新的分子图揭示了细胞如何喷出钾

洛克菲勒大学罗德里克麦金农分子神经生物学和生物物理实验室的新研究首次确定了离子通道的完整结构，该离子通道通过将钾离子从细胞中发送出去，在细胞电信号传导中发挥重要作用。极快的速度。通过揭示分子如何工作的新见解，本研究可以更深入地了解细胞内膜与细胞内部过程之间的联系，包括电子信号的钙调节，这是肌肉收缩和神经活动的核心。结果在12月14日出版于Nature的两篇论文中有所描述。

钾通道既可以调节电脉冲的发生，也可以在脉冲产生后终止脉冲。一种这样的钾 通道，称为BK或“大钾”通道，将离子传导至其他钾通道的 20倍。为此，BK响应两个独立的触发因素 - 细胞膜上的电活动和钙的水平 - 它们联系在一起。

当BK发生故障时，电池可能变得过于活跃，因为它们无法关闭电脉冲。这导致诸如高血压，遗传性哮喘和膀胱过度活动症之类的疾病，其中血管系统，气道或膀胱中的平滑肌过度活跃。

不需要水晶

MacKinnon开始尝试研究这个通道的结构，包括大约15年前离子通过的隧道状孔; 但是新的成像技术刚刚使这项工作变得可行。这是因为几十年来，科学家通常不得不从蛋白质分子中生长晶体以确定其结构。然而，正如大蛋白质的情况一样，BK不会合作，科学家也无法将其变成晶体。

由于最近开发的方法称为低温电子显微镜，麦金农等研究人员不再需要晶体。相反，它们可以将分子冻结在冰中。使用安装在Evelyn Gruss Lipper Cryo-Electron显微镜资源中心的最先进设备，MacKinnon，研究助理肖涛和博士后Richard Hite创建了BK内原子排列的三维重建。原子级分子结构有助于解释BK与其他离子通道相比如何能够释放出如此多的钾。

揭示了分子秘密

“BK中的孔隙比其他钾通道的孔隙宽得多。实际上，它形成了一个通向细胞内部的宽漏斗，”Tao说。“漏斗的表面带有负电荷，从细胞内吸引带正电荷的钾离子进入细孔。”

为了使钾流过BK，通道的孔隙必须打开，并且它响应两个触发因素：钙，另一种对细胞信号传导重要的离子; 细胞膜上的电压变化，当细胞产生电脉冲时发生。

在与钙离子结合后，通道压缩自身，改变形状，使其片被向外拉，孔变宽。

虽然研究人员无法直接观察通道如何响应电压变化，但结构确实提供了解释这种开放机制的线索。研究人员说，对钙和电压的敏感性最有可能使通道微调其反应。

“研究人员一直在寻求通过开发激活BK的药物来治疗许多疾病，但迄今为止没有成功，”海特说。“通过BK的原子结构，我们现在有了一张地图来指导这些工作，帮助我们了解渠道的哪些部分可以最有效地作为目标。”

MacKinnon开始研究这个频道的功能属性作为博士后。“BK是我研究的第一个钾通道，因此最终观察其分子结构非常令人满意，”麦金农说，他是霍华德休斯医学研究所的John D. Rockefeller Jr.教授，也是2003年的接受者。诺贝尔化学奖。