9、静息电位与动作电位的产生机制及传导原理

静息电位与动作电位的产生机制及传导原理

1. 电压门控离子通道的分子生物学

过去30年的研究揭示了离子通道结构和功能的许多分子细节。以电压门控钠（Nav）通道为例，研究始于从电鳗的电器官中分离出Nav通道。纯化蛋白的氨基酸序列使研究人员确定了包括哺乳动物在内的多种脊椎动物Nav通道的DNA序列。这些通道是非常大的蛋白质，约由2000个氨基酸组成，由1个α亚基和2个β亚基构成（如图b2.2 A）。α亚基的一级序列包含4个非常相似的结构域，每个结构域含有6个跨细胞膜的疏水α - 螺旋。在这些螺旋之间以及4个重复模块之间，是延伸到细胞外或细胞内空间的蛋白质环。

为了推测这些结构域的功能，研究人员使用了能与蛋白质特定部位结合并阻断通道特定功能的毒素。他们还对通道DNA序列的特定片段进行突变，将突变后的通道在正常情况下不表达Nav通道的细胞中表达，然后研究这些突变如何改变通道功能。

研究表明，Nav通道的中央孔由α亚基中4个模块的螺旋5和6界定。所有4个结构域的螺旋5和6之间的环穿透膜并形成孔的一部分。这些环中的氨基酸阻止除Na⁺以外的离子通过。螺旋4是通道的电压传感器，当电压超过通道的激活阈值时，它在膜内移动，从而打开通道的“激活门”。强烈的膜去极化还会使第3和第4模块之间的细胞内环移入孔中，将其关闭。只要这个“失活门”关闭，无论膜电压多正，通道对钠离子都不通透。神经生理学家多年来就知道Nav通道必须有单独的激活门和失活门，现在他们可以精确指出这些门在通道蛋白中的位置。

脊椎动物的Nav通道难以结晶，这阻碍了通过X射线衍射晶体学确定其三维结构。然而，细菌的Nav通道比脊椎动物的同类通道更小、更简单。它们由4个相同的亚基组成，每个亚基与脊椎动物Nav通道α亚基中的4个模