大电导钾离子通道(bk)结构与功能的研究进展 - 生物化学与生物物理进展.pdf

生物化学与生物物理进展 Progress in Biochemistry and Biop hys ics 2015, 42(4): 3 13~322 电导钾离子通道(BK)结构与功能的研究进展* 王彦婷 郭西英 黄智刚 汪 盛** (华中科技大学生命科学与技术学院分子生物物理教育部重点实验室，武汉430074) 摘要 大电导钙离子激活钾通道(BK)是细胞膜上唯一接受细胞内Ca2+ 和膜电位双重调控的离子通道 必威体育精装版发表的关于BK 通 道电镜结构及其胞质功能域的晶体结构的文章，第一次展示了BK 通道各亚基的组装，并证实通道各功能域在通道门控机制 中存在紧密的相互作用 近年来，针对BK 通道的功能调节及其门控动力学模拟的研究取得较多进展，有助于更好地理解 BK 通道发挥生理功能的门控机制，并揭示BK 通道相关疾病的病理生理学基础 关键词 BK 通道，大电导，电压敏感功能域，门控环，动力学模拟，辅助亚基，剪接突变体 学科分类号 Q6 ，Q71 DOI: 10.16476/j .pibb .2014.0347 离子通道广泛存在于动植物、单细胞或多细胞 potassium channels，Kv) Kv 通道由孔道形成亚基 生物中，它们与各种生命活动密切相关 离子通道 与若干辅助亚基构成，其门控机制具有明显的电 的基本生理功能是在兴奋性的神经、肌肉组织上产 压依赖性 亚基通常包含 6 个跨膜螺旋片段 生细胞生物电活动，并通过生物电信号的传播衍生 (S1～S6)，其中S4 上分布了一系列正电荷氨基酸 出一系列包括腺体分泌、心脏搏动，甚至学习和记 残基 传统的Kv 通道激活模型认为，膜去极化使 忆 重要的高级神经活动 S4 的带电残基位置偏移，导致通道开放 Jiang [2] 通过对KvAP 通道的研究，提出新的划桨模型：膜 1 离子通道的研究历史 去极化时，通道 S4 与 S3b 形成共轭 螺旋体 1952 年，Hodgkin 和Huxley 利用电压钳技术， (S4-S3b)，它们在细胞膜 侧摆动使通道开放 Kv 在枪乌贼的巨神经轴突上对细胞膜的电流、电导进 通道分为三种类型：延迟整流钾通道、A 型瞬时钾 [1] 行了深入的定量研究并首次提出离子通道的概念 . 通道和钙离子激活钾通道(KCa) KCa 通道常与L型、 1976 年，Neher 和Sakman 发明膜片钳技术，这是 P/Q 型、N 型 多种钙离子通道耦合 一种以记录离子电流反映单一的或多个离子通道分 2 1 电导钙离子激活钾通道 子活动的技术，为研究通道结构和功能提供了有力 KCa 通道中较为特殊的一类是大电导钙离子激 工具，他们因此分享了1991 年诺贝尔生理学或医 活钾通道(BK)，其单通道电导可达100～300 ps ，明 学奖 1998 年，Roderick MacKinnon 利用X 射线 显区别于其他家族成员，如小电导钾通道(4～20 ps)、 晶体成像技术，第一次在原子水平展示了钾离子通 中电导钾通道(20～80 ps) BK 通道的独特性不仅 道KcsA 的结构，并揭示由不同细胞信号控制开关 在于其较大的单通道电导，还表现在它受到细胞内 的离子通道的工作原理 Roderick MacKinnon 以其 Ca2+ 和膜去极化信号的双重调控 对 种信号的整 开创性的研究工作荣膺2003 年诺贝尔化学奖 2 电压门控钾离子通道 * 国家重点基础研究发展计划(20 10CB529804)和中央高校基本科研 钾离子通道是分布最广、亚型最多的一类离子 业务费专