在Science杂志上,MacKinnon和同事们最近发表了两篇文章,是关于Shake家族的哺乳动物电压依赖性K+ 通道(voltage-dependent K+ (Kv) channel)的结构。Kv离子通道根据膜电压来调控K+的穿膜过程。之前我们对于K+通道的结构信息主要来自于对原核生物离子通道的研究,因为原核生物较容易高表达离子通道相关基因。进一步地,这些最新文章则研究了大鼠脑中Kv1.2离子通道及其β2亚基的晶体结构(β亚基可以在体内调控哺乳动物Kv离子通道的活性),分辨率可达2.9-Å。
这个四倍性复合物(由四个相同结构对称地组成),具体的结构如下:穿膜区域,包括通道的孔和四个电压感应器(voltage sensor);一个膜内(T1)结构域,由四个Kv1.2亚基的N末端构成;四个β2亚基,结合到T1结构域上。该离子通道的孔看起来似乎开口着,有些类似于原核生物K+通道,但有一个重要区别就是:Kv1.2离子通道内螺旋的曲率(curvature)是由保守的Pro-X-Pro序列引起的,而原核生物K+通道的曲率则是因为一个Gly氨基酸残基而引起的。离子通道的孔与细胞质由很大的侧入口(side portal)相连。这个侧入口所处的位置是在孔和T1结构域之间。从T1结构域和β亚基的N末端所处的位置和特性,以及侧入口的静电学特性(electrostatic properties)来看,这些末端很可能是不被激活的肽链,仅仅作为堵塞侧入口的“塞子”。这个结构表明了β亚基是怎样通过其他的方式来调控离子通道的功能。最后,因为电压感应器看起来是在蛋白质天然构型的内部,这就为下面一个问题提供了一个相对简单的答案:膜电压是如何影响已经敞开的离子通道的关闭或是开放的可能性?
参考文献:Long, S. B. et al. Crystal structure of a mammalian voltage-dependent Shaker family K+ channel. Science 7 July 2005 (10.1126/science.1116269)
Long, S. B. et al. Voltage sensor of Kv1.2: structural basis of electromechanical coupling. Science 7 July 2005 (10.1126/science.1116270)