四、神经元细胞膜离子通道是在脂质双层中形成水性孔道的大分子

神经元信号活动取决于膜电位的迅速变化。动作电位过程中，膜电位的变化快达500V/s。如此迅速的膜电位变化需通过离子通道（ion channel）才有可能实现。离子通道大多具有传送离子和识别并选择离子种类等重要特性。有一些离子通道总是处于开放状态，允许离子随时出入，不受有关外界信号控制，这些通道属于被动的非门控性通道。但大多数离子通道在电压、化学和机械性信号作用下才处于开放状态，属于主动的门控性通道。电压门控的离子通道至少有2种Na ⁺ 通道、4种K ⁺ 通道以及3种Ca ²⁺ 通道（表1-4-1）。新近还发现，通过G-蛋白与受体耦联，从而作为G-蛋白效应器的离子通道。

1.电压门控性Na ⁺ 通道由大α以及β ₁ 、β ₂ 亚单位构成

河豚毒（tetrodotoxin，TTX）和蛤介毒（saxitoxin，STX），可以作为分子探针，以1∶1的形式与Na ⁺ 通道结合，测定通道蛋白质。用非离子去垢剂溶解可兴奋膜，可释出Na ⁺ 通道。再用色谱技术根据大小、电荷及与碳水化合物共价附着的成分，将糖蛋白分离出来，借以提纯通道。利用这些技术已从电鳗的电器官和哺乳动物的脑和肌肉中提纯了Na ⁺ 通道。

完整细胞膜与人工提纯的共价标记的Na ⁺ 通道的主要成分是分子量为260kD的大糖蛋白。电器官的糖蛋白是唯一的蛋白质成分，但哺乳动物脑的糖蛋白作为α亚单位尚带有两个多肽：β ₁ 分子量为36kD、β ₂ 为33kD。脑Na ⁺ 通道α亚单位是一种跨膜的多肽，其外表面的位点与碳水化合物链附着，并可与神经毒结合；其细胞内表面上的位点，通过cAMP依赖性蛋白质激酶，进行磷酸化。β ₁ 和β ₂ 亚单位因高度糖基化而位于细胞外表面。

β ₁ 亚单位位置也可靠近与毒素结合的位点，并可被共价标记。β ₂ 亚单位通过一个二硫键，共价地附着在α亚单位上。β亚单位是膜整合蛋白质，与脂质双层发生相互作用。大α亚单位由1 800～2 000个氨基酸组成，并含有高于50%同源的4个重复的功能区。每一功能区含有300个氨基酸，S ₁ ～S ₆ 等6个节段，形成跨膜的α螺旋。4个功能区由相对亲水的氨基酸序列连接，形成通道壁。

2.电压门控性快K ⁺ 通道的构造相当于Na ⁺ 通道的一个功能区

与n-AChR和Na ⁺ 通道不同，K ⁺ 通道的特异标记毒素尚未被发现。利用分子生物学技术已从果蝇基因组分离出cDNA克隆，证明这种cDNA决定快K ⁺ 通道（IA）的多肽结构，可在爪蟾卵母细胞中表达，并显示IA的所有生理学和药理学特性。这种多肽的分子量约为700kD，由616个氨基组成。也具有6或7个跨膜节段，类似Na ⁺ 通道4个功能区当中的一个。快K ⁺ 通道的120个氨基酸节段（304～435位）有27%与Na ⁺ 通道的节段（1 360～1 496位）是同源的。同源区的中心位于Na ⁺ 通道中富含精氨酸并参与电压门控的区域，该区域中疏水与亲水残基的交替排列方式也酷似Na ⁺ 通道同源功能区的S ₄ 节段。实际上Ca ²⁺ 通道的构造也是如此。人们于是开始考虑，快K ⁺ 通道在进化上既与Na ⁺ 通道又与Ca ²⁺ 通道有关；但快K ⁺ 通道更为古老，可能代表通道的祖代为蛋白质，而Na ⁺ 和Ca ²⁺ 通道则通过基因复制从快K ⁺ 通道进化而来。

3.作为G蛋白效应器的离子通道由膜介导

G蛋白构成一个具有共同构造的大家族，主要影响膜酶活动，进而导致细胞内信息物质（cAMP、cGMP、IP ₃ ）变化，实现对细胞功能的调节。腺苷酸环化酶（AC）和cGMP、磷酸二酯酶（PDE）等膜酶已被确认为G蛋白的效应器；磷脂酶C（PLC）、磷脂酶A ₂ （PLA）和磷脂酰肌醇磷脂看来也是G蛋白的效应器。

电压门控性Na ⁺ 、K ⁺ 、Ca ²⁺ 等离子通道均是具有共同结构的大家族成员，也均是G蛋白激活的上述膜酶效应器（AC、cGMP、PDE、PLC或PLA）所生成的胞质信使的下游靶标。但是离子通道同膜酶一样，作为G蛋白效应器的发现也只是近几年的事情。迷走神经释放出的ACh作用到心房肌和心节律细胞上的m-AChR，导致K ⁺ 通道开放，使细胞超极化，减慢细胞的节律性去极化。但是，这种膜电位或膜电流变化，在施加乙酰胆碱（ACh）后，需经过一段延搁，才能出现，从而提示m-AChR与K ⁺ 通道之间可能需通过G蛋白介导。 kH5fVTD+L2gIkxFor9icfQREAMEBbFTKg1KjvTwZsiziP85OnguY0Br3LFwBSOpX