电压门控离子通道功能与结构分子模型

离子通道是细胞膜上特殊跨膜蛋白构成的亲水孔道,越来越多的证据表明其与兴奋性,腺体分泌、机体运动、甚至学习和记忆行为等重要生理现象密切相关,由此该领域成为当今年生命学科广为注目的前沿之一。本将简要介绍离子通道的分类和功能,并侧重阐明通道压控原理有压控通道的跨膜拓扑结构和功能分子模型。     

电压依赖性离子通道门控的分子机制

５０年代Ｈｏｄｇｋｉｎ和Ｈｕｘｌｅｙ双通道模型及其激活与失活学说,正逐步被８０年代以来的分子生物学和电生理学研究所证实。Ｎａ＾＋、Ｋ＾＋离子通道的激活主要决定于高度保守的带正电荷氨基酸残基密集的Ｓ４段,由膜内向膜外方向的拧改锥样旋转。Ｎａ＾＋通道的失活主要与其Ⅲ－Ⅳ功能区之间的胞内连结襻的“铰链盖”样运动有关;Ｋ＾＋通的失活分Ｎ－、Ｃ－、Ｐ－三型,分别发生在Ｎ－、Ｃ－末端和Ｐ区,其Ｎ型失活与Ｎ－末     

生物膜电压门控离子通道的结构和功能性构象

生物膜离子通道具有多种重要的生理功能.近年,已分离、纯化了电压门控的Na~+、Ca~(2+)和K~+通道的蛋白质组分.Na~+和Ca~(2+)通道分别由一个构成离子孔洞的主要亚单位和数目不同的其他亚单位组成,K~+通道是单一的多肽.对Na~+、Ca~(2+)通道主要亚单位和K~+通道的氨基酸序列的测定表明,它们之间有许多相似性.已分别给出了三种通道跨膜排列的二级结构图象.考虑了Na~+通道的功能特性,包括电压敏感性、通道开放动力学、门控电流、神经毒素的作用等,已提出几种Na~+通道功能性构象模型.     

DICE：电压门控离子通道电生理实验数据库

针对现有相关文献中离子通道电生理数据繁多且分散的特点,开发了一套电压门控离子通道电生理实验数据库。数据库中目前主要包括钠离子通道序列数据、调制剂分子结构和序列数据,并收集整理了文献中调制剂和通道相互作用时的电生理学数据和药理学数据。系统实现了数据的收集、录入、存储和查询,为后期进行数据挖掘奠定了基础。用户可以通过网址http：／／biodb．sgst．cn／DICE对数据库进行访问。     

环核苷酸门控离子通道门控的分子机理

环核苷酸门控离子通道(CNG)最广泛地分布于神经细胞。近年来关于 CNG 通道门控的分子机制的研究取得了很大的进步。研究表明, CNG 通道的组成及组装影响通道的特性及门控。近年来有关 CNG 突变体的研究及半胱氨酸残基亲和性的分析表明, 环核苷酸首先结合到 CNG 通道 C 端的环核苷酸结合域(CNBD)上引起 CNBD 空间构像改变, 然后 4 个亚单元发生空间构像的协调改变, CNG 通道开放。本文详细讨论了 CNG 通道的门控机制、各亚单元之间的相互作用、组装的过程及其空间构想的变化, 为 CNG 通道的进一步研究, 尤其是离子通道疾病方面提供理论指导。     

配体门控离子通道受体别构调节研究

配体门控离子通道(LGIC)在中枢神经系统信息处理的过程中起着极其重要的作用,与多种神经性疾病有着密切联系.与受体正位调节作用相比,别构调节效应具有类内源性生理作用、高选择性及不易过度调节的优点,从而避免了一系列不良反应发生.目前,各种LGIC受体超家族均有别构调节剂发现,部分已在临床上得到应用.在未来的研究中,通过建立及完善针对别构调节剂的筛选策略,别构调节剂的发现效率及生物活性将得到极大地提高,更多的药物将会不断涌现.     

电压门控性钾通道的结构和调控机制

电压门控性K 通道是由4个相同亚单位构成的四聚体通道,其中每个亚单位都含有1个电压感受器,并且4个亚单位合起来组成1个中央孔.电压门控性通道蛋白具有3种主要功能,一是离子通透功能,二是门控蛋白构象改变,三是门控与感知机制的偶联.通道具有高通透速率和高选择性,通过构象改变的门控机制有3种,一是S6束交叉门控,二是球链门控,三是选择性滤器的门控.     

植物环核苷酸门控离子通道基因的功能及其调控

环核苷酸(cAMP/cGMP)是生命体重要的信号分子,环核苷酸门控离子通道(CNGC)是环核苷酸主要的受体之一,目前已在植物中克隆并鉴定了多个环核苷酸门控离子通道基因,它们参与调控植物的生长、发育以及抗病等反应.这些通道既可通过一价阳离子,也可通过二价阳离子,其活性受Ca2+/Calmodulin调控.本文概括了近年来植物环核苷酸门控离子通道(CNGC)基因的克隆、植物CNGC对离子的选择特性、CNGC的生物学功能与调控等方面的研究进展.     

