研究人員揭開鈉-鉀離子泵形狀

鑲嵌在細(xì)胞膜表面的蛋白質(zhì)對(duì)細(xì)胞而言至關(guān)重要，蛋白質(zhì)通過(guò)將帶電分子（離子）從一邊移動(dòng)到另一邊來(lái)傳輸信號(hào)和保護(hù)平衡。一些蛋白質(zhì)甚至向水泵一樣使用能量，帶有閥門的專門通道定時(shí)打開，在嚴(yán)格控制方式下引導(dǎo)離子進(jìn)出。
    鈉-鉀離子泵是zui常見(jiàn)的離子泵之一。人體每個(gè)細(xì)胞中都有鈉-鉀離子泵，它也是心力衰竭藥物的主要目標(biāo)。盡管研究人員已經(jīng)可以比較好地模擬蛋白質(zhì)的外部結(jié)構(gòu)，但是他們?nèi)栽谂μ剿鞯鞍踪|(zhì)的內(nèi)部通道形狀，仍在嘗試尋找利用蛋白質(zhì)內(nèi)部通道的*途徑。
    美國(guó)洛克斐勒大學(xué)教授大衛(wèi).加德斯比是心臟和隔膜生理學(xué)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人，他發(fā)表了2篇新論文。他的研究在描述鈉-鉀離子泵帶閥門的通道形狀和幫助人們了解鈉-鉀離子泵（及其它類似結(jié)構(gòu)）是如何在一邊收集離子，而在另一邊釋放離子方面取得重大進(jìn)步。
    在一個(gè)離子泵中有許多氨基酸殘基帶有電荷，這些電荷不是吸引就是排斥通過(guò)的離子，只允許具有正確電荷的離子通過(guò)并抵達(dá)其目的地。加德斯比教授和他的同事博士后帕博洛.阿提加斯和尼科洛斯.雷伊斯使用一種致命海洋毒素使鈉-鉀離子泵的閥門喪失功能，然后再使用一種稱之為膜片夾技術(shù)的放大方法來(lái)測(cè)量各個(gè)蛋白質(zhì)泵中流動(dòng)的離子。在打開通道閥門后，研究人員將通道內(nèi)的氨基酸附上分子標(biāo)記，然后讓帶電化學(xué)藥品通過(guò)閥門，以觀察分子是否和如何影響離子流，發(fā)生相互作用的。
    該研究刊登在了美國(guó)國(guó)家科學(xué)院8月份的學(xué)報(bào)上。加德斯比和阿提加斯對(duì)2種與異羥洋地黃毒苷發(fā)生作用的蛋白質(zhì)氨基酸進(jìn)行了研究。異羥洋地黃毒苷是一種針對(duì)鈉-鉀離子泵的強(qiáng)心劑藥物。通過(guò)改變這2種鑲邊氨基酸殘基和測(cè)量離子流的zui終變化，科學(xué)家們確定出這些氨基酸殘基的位置：靠近通道入口處的大通道中。
    一個(gè)多月后，加德斯比和雷伊斯在《自然》雜志9月28日版中發(fā)表了一篇論文。他們使用同樣的氨基酸殘基改變技術(shù)進(jìn)一步揭開了離子通道的形狀。他們的研究發(fā)現(xiàn)2個(gè)相鄰氨基酸殘基對(duì)離子流產(chǎn)生差異很大的影響：改變其中一個(gè)氨基酸殘基會(huì)減緩離子流流動(dòng)，而改變另一個(gè)氨基酸殘基卻*阻止離子流流動(dòng)。加德斯比稱這表明離子通道的形狀非常像一個(gè)漏斗，擁有一個(gè)很大的外部區(qū)域，然后通道面積急劇縮小。漏斗深一點(diǎn)的狹窄瓶頸就是一個(gè)過(guò)濾器，過(guò)濾器由負(fù)電荷氨基酸殘基構(gòu)成，它選擇正電荷離子。通過(guò)只改變單個(gè)氨基酸殘基來(lái)逆轉(zhuǎn)其電性，研究人員實(shí)際上能夠關(guān)閉過(guò)濾器。加德斯比說(shuō)，“我們可以利用這個(gè)漂亮的離子泵來(lái)吸引正電荷鈉-鉀離子，然后該他們綁定在一塊，也可以*逆轉(zhuǎn)它的選擇，吸引負(fù)電荷離子”。
    他們的研究成果意義超越了單純的鈉-鉀離子泵。因?yàn)槲杆岜靡彩菍儆阝c-鉀離子泵家族。加德斯比說(shuō)，“我們可能會(huì)爭(zhēng)論這種通道形狀在未來(lái)是否可以保存”。如果我們實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，它將為未來(lái)抗酸性藥物確定更為的目標(biāo)。

研究人員揭開鈉-鉀離子泵形狀