蛋白在植物耐旱过程中的调控机制及功能较复杂,而关于其应答机制和不同亚型功能性研究的报道甚少。该文综述了植物水通道蛋白的分类、结构、表达调控和活性调节,分别从植物水通道蛋白响应干旱表达调控机制、水通道蛋白基因表达的时空特异性、水通道蛋白基因的表达与蛋白丰度,水通道蛋白基因的耐旱转化四个方面阐明干旱胁迫下植物水通道蛋白的表达,重点阐述其参与植物干旱胁迫应答的作用机制,并提出水通道蛋白研究的主要方向。     

2003年度诺贝尔化学奖和生理医学奖揭晓

瑞典皇家科学院于 1 0月 8日宣布 ,授予美国科学家彼德·阿格雷、罗德里克·麦金农 2 0 0 3年化学奖 ,以表彰他们在细胞膜通道研究中做出的开创性工作。 1 0 0多年前 ,科学家就推测细胞中存在输送水分子的特殊通道 ,但直到 1 988年 ,在阿格雷成功地分离出一种膜蛋白后 ,人们才意识到这就是科学界在漫长岁月中苦苦探索的细胞膜水通道。由此 ,生物体水通道的生理学、生物化学和遗传学研究得以迅速开展。另一种细胞膜通道———细胞膜离子通道能够产生信号 ,在神经系统中传递信息 ,它与神经系统和肌肉方面的许多疾病有关。麦金农于 1 998年对钾…     

瞬时受体电位通道研究进展

瞬时受体电位通道(TRP channels)是位于细胞膜上的一类重要的阳离子通道超家族.根据氨基酸序列的同源性,将已发现的28种哺乳动物,TRP通道分为:TRPC、TRPV、TRPM、TRPA、TRPP和TRPML 6个亚家族.所有的TRP通道都具有6次跨膜结构域.不同的TRP通道对钙离子和钠离子选择性不同.TRP通道分布广泛,调节机制各异,通过感受细胞内外环境的各种刺激,参与痛温觉、机械感觉、味觉的发生和维持细胞内外环境的离子稳态等众多生命活动.     

膜片钳技术及其在抗菌肽作用机制研究中的应用

抗菌肽是广泛存在于自然界生物体内的一类具有抗微生物、抗肿瘤等活性的多肽,有关抗菌肽作用机理的研究是近年来的热点之一。膜片钳技术自发明以来演化出适合不同研究需要的多种记录模式,并成为现代膜生物学和电生理学研究的重要手段。利用该技术对跨膜离子电流的记录分析,可以对细胞膜离子通道、膜选择性通透以及通道调节机制等方面进行深入的研究。本文介绍了抗菌肽的分类、组成及理化性质,阐述了膜片钳技术在抗菌肽对细菌细胞膜作用机制研究中的应用及最新研究进展。     

TRP通道超家族的基本特征及其与疾病的关系

瞬时受体电位通道(transient receptor potential channel, TRP)是细胞膜上的一类阳离子通道,广泛参与感知各种细胞内外刺激及维持离子稳态等多种生命活动。TRP通道超家族的成员均具有六个跨膜片段、不同程度的序列同源性以及能够渗透阳离子等相似之处,也显示出特异性的激活机制和阳离子选择性。TRP通道在细胞快速感受外界刺激以及细胞增殖、分化和凋亡等方面起着至关重要的作用,其表达或者活性异常能够引起严重的人类疾病。因此,TRP通道在细胞以及人类健康中发挥着重要作用。该文拟从TRP通道超家族的基本特征、门控特性以及TRP通道活性失调导致疾病的机制三个主要方面进行综述,促使人们全面了解TRP通道超家族。