长河：/* 2.3.1 细菌钠通道的结构 */

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2.3.1 细菌钠通道的结构

长河：/* 2.2.1 钠通道的鉴定、纯化和重建 */

2025-02-01T09:42:33Z

2.2.1 钠通道的鉴定、纯化和重建

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	=== 2.2.2 钠通道亚基的一级结构 ===		=== 2.2.2 钠通道亚基的一级结构 ===
	Na+~~通道α、β1和β2亚基的氨基酸序列是通过克隆与其mRNA互补的DNA来确定的，使用抗体和寡核苷酸探针，这些探针是从纯化的Na~~+通道上发展而来的（Noda等人，1984年）。电压门控钠通道的一级结构。圆柱体代表可能的α螺旋片段。粗线代表每个亚基的多肽链，其长度大约与脑Na+通道亚型中的氨基酸残基数量成比例。β1和β2亚基的细胞外结构域显示为免疫球蛋白样折叠。Ψ，可能的N连接糖基化位点； P 以红色圆圈和菱形表示，经 PKA（圆圈）和 PKC（菱形）磷酸化的蛋白位点；绿色，孔衬片段；白色圆圈，形成离子选择性过滤器和河豚毒素结合位点的氨基残基的外环和内环（DEKA）；黄色，S4 电压传感器；h 以蓝色圆圈表示，失活门环中的失活粒子；蓝色圆圈，与形成失活门受体有关的位点。还显示了 α 和 β 蝎毒素的结合位点以及 α 和 β1 亚基之间相互作用的位点。河豚毒素是 Na+ 通道孔的特异性阻断剂，而 α 和 β 蝎毒素分别阻断快速失活并增强活化，从而产生持续的 Na+ 电流，导致神经传导的去极化阻滞。河豚毒素已被用作探测 Na+ 通道孔的工具，而蝎毒素则被用作电压传感器功能的探针。（插图）溶液中失活门的结构由 NMR 确定。（改编自 Rohl 等人 1999 年；Catterall 2000 年。）这些亚基的结构在图 2.2 中以跨膜折叠模型的形式说明（Numa 和 Noda 1986 年；Catterall 2000 年）。大型 α 亚基由 1800		'''Na+通道α、β1和β2亚基'''的氨基酸序列是通过克隆与其mRNA互补的DNA来确定的，使用抗体和寡核苷酸探针，这些探针是从纯化的Na+通道上发展而来的（Noda等人，1984年）。

	2100 ~~个氨基酸组成，包含四个重复结构域，其跨膜区域的内部序列同一性大于 50%。每个结构域包含六个形成跨膜~~ α ~~螺旋的片段和一个额外的膜折返环，形成跨膜孔的外口（见下文）。相反，较小的~~ β1 和 β2 ~~亚基由一个大的细胞外~~ N 端片段组成，该片段具有与免疫球蛋白的 20 个抗原结合区（Ig 折叠）相似的结构，一个跨膜片段和一个短的细胞内片段（Isom 等人，1992 年；Isom 等人，1995 年；图 2.2）。只有 Na+ 通道的主要 α ~~亚基是功能所必需的，但~~ β ~~亚基会增加细胞表面表达水平并修改电压依赖性门控，从而赋予表达的~~ α ~~亚基更多生理上正确的功能特性（Isom 等人，1992 年；Isom 等人，1995 年）。这些结果表明，电压门控~~ Na+ 通道的主要 α 亚基在功能上是自动的正常，但辅助 β ~~亚基可改善细胞表面表达，有助于确定亚细胞定位并调节生理特性（Brackenbury 和 Isom 2011）。~~		[[文件:离子通道2-2.png\|无框]]

			电''压门控钠通道的一级结构。圆柱体代表可能的α螺旋片段。粗线代表每个亚基的多肽链，其长度大约与脑Na+通道亚型中的氨基酸残基数量成比例。β1和β2亚基的细胞外结构域显示为免疫球蛋白样折叠。Ψ，可能的N连接糖基化位点； P 以红色圆圈和菱形表示，经 PKA（圆圈）和 PKC（菱形）磷酸化的蛋白位点；绿色，孔衬片段；白色圆圈，形成离子选择性过滤器和河豚毒素结合位点的氨基残基的外环和内环（DEKA）；黄色，S4 电压传感器；h 以蓝色圆圈表示，失活门环中的失活粒子；蓝色圆圈，与形成失活门受体有关的位点。还显示了 α 和 β 蝎毒素的结合位点以及 α 和 β1 亚基之间相互作用的位点。河豚毒素是 Na+ 通道孔的特异性阻断剂，而 α 和 β 蝎毒素分别阻断快速失活并增强活化，从而产生持续的 Na+ 电流，导致神经传导的去极化阻滞。河豚毒素已被用作探测 Na+ 通道孔的工具，而蝎毒素则被用作电压传感器功能的探针。（插图）溶液中失活门的结构由 NMR 确定。（改编自 Rohl 等人 1999 年；Catterall 2000 年。）''

