氨在细菌中含量丰富，而且红血球携带较高浓度的这种物质，但是人类大脑却不能耐受这种物质。细胞获取或者处理氨的能力关乎细胞的生死存亡。在9月10日的Science上，UCSF的研究人员公布了控制氨进出细胞通道的首个原子水平的结构图。
这个在Science上的描绘的复杂结构是到目前为止叙述的最为详尽的细胞膜通道。第一作者Robert Stroud说，这个结构能帮助我们了解常常因氨中毒引起的威胁生命的疾病的分子基础，并且能为设计治疗这些疾病的药物提供模板。
研究人员说，通道构造信息还可能有助于了解氨、一氧化碳和其它气体的摄入、在细胞间的转运和排泄等过程。
其它细胞膜通道的三维结构（传递水分和离子的通道）在过去的6年里有了一些报道。2000年，Stroud的研究组首次发现这个结构和传导水分的通道的作用机制。
为了确定氨通道的结构，UCSF的研究人员集中研究了AmtB——一种促进细菌摄取氨的蛋白质。细菌中的AmtB是一个具有非常相似的氨基酸序列和功能的蛋白通道的“超级家族”中的一员。人类细胞中具有这个细胞膜通道超级家族中的四个成员。它们就是RH因子，即最常见的红血球表面的Rh血型抗原。
Stroud说，Rh抗原只是在最近发现能够作为横跨细胞膜的通道，这些通道能够调节氨气和一氧化碳进出红血球的运动过程。红血球将氨从一些组织中运送到肾脏并将一氧化碳运送到肺中。这些气体因此可以从这些器官中进行排泄。
“知道了Rh因子的作用方式，我们现在就能知道氨从组织被运送到肾脏的基础和肾脏排泄氨的分子机制，”Stroud解释说。
Stroud说，“氨被AmtB转运的结构基础对人类Rh因子的了解也是非常重要的，人类Rh因子的传导机器的氨基酸序列微小差别能导致它们通道中的细微区别。而且这个结构基础提供了氨转运的调节和定位的信息。”
利用X射线晶体学技术，研究人员确定了这个通道的结构，并且其分辨率空前的高——1.35埃。在这项技术中，蛋白质被结晶并暴露在强烈的X射线中。当X射线因晶体中的电子发生散射时，其散射模式可以将蛋白结构中每个原子的相对的三维位置显示出来。
这项研究揭示出AmtB通道有三种。Stroud说，已经知道在血型抗原Rh因子中的这三种有轻微差别的蛋白质间相互联系，并且这项新研究现在揭示出它们相互联系的机制。
Stroud说，当一些氨能够通过细胞膜而无需蛋白通道援助时，这个氨通道则在运输氨方面尤其高效，即高亲和力——由于氨的高毒性，因此这个能力非常重要。许多神经疾病都是因为接触过多的氨气所致。研究表明，当氨离子浓度升高时，晚期的肝衰竭能够干扰中枢神经系统的功能，因此通道的高效率至关重要。
结构显示每个通道穿进穿出细胞膜11次并且其构造使氨离子和其它离子不能自由通过。当氨离子NH4+进入通道时，就会去掉一个质子并成为氨气。当氨气到达另一边时，它会重新获得一个氢原子并成为氨离子NH4+。
“这个机制提供了一个精确的过滤器，它能防止任何其它分子或带电荷的分子通过这个通道，”Stroud说。“这样就确保了运送这种形式的氮时细胞的健康。从根本上来看，氮对构成蛋白质和其它过程是非常重要的。”他指出，细菌和酵母能够在氨气存在的情况下存活并将它作为它们唯一的氮源。
