细胞膜上的通道蛋白

(二)通道蛋白(channel protein)
是跨膜的亲水性通道,允许适当大小的离子顺浓度梯度通
过,故又称离子通道.
有些通道蛋白长期开放,如钾泄漏通道;
有些通道蛋白平时处于关闭状态,仅在特定刺激下才打
开,又称为门通道(gated channel).主要有4类:电位
门通道,配体门通道,环核苷酸门通道,机械门通道.
Ion ChannelsIon Channels
--------oror--------
1,配体门通道(ligandgated channel)
特点:受体与细胞外的配体结合,引起门通道蛋白发生构
象变化,"门"打开.又称离子通道型受体.
可分为阳离子通道,如乙酰胆碱,谷氨酸和五羟色胺受
体,和阴离子通道,如甘氨酸和γ-氨基丁酸受体.
Ach受体是由4种不同的亚单位组成的5聚体蛋白质,形
成一个结构为α2βγδ的梅花状通道样结构,其中的两
个α亚单位是同两分子Ach相结合的部位.
Nicotinic acetylcholine receptor
Three conformation of the acetylcholine receptor
2,电位门通道(voltage gated channel)
特点:细胞内或细胞外特异离子浓度或电位发生变化时,
致使其构象变化,"门"打开.
K+电位门有四个亚单位,每个亚基有6个跨膜α螺旋(S1-
S6) ,N和C端均位于胞质面.连接S5-S6段的发夹样β折
叠(P区或H5区),构成通道的内衬,大小可允许K+通过.
K+通道具有三种状态:开启,关闭和失活.目前认为S4
段是电压感受器.
Na+,K+,Ca2+三种电压门通道结构相似,在进化上是由
同一个远祖基因演化而来.
Voltage gated K+channel
KK++
channelchannel
4th subunit not shown
Ion-channel linked receptors in neurotransmission
神经肌肉接点由Ach门控通道开放而出现终板电位时,可使肌细胞膜中的电位
门Na+通道和K+通道相继激活,出现动作电位;引起肌质网Ca2+通道打开,
Ca2+进入细胞质,引发肌肉收缩.
3,环核苷酸门通道
CNG通道与电压门钾通道结构相似,也有6个跨膜片段.
细胞内的C末端较长,上面有环核苷酸的结合位点.
CNG通道分布于化学感受器和光感受器中,与膜外信号的
转换有关.
-如气味分子与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合,可激活腺
苷酸环化酶,产生cAMP,开启cAMP门控阳离子通道(cAMP-
gated cation channel),引起钠离子内流,膜去极化,产生神经
冲动,最终形成嗅觉或味觉.
4,机械门通道
感受摩擦力,压力,牵拉力,重力,剪切力等.细胞将机
械刺激的信号转化为电化学信号,引起细胞反应的过程称
为机械信号转导(mechanotransduction).
目前比较明确的有两类机械门通道,其一是牵拉活化或失
活的离子通道,另一类是剪切力敏感的离子通道,前者几
乎存在于所有的细胞膜(如:血管内皮细胞,心肌细胞,
内耳毛细胞),后者仅发现于内皮细胞和心肌细胞.
牵拉敏感的离子通道的特点:对离子的无选择性,无方向
性,非线性以及无潜伏期.为2价或1价的阳离子通道,有
Na+,K+,Ca2+,以Ca2+为主.
5,水通道
水扩散通过人工膜的速率很低,人们推测膜上有水通道.
1991年Agre发现第一个水通道蛋白CHIP28 (28 KD ),
他将CHIP28的mRNA注入非洲爪蟾的卵母细胞中,在低
渗溶液中,卵母细胞迅速膨胀,5 分钟内破裂.细胞的这
种吸水膨胀现象会被Hg2+抑制.
2003年Agre与离子通道的研究者MacKinnon同获诺贝尔
化学奖.
目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种,被命名
为水通道蛋白(Aquaporin,AQP).
2003年,美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农,分别
因对细胞膜水通道,离子通道结构和机理研究而获诺贝尔化
学奖.
Peter Agre Roderick MacKinnon