			这些亚基的结构在图 2.2 中以跨膜折叠模型的形式说明（Numa 和 Noda 1986 年；Catterall 2000 年）。'''大型 α 亚基'''由 1800-2100 个氨基酸组成，包含'''四个重复结构域'''，每个结构域'''包含六个跨膜 α 螺旋和一个膜折返环'''，形成跨膜孔的外口（见下文）。

			较小的 β1 和 β2 亚基由一个'''大的细胞外 N 端片段组成（与Ig 折叠相似的结构），一个跨膜片段和一个短的细胞内片段。'''

			'''只有 Na+ 通道的主要 α 亚基是功能所必需的'''，'''但 β 亚基会增加细胞表面表达水平并改变电压依赖性门控'''，从而赋予表达的 α 亚基更多生理上正确的功能特性。这些结果表明，电压门控 Na+ 通道的主要 α 亚基在功能上是自动的正常，但辅助 β 亚基可改善细胞表面表达，有助于确定亚细胞定位并调节生理特性（。

	=== 2.2.3 绘制钠通道功能所需的分子成分 ===		=== 2.2.3 绘制钠通道功能所需的分子成分 ===
	了解 Na+ 通道亚基的主要结构可以详细测试它们的功能特性。编码野生型和突变型通道的 cDNA 克隆在受体细胞中表达，并通过电压钳方法研究所得离子通道。通过分析突变、特异性抗体、药物和毒素对受体细胞中表达的 Na+ 通道的影响，从其 cDNA 中了解到很多有关 Na+ 通道功能的分子基础。这些见解以图 2.2 中 Na+ 通道功能的颜色编码分子图的形式说明（Catterall 2000）。		了解 Na+ 通道亚基的主要结构可以详细测试它们的功能特性。编码野生型和突变型通道的 cDNA 克隆在受体细胞中表达，并通过电压钳方法研究所得离子通道。通过分析突变、特异性抗体、药物和毒素对受体细胞中表达的 Na+ 通道的影响，从其 cDNA 中了解到很多有关 Na+ 通道功能的分子基础。这些见解以图 2.2 中 Na+ 通道功能的颜色编码分子图的形式说明（Catterall 2000）。

	电压传感器由每个域中的 S1–S4 ~~片段组成（图~~ 2.~~2，白色，黄色；Catterall 2010）。S4 片段包含四到八个重复基序，在两个疏水残基之间有一个带正电荷的氨基酸残基（通常是精氨酸）（图~~ 2.2，黄色，+）。这些精氨酸残基的突变会改变门控的电压依赖性并降低其电压依赖性的陡度（Stühmer 等人 1989；Kontis、Rounaghi 和 Goldin 1997），表明它们是门控电荷，可感知跨细胞膜电场的变化并启动 Na+ 通道的激活。所有四个域中的电压传感器都参与电压感应过程，但 S4 ~~段的向外移动是连续的，域~~ I、II 和 III 移动迅速但按顺序移动，然后域 IV ~~移动得更慢（Cha 等人，1999 年；Chanda 和 Bezanilla，2002 年）。S5~~ 和 S6 段以及它们之间的 P 环形成中央孔（图 2.2，绿色）。孔基序首先通过确定与孔阻塞毒素河豚毒素结合所必需的氨基酸残基来识别（Terlau 等人，1991 年；Noda 等人，1989 年；图 2.2）。随后的实验表明，这些氨基酸残基还控制 Na+ ~~通道的离子选择性（Heinemann、Terlau 和 Imoto 1992；Favre、Moczydlowski 和 Schild 1996；Sun 等人 1997）。快速失活门由连接~~ Na+ 通道 α ~~亚基域~~ III 和 ~~IV 的细胞内环形成，在打开后几毫秒内使~~ Na+ 通道失活（图 2.2）。它由针对它的抗肽抗体识别，可阻断快速失活过程（Vassilev、Scheuer 和 Catterall 1988），并通过定点诱变进一步研究（Stühmer 等人 1989；West 等人 1992）。该环被认为折叠成 Na+ 通道结构并在失活期间从细胞内末端阻塞孔（Vassilev、Scheuer 和 Catterall 1988；West 等人 1992；图 2.2）。快速失活门肽的结构是通过核磁共振（NMR）方法在溶液中确定的（Rohl 等人 1999；图 2.2，插图）。它由一个刚性 α-~~螺旋组成，氨基酸序列前面有两个环，其中包含保守的疏水基序异亮氨酸~~-苯丙氨酸-蛋氨酸 (IFM)~~（West 等人 1992）。失活门在铰链甘氨酸残基处弯曲，关键的~~ IFM ~~基序折叠成孔细胞内口附近的受体位点，紧密结合并充当分子闩锁以保持失活门关闭（Kellenberger 等人，1997 年）。~~		'''电压传感器由每个域中的 S1–S4 片段组成'''（图 2.2，白色，黄色）。'''S4 片段包含四到八个重复基序，在两个疏水残基之间有一个带正电荷的氨基酸残基（通常是精氨酸）'''（图 2.2，黄色，+）。这些'''精氨酸残基'''的突变会改变门控的电压依赖性并降低其电压依赖性的陡度，表明'''它们就是所谓的门控电荷'''，可感知跨细胞膜电场的变化并启动 Na+ 通道的激活。所有四个域中的电压传感器都参与电压感应过程，但 S4 段的向外移动是连续的，'''域 I、II 和 III 移动迅速但按顺序移动，然后域 IV 移动得更慢'''。S5 和 S6 段以及它们之间的 P 环形成中央孔（图 2.2，绿色）。孔基序首先通过确定与孔阻塞毒素河豚毒素结合所必需的氨基酸残基来识别。随后的实验表明，这些氨基酸残基还控制 Na+ 通道的离子选择性。'''快速失活门由连接 Na+ 通道 α 亚基 III 和 IV结构域的细胞内环形成，'''在打开后几毫秒内使 Na+ 通道失活（图 2.2）。它由针对它的抗肽抗体识别，可阻断快速失活过程，并通过定点诱变进一步研究。该环被认为折叠成 Na+ 通道结构并在失活期间从细胞内末端阻塞孔。快速失活门肽的结构是通过核磁共振（NMR）方法在溶液中确定的。它由一个刚性 α-螺旋组成，氨基酸序列前面有两个环，'''其中包含保守的疏水基序异亮氨酸-苯丙氨酸-蛋氨酸 (IFM)'''。失活门在铰链甘氨酸残基处弯曲，关键的 IFM 基序折叠成孔细胞内口附近的受体位点，紧密结合并充当分子闩锁以保持失活门关闭。