环核苷酸门控离子通道的结构、功能及活性调节

环核苷酸门控离子通道（cyclic nucleotide-gated ion channels,CNG）是非选择性的阳离子通道,直接被环核苷酸活化.6个不同基因编码CNG离子通道蛋白,4个A亚单元(A1～A4)和2个B亚单元(B1,B3).CNG离子通道是由2个或3个不同的亚单元组成的异四聚体复合物,是Ca2+进入细胞内的主要通道之一.CNG离子通道的活性可被Ca2+ /CaM及磷酸化/去磷酸化作用所调节,从而改变细胞内钙离子浓度,触发一系列生理效应.近年来CNG离子通道的研究进展神速,成为生命科学的一个热点领域.本文对CNG离子通道的结构、功能及活性调节机制进行了综述.     

电压门控钠通道结构与功能的适应性进化

电压门控钠通道是细胞兴奋性的重要分子基础,在进化演变中远早于神经元。伴随从细菌到脊椎动物的适应性演变,电压门控钠通道逐渐呈现出复杂的结构、功能和亚型多样性,且与诸多人类疾病密切相关。明确电压门控钠通道时空演变的适应性进化,解析电压门控钠通道的功能和结构多样性与人类重大疾病发生机制的相关性,有助于推进电压门控钠通道靶向临床诊疗新策略和新药的发现。     

CIRCADIAN PROFILES IN THE EMBRYONIC CHICK HEART: L-TYPE VOLTAGE-GATED CALCIUM CHANNELS AND SIGNALING PATHWAYS

Circadian clocks exist in the heart tissue and modulate multiple physiological events, from cardiac metabolism to contractile function and expression of circadian oscillator and metabolic-related genes. Ample evidence has demonstrated that there are endogenous circadian oscillators in adult mammalian cardiomyocytes. However, mammalian embryos cannot be entrained independently to light-dark (LD) cycles in vivo without any maternal influence, but circadian genes are well expressed and able to oscillate in embryonic stages. The authors took advantage of using chick embryos that are independent of maternal influences to investigate whether embryonic hearts could be entrained under LD cycles in ovo. The authors found circadian regulation of L-type voltage-gated calcium channels (L-VGCCs), the ion channels responsible for the production of cardiac muscle contraction in embryonic chick hearts. The mRNA levels and protein expression of VGCCα1C and VGCCα1D are under circadian control, and the average L-VGCC current density is significantly larger when cardiomyocytes are recorded during the night than day. The phosphorylation states of several kinases involved in insulin signaling and cardiac metabolism, including extracellular signal-regulated kinase (Erk), stress-activated protein kinase (p38), protein kinase B (Akt), and glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β), are also under circadian control. Both Erk and p38 have been implicated in regulating cardiac contractility and in the development of various pathological states, such as cardiac hypertrophy and heart failure. Even though both Erk and phosphoinositide 3-kinase (PI3K)-Akt signaling pathways participate in complex cellular processes regarding physiological or pathological states of cardiomyocytes, the circadian oscillators in the heart regulate these pathways independently, and both pathways contribute to the circadian regulation of L-VGCCs. (Author correspondence: gko@cvm.tamu.edu)     

昆虫分子生物学的一些进展：神经递质和离子通道

昆虫分子生物学的一些进展：神经递质和离子通道翟启慧（中国科学院动物研究所北京１０００８０）１神经递质神经递质（ｎｅｕｒｏｔｒａｎ。ｍｉｔｔｅｒ）是在化学突触神经ｆＧ。１问传递信息的化学物质。神经递质有许多不同类型,如乙酸胆碱、丫一氨基丁酸、生物胺等。...     

锌离子对氨基酰化酶构象及其稳定性的影响

天然氨基酰化酶和脱谷氨基酰化酶无论在二级结构（用ＣＤ和ＦＴＩＲ监测）还是三级结构上（以荧光发射光谱监测）都有明显的差异,表明了脱锌后酶的有序度降低;当比较天然和脱锌氨基酸化酶对去圬剂的稳定性时,结果表明脱锌后酶的构象的稳定性明显降低．因此可以认为锌离子对维持酶分子活性部位的特定构象以及构象的稳定性具有重要的作用．     

植物寒害和抗寒机制中膜与蛋白质研究的进展

低温对细胞膜体系的损伤是植物寒害的重要机制。膜体系的稳定性与植物的抗寒性成正相关,但不同的细胞膜体系对细胞外结冰的敏感程度是不同的。抗寒锻炼中膜磷脂的生物合成与抗寒力的发展有密切关系,但不是抗寒力发展的前提条件,可能是对发展高水平的抗寒力起作用;而膜脂脂肪酸不饱和度的增加是植物对低温生长的反应,与抗寒性无直接关系。近年来膜脂-膜蛋白相互关系的研究引起研究者们的重视,已在多种植物低温锻炼中观察到抗寒特异蛋白质合成与基因表达均有所改变,并发现抗寒力的诱导主要是在转录水平上的调控。     

