打开神经元的分子开关(附图)

　　

当你浏览这篇文章时，你眼中的神经细胞正在飞快地向大脑传递着信号。就像所有神经元一样，这些细胞需要依靠那些控制离子流进出细胞的蛋白质。新的研究揭示出这样一种离子通道的结构，其结构极其简单而完全出乎人们的意料。

为了能使电脉冲沿着神经纤维向下传递，神经元需要依靠存在于膜上的离子通道——通道的开启和关闭是对细胞内外电位差变化产生的反应。尽管科学家研究这些离子通道的功能已经有几十年了，却很难确定它们的三维结构。为了使一种蛋白质的结构形象化，生物学家需要对经过提纯的蛋白质晶体的X-射线衍射模型进行分析。然而，从细胞膜上提取蛋白质需要用洗涤剂进行处理，而洗涤剂会覆盖在蛋白质上，使结晶过程变得困难。另一个问题是这些蛋白质的弹性会妨碍刚性晶体的形成。

为了克服这个问题，美国纽约市洛克菲勒大学的生物物理学家Youxing Jiang和Roderick MacKinnon及其同事将蛋白质的“软臂”与抗体相连，使其能够结[AD340X300] 晶，从而得以观察蛋白质的结构。他们发现，该蛋白质上能够感受电位变化的4个桨状区域向细胞膜内侧伸出，而不是像最初猜想的那样卷曲在通道中心处。

研究人员在桨状区域的不同部位连接上一个小分子，并使改变后的通道置于一张平坦的膜上，从而测定了它们是如何对电势变化作出反应的。通过改变膜电位并追踪附着分子的位置，研究人员得以描绘出离子门控机制的作用情况。当细胞内部带正电时，每个桨状区域的正电端就从膜上朝向细胞的一侧转向外侧。当它从一侧转向另一侧的过程中，就像杠杆一样打开通道中心的小孔，允许钾离子流出细胞。研究小组在近日《自然》杂志上的两篇论文中报告了这一结果。他们认为，来自嗜热古菌中的这一通道与哺乳动物体内的电压门控通道具有相同的作用机制。

耶鲁大学的生理学家Fred Sigworth表示：“这是一项了不起的工作。”他指出，这种电位传感器桨状模型事后看来“简单而且显而易见”，但他也补充说，带有正电的桨状区域怎样在油性的细胞膜内侧定位，而不是像其化学特性所要求的那样寻找一种含水环境？这仍是个有待解决的问题。

摘自 科学时报