水分子控制钾通道的失活和恢复(w/视频)

钾离子通道激活后需要很长一段时间才能恢复功能，而仅仅12个分子的水就可以实现这一过程。通过对钾离子通道及其直接细胞环境的分子模拟，芝加哥大学的科学家们揭示了这一几乎普遍存在的生物结构功能的新机制，其影响范围从基础生物学到药物设计。他们的研究结果于7月28日在网上发表自然．

“我们的研究澄清了这种以前神秘的失活状态的本质。这让我们更好地理解基础生物学，并应该改进药物的合理设计，这些药物通常针对通道的失活状态。”Benoît Roux博士说，他是芝加哥大学生物化学和分子生物学教授。

钾离子通道存在于生物体的细胞中，是生物发电的核心组成部分蜂窝通信．神经放电和肌肉收缩等功能需要它们，它们是药物开发中的常见靶点。

这些蛋白质就像穿过细胞膜的门控通道，控制小离子进出细胞的流动。被外部信号激活后，钾离子通道打开以允许离子通过。然而，不久之后，它们就会关闭，进入一种不活跃的状态，在10到20秒内无法对刺激做出反应。

这一漫长的恢复期的原因——以分子的标准来看是极其缓慢的——仍然是一个谜，因为蛋白质在活性态和灭活态之间的结构变化几乎可以忽略——差异的距离相当于一个碳原子的直径。

为了阐明这一现象，Roux和他的团队使用超级计算机模拟钾离子通道中每个单个原子的运动和行为及其直接环境。在计算了数百万个核小时后，研究小组发现只有12个水分子是这些渠道恢复缓慢的原因。

他们发现，当钾离子通道打开时，水分子会迅速结合到蛋白质结构中的微小空腔中，在那里它们会阻塞通道，使其处于阻止离子通过的状态。只有在外部刺激被移除后，水分子才会被缓慢释放，使通道准备好再次激活。这一基于计算机模拟的发现随后通过实验室的渗透压实验得到了证实。

鲁克斯说:“观察到这一点完全是一个意外，但现在回想起来，这很有意义。”“更好地理解这个无处不在的生物系统将改变人们对这些通道失活和恢复的看法，并有可能在未来的某一天影响人类健康。”

---

---