海马神经元乙酰胆碱激活通道在不同培养期的功能特性

用膜片箝技术对不同培养期的新生大鼠海马神经元上乙酰胆碱受体单通道特性进行了研究,结果表明不同培养期ＡＣｈ激活通道的电学特性不同。培养早期（１－２ｄ）,２０ｐｓ通道占优势,开放以单个短开放事件为主,平均开放时间小于２ｍｓ．培养后期（１８－２１ｄ）３１,ｐＳ通道为主,开放随膜片的不同可分成两类,即单个短开放（时间常数为０．３５ｍｓ和１．２９ｍｓ）和簇状开放（时间常数为１．１５ｍｓ和９．６ｍｓ）,同时也     

河蟹眼柄神经分泌细胞离子通道的膜片钳研究

采用全细胞膜片钳技术对培养12－24小时不同形态河蟹眼柄视节端髓X器官（MTXO）神经分泌细胞离子通道进行了研究。结果表明,河蟹眼柄MTXO中分布的A、B、C三种类型神经分泌细胞均可记录到由向电流和外向电流组成的正常全细胞电流。内向电流由高电压激活钙离子通道电流（Lca)和对TTX敏感钠离子通道电流（INa）组成。ICa的激活电压为－30mV,在0－ 20mV电压下达到峰值,在－40mV和－70mV保持电压下记录的ICa激活阈值、初始峰值及I－V曲线无明显差别。外向电流明显,幅值较大,包括对4－AP敏感的快速激活、快速失活钾离子通道电流（IA）和对TEA敏感的缓慢激活、缓慢失活钾离子通道电流（IK）。正常蟹种、二龄成蟹和早熟蟹种MTXO神经分泌细胞均表达电压门控钠、钾、钙离子通道,通道电流和电压特征无明显区别.     

百日咳毒素对棉铃虫神经细胞电压门控钠、钙通道的调节作用

用膜片钳技术研究了百日咳毒素对离体培养的棉铃虫幼虫中枢神经细胞电压门控钠、钙通道的影响。结果表明,对照组细胞钠通道在-50～-40mV激活,在-20mV左右电流达到最大值,在记录的20min内、电流．电压关系曲线(I-V)和电流幅值未有明显变化;细胞与百日咳毒素预孵后,钠通道在-40mV左右激活,电流在0mV左右达到最大值,在记录过程中,激活电压和峰值电压继续向正方向移动约10mV、电流持续下降。对照组钙通道在-40～-30mV激活,在0mV左右电流达峰值;经百日咳毒素处理后,I-V曲线向负电位方向移动约10mV,在记录过程中,I-V曲线继续向负电位方向移动,电流的衰减(rundown)现象比对照组严重．此外,百日咳毒素处理引起钙电流达到峰值的时问显著延长。结果提示,百日咳毒素敏感的G蛋白(Gi)可能通过直接途径或间接途径调节棉铃虫神经细胞钠、钙通道的电压敏感性和开放几率以及钙通道由备用态向激活态转化的速度。同时,经百日咳毒素处理后钠通道的,I-V曲线与抗性棉铃虫I-V曲线非常相似,可能暗示Gi蛋白在棉铃虫抗药性形成中发挥作用。     

大鼠纹状体神经元中乙酰胆碱激活的离子通道

用膜片钳技术对培养的纹状体神经元膜上的乙酰胆碱激活的离子通道进行了研究。结果表明,单通道电流为内向电流,随着超极化程度增大而增加,随着去极化程度增大而减少;翻转电位为１５．０±６．１ｍＶ,电导为８２．７１±１６．１７ｐＳ;通道的开放时间分布直方图和关闭时间分布直方图均需双指数拟合,开放时间分布直方图的时间常数分别为１．９３ｍｓ和５．７３ｍｓ,关闭时间分布直方图的时间常数则为０．５２８ｍｓ和２．３２ｍｓ;通道的平均开放时间和开放概率均与超极化程度无明显相关关系。由于电极液中含ＡＣｈ和Ｋ￣＋通道阻断剂Ｃｓ￣＋而不含Ｎａ￣＋或Ｃａ￣（２＋）,且浴槽液中含Ｎａ￣＋通道阻断剂河豚毒素,因此可排除内向Ｎａ￣＋流、Ｃａ￣（２＋）流和Ｋ￣＋流,提示内向电流为ＡＣｈ激活的通道电流。     

蚕豆气孔运动中水通道和离子通道的作用和地位的探讨

 用不同浓度HgCl2、LaCl3和TEACl (Tetraethylammonium chloride)处理蚕豆(Vicia faba)叶片下表皮条,发现HgCl2能显著抑制气孔开闭,Ca2+通道阻塞剂LaCl3或K+通道阻塞剂TEACl处理也都有一定程度的抑制。三者的作用效果HgCl2>>LaCl3>TEACl。用HgCl2+LaCl3、HgCl2+TEACl或HgCl2+LaCl3+TEACl处理,则气孔开闭运动几乎完全被抑制。表明：蚕豆气孔运动中,保卫细胞胀缩主要是水通道直接参与保卫细胞与叶肉细胞间水流的调节引起的,离子通道起间接次要作用,二者共同引起保卫细胞体积变化而导致气孔开闭。