	~~电压门控钠通道~~

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	== 2.3 钠通道的三维结构 ==		== 2.3 钠通道的三维结构 ==

	=== 2.3.1 细菌钠通道的结构 ===		=== 2.3.1 细菌钠通道的结构 ===
	人类基因组分析表明，有 143 种离子通道蛋白的成孔片段与 Na+ 通道相关，并且它们与至少十个不同的辅助亚基家族相关（Yu 和 Catterall，2004 年）。电压门控离子通道及其分子亲属是膜信号蛋白最大的超家族之一，也是用于治疗人类疾病的药物最突出的靶点之一。电压门控 Na+ 通道是这个大型超家族的奠基者，Hodgkin 和 Huxley 发现了它们的功能，后来 Na+ 通道蛋白本身也被发现。令人惊讶的是，Na+ 通道家族在进化上也很古老（Ren 等人，2001 年）。细菌 Na+ 通道 NaChBac ~~及其原核亲属由单个亚基的同源四聚体组成，其结构类似于脊椎动物~~ Na+ 通道的一个域（Ren 等人，2001 ~~年）。这些细菌~~ Na+ 通道很可能是真核生物中较大的四域 Na+ 通道的进化祖先，而类似的细菌通道可能是 Ca2+ 通道的分子祖先。通过确定细菌通道 NaV 的结构，揭示了 Na+ 通道的三维结构通过 X 射线晶体学以高分辨率（2.7 Å）对 Arcobacter butzleri 的 Ab 进行分析（Payandeh 等人，2011；图 2.3）。这种古老的 Na+ 通道具有非常简单的结构：四个相同的亚基，每个亚基都类似于哺乳动物 Na+ 通道的一个同源结构域，但没有哺乳动物蛋白质的大细胞内和细胞外环（Payandeh 等人，2011）。该结构揭示了大量有关电压依赖性门控、离子选择性和电导的结构基础以及治疗重要药物阻断通道的机制的新信息。从顶部看，NaV 抗体有一个中央孔，周围环绕着四个由 S5 和 S6 段组成的成孔模块以及中间的孔环（图 2.3a，蓝色）。由 S1–S4 片段组成的四个电压感应模块与孔模块的外缘对称相关（图 2.3a，绿色/红色）。 NaV		人类基因组分析表明，有 143 种离子通道蛋白的成孔片段与 Na+ 通道相关，并且它们与至少十个不同的辅助亚基家族相关。电压门控离子通道及其分子亲属是膜信号蛋白最大的超家族之一，也是用于治疗人类疾病的药物最突出的靶点之一。电压门控 Na+ 通道是这个大型超家族的奠基者，Hodgkin 和 Huxley 发现了它们的功能，后来 Na+ 通道蛋白本身也被发现。令人惊讶的是，Na+ 通道家族在进化上也很古老（Ren 等人，2001 年）。细菌 Na+ 通道 '''NaChBac''' 及其原核亲属由'''单个亚基的同源四聚体组成'''，其结构类似于脊椎动物 Na+ 通道的一个域（Ren 等人，2001 年）。'''这些细菌 Na+ 通道很可能是真核生物中较大的四域 Na+ 通道的进化祖先，而类似的细菌通道可能是 Ca2+ 通道的分子祖先。'''

