生理學/化學門控通道

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生理學

細胞的基本功能
- 細胞的跨膜信號傳遞功能
  - 由具有特異感受結構的通道蛋白質完成的跨膜信號傳遞
    - 化學門控通道
    - 電壓門控通道
    - 機械門控通道

對這種跨膜信號的傳遞方式的研究，最早是從對運動神經纖維末梢釋放的乙酰膽堿（Ach）如何引起它所支配的骨骼肌細胞興奮的研究開始的。早已知道，當神經沖動到達神經末梢處時，先是由末梢釋放一定數量的Ach分子，后者再同肌細胞膜上稱為終板（指有細胞膜上同神經末相對的那部分膜，其中所含膜蛋白與一般肌細胞膜不同）處的“受體”相結合，引起終板膜產生電變化，最后引起整個肌細胞的興奮和收縮。由于神經-肌接頭處的“受體”也可同煙堿相結合，因而過去在藥理學分類中稱它為N-型Ach受體。80年代后期，我國學者李鎮源發現α-銀環蛇毒同N-型受體有極高的特異性結合能力又有人發現一些電魚的電器官中有密集的這種受體蛋白質分子存在；再依靠70年代以來蛋白質化學和分子生物學技術的迅速發展，目前不僅已將這種蛋白質分子提純，而且基本上搞清了它的分子結構和它們在膜中的存在形式。原來它是由4種不同的亞單位組成的5聚體蛋白質（圖2-7），總分子量約為290kd；每種亞單位都由一種mRNA編碼，所生成的亞單位在膜結構中通過氫鍵等非共價鍵式的相互吸引，形成一個結構為α₂βγδ的梅花狀通道樣結構（圖2-7，A和B），而其中的兩個α-亞單位正是同兩分子ACH相結合的部位，這種結合可引起通道結構的開放，其幾何大小足以使終板膜外高濃度的Na⁺內流，同時也能使膜內高濃度的K⁺外流結果是使原來存在兩側的靜息電位近于消失，亦即使該處膜內外電位差接近于0值，這就是終板電位，于是完成了Ach這種化學信號的跨膜傳遞，因為肌細胞后來出現的興奮和收縮都是以終板電位為起因的。

N-型Ach門控通道的分子結構示意圖

圖2-7 N-型Ach門控通道的分子結構示意圖

A：N-型Ach門控通的5個亞單位和它們所含α-螺旋在膜中存在形式的平面示意圖

B：5個亞單位相互吸引，包繞成一個通道樣結構 C：在跨膜通道結構中，各

個亞單位億含α-螺旋在通道結構中的位置

用分子生物學實驗技術證明，同其他膜結合蛋白質類似，在上述4種不同的亞單位肽鏈中，都存在有4種主要由20-25個疏水性氨基酸形成的α-螺旋，因而推測每個亞單位的肽鏈都要反復貫穿膜4次（圖2-7，A），而5個亞單位又各以其第2個疏水性跨膜α-螺旋構成了水相孔道的“內壁”（圖2-7C）。

由上述分子水平的研究成果可以知道，原初將終板膜上完成Ach跨膜信號傳遞的蛋白質稱作“受體”是不符合實際情況的；它們是一種通道樣結構，只是在組成通道的蛋白質亞單位中有兩個亞單位具有同Ach分子特異地相結合的能力，并能因此引起通道蛋白質的變構作用而使通道開放，然后靠相應離子的易化擴散而完成跨膜信號傳遞。因此，這種蛋白質應稱為N-型（或煙堿型）Ach門控通道，屬于化學門控通道或化學依從性通道中的一種。

Ach在神經-肌接頭處的跨膜信號傳遞機制的闡明，曾一度錯誤地推測，其他一些神經遞質也都是以類似的方式作用于下一級神經元或相應的效應器細胞的；但后來的研究表明并非如此。目前只證明了一些氨基酸遞質，包括谷氨酸、門冬氨酸、γ-氨基丁酸和甘氨酸等，主要是通過同N-型Ach門控通道結構類似的化學門控通道影響其靶細胞。