发人深思的小孔－－神经信号如何在体内传送

　　

   (生物通编译)“钾离子通道是我们所有行动和思维的基础。”纽约洛克菲勒大学的Rod MacKinnon认为。现在，他的研究小组揭开了这些微小蛋白孔的分子机制。一些专家评价这项工作可以获诺贝尔奖。

       钾离子(K⁺)通道通过引导钾离子进出我们的细胞而为神经信号在机体和大脑内的传送提供动力。MacKinnon 和他的同事已经捕捉到高分辨率的通道活动图像，图像显示了个体钾离子如何以及以多快的速度通过钾离子(K⁺)通道。这真是高超的技艺－－钾离子通道的孔径还不足一张纸厚度的十万分之一，宽度不足6埃。

       钾离子通道在神经系统中的作用使它们成了“收养的孩子”，但它们在整个生物界都很重要，麻萨诸塞州Brandeis大学研究离子通道的 Christopher Miller表示。在最低等的变形虫和最复杂的大脑细胞中都有它们的身影。

      最新的钾离子通道蛋白的图像“令人眼花缭乱”，Miller惊叹道。它们揭示了细胞如何利用钾离子正电荷来产生驱动神经信号的电压。

      对MacKinnon而言，看到自然界最精细细节上的简约设计真是令人着迷，“它们这么简单，真是太美了。”他惊叹不已。

跳跃的通道

      利用X射线晶体学技术来反应钾离子通道中钾离子的不同浓度，MacKinnon的研究小组显示了钾离子的精确线路。“几乎就象你看到离子通过通道一样逼真。”MacKinnon说。

      研究小组发现钾离子可以占据7个位置中的一个，其中有5个只接纳钾离子。钾离子在小孔间跳跃，随着更多离子从后面向前推动它们每次滑过一个位置。

     通过测量通道中的电子波动，McKinnon的研究小组计算出钾离子从一个位置跳到另一个位置需要多少能量。通道与钾离子竟然是如此和谐，以致于它们几乎不需要任何能量就可以通过，因而把其它离子都排除在外。

     “这解释了通道为何可以如此之快同时又如此具有选择性。”Miller说。通道传送钾离子的速度如何能够比超速行使的神经动力更快已经困扰生物学家们几十年了。

通向新世界之门

     1999年MacKinnon因揭示了钾离子通道的详细结构而获得了Lasker基础医学研究奖。现在他又成为未来诺贝尔奖的热门人选。最新的研究成果只是巩固了预测，Miller说。“这是一项为我们打开了通向新世界之门的研究。”

      耶鲁大学医学院的分子生理学家Fred Sigworth评价说，MacKinnon用其系统的方法破译了钾离子是如何工作的，以及通道在科学上的重要性，这确保了研究最终的科学价值。“这些最新的图像仅仅是Mackinnon奇妙发现的终南一端，”他说：“我们现在谈论的是一项从20世纪90年代就开始的工作。”

      能够认可和接纳MacKinnon的研究成果当然是一件好事，但诺贝尔奖并非其研究的驱动力。”我从科学研究中获得了如此之多的乐趣，“他说：”它给我带来无可替代的满足感。“

      事实上，在已经”深入了解“钾离子通道后，MacKinnon现在有意继续研究细胞如何打开和关闭它们的离子通道。

生物通摘译自 NATURE 2001-11-01,未经许可请勿转摘