	Ab 的跨膜结构表明相邻亚基已交换其功能域，因此每个电压感应模块与其邻居的孔形成模块最紧密相关（Payandeh 等人，2011 年；图 2.3b、c）。这种域交换排列很可能强制 Na+ 通道的四个亚基或域协同门控。 2.3.2 孔包含一个高场强羧基位点和两个羰基位点		通过确定来自 Arcobacter butzleri 的通道 '''NaV''' 的结构，揭示了 Na+ 通道的三维结构。这种古老的 Na+ 通道具有非常简单的结构：'''四个相同的亚基，每个亚基都类似于哺乳动物 Na+ 通道的一个同源结构域，但没有哺乳动物蛋白质的大细胞内和细胞外环'''。该结构揭示了大量有关电压依赖性门控、离子选择性和电导的结构基础以及治疗重要药物阻断通道的机制的新信息。从顶部看，NaV 抗体有一个中央孔，周围环绕着四个由 S5 和 S6 段组成的成孔模块以及中间的孔环（图 2.3a，蓝色）。由 S1–S4 片段组成的四个电压感应模块与孔模块的外缘对称相关（图 2.3a，绿色/红色）。 NaVAb 的跨膜结构表明相邻亚基已交换其功能域，因此每个电压感应模块与其邻居的孔形成模块最紧密相关（Payandeh 等人，2011 年；图 2.3b、c）。这种域交换排列很可能强制 Na+ 通道的四个亚基或域协同门控。 2.3.2 孔包含一个高场强羧基位点和两个羰基位点

	整体孔结构包括一个大的外部前庭、一个窄离子选择性过滤器（其中包含决定脊椎动物 Na+ 和 Ca2+ 通道离子选择性的氨基酸残基）、一个由 S6 段排列并充满水的大型中央腔，以及在膜细胞内表面 S6 段交叉处形成的细胞内活化门（Payandeh 等人，2011 年；图 2.3d）。活化门在 NaV Ab 结构中紧密关闭（图 2.3e），没有空间让离子或水通过。这种一般结构类似于电压门控 K+ 通道（见第 4 章）。尽管 Na+ 和 K+ 通道的整体孔结构相似，但它们的离子选择性过滤器的结构以及离子选择性和电导机制是		整体孔结构包括一个大的外部前庭、一个窄离子选择性过滤器（其中包含决定脊椎动物 Na+ 和 Ca2+ 通道离子选择性的氨基酸残基）、一个由 S6 段排列并充满水的大型中央腔，以及在膜细胞内表面 S6 段交叉处形成的细胞内活化门（Payandeh 等人，2011 年；图 2.3d）。活化门在 NaV Ab 结构中紧密关闭（图 2.3e），没有空间让离子或水通过。这种一般结构类似于电压门控 K+ 通道（见第 4 章）。尽管 Na+ 和 K+ 通道的整体孔结构相似，但它们的离子选择性过滤器的结构以及离子选择性和电导机制是

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2025-02-01T09:27:09Z

2.1 电压门控钠通道的功能作用

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长河：创建页面，内容为“== 2.1 电压门控钠通道的功能作用 == === 2.1.1 动作电位的产生和传播 === 神经、肌肉和内分泌细胞中的电信号传导依赖于电压门控钠通道对动作电位的启动，正如电压钳技术所揭示的那样（Hodgkin 和 Huxley 1952）。通过对鱿鱼巨型神经轴突的膜施加快速去极化，结果表明钠 (Na+) 通道快速激活（1 毫秒内），然后快速失活（5 毫秒内）。通道激活产生的内向 N…”

2025-02-01T09:12:04Z

创建页面，内容为“== 2.1 电压门控钠通道的功能作用 == === 2.1.1 动作电位的产生和传播 === 神经、肌肉和内分泌细胞中的电信号传导依赖于电压门控钠通道对动作电位的启动，正如电压钳技术所揭示的那样（Hodgkin 和 Huxley 1952）。通过对鱿鱼巨型神经轴突的膜施加快速去极化，结果表明钠 (Na+) 通道快速激活（1 毫秒内），然后快速失活（5 毫秒内）。通道激活产生的内向 N…”

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电压门控钠离子通道 - 版本历史

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