三、Na ⁺ 、K ⁺ 通道的门控过程决定于通道蛋白质构象的电压依赖性转换

1.Na ⁺ 、K ⁺ 通道蛋白质的电压依赖性转换由电场-电荷作用引起

通道蛋白质的开放与关闭称为门控（gating）。理论上，对膜电位变化发生反应的膜蛋白质须在膜电场内具有带电荷或带电偶的氨基酸残基。膜电位变化对这些与蛋白质结合的电荷或电偶产生一种作用力。电场-电荷相互作用的能量足够大时，将使蛋白质产生新的稳定构象状态，此时净电荷或电荷在膜电场内的位置已发生变动。

这样一种与膜结合的电荷运动产生一种可用电生理学方法检出的电容电流。这种与Na ⁺ 通道激活有关的门控电流（gating current），直到20世纪70年代才用极其敏感的技术，首先在枪乌贼巨轴突上测出。这种外向的门控电流只相当于动作电位过程中Na ⁺ 电流的0.3%，并于80μs内达到最高值，此时Na ⁺ 电流电位才刚刚开始增加。与通道激活相反，Na ⁺ 通道失活看来是一种对电压不敏感的过程，可被作用于通道细胞内侧面的蛋白酶以及影响酪氨酸，赖氨酸和精氨酸等氨基酸修饰试剂可逆地阻断，据而推测，暴露在膜细胞内侧表面的通道部分对介导失活过程可能是重要的。

2.单个Na ⁺ 、K ⁺ 通道蛋白质的功能活动可用膜片钳技术测定

Hodgkin和Katz通过一系列电压钳实验研究了枪乌贼巨轴突的离子通透性变化的动力学。现在已广泛应用的是电压钳方法的变法-膜片钳，具有足够的敏感度研究单个离子通道的电流。将一个尖端<1μm，经加热抛光的微电极压到细胞膜上，光滑的尖端与一小片膜密切接触，可记录少数通道的活动，可测出1ms内的小到10 ^-20 mol的离子通量。

小块膜片的电位由指令电压控制。当指令电压由超极化阶跃到去极化时，引起一种由方波电流构成的即刻反应。这种单通道反应的一般特征是，迅速开放并达到一恒定平台，再迅速关闭。如将许多单通道电流予以叠加和平均，可以得到一条 I _Na 的平滑时程，其开始的快变部分提示Na ⁺ 通道激活，由顶峰衰减的部分提示其失活。

3.Na ⁺ 通道的激活与失活由不同的分子结构控制

（1）Na ⁺ 通道的激活过程由α螺旋功能区的S ₄ 段触发：

如第四节所述，通道蛋白质的中心孔道由4个兼性α螺旋构成。其亲水表面形成阳离子选择性通道，衬以多余的酸性残基（glu—.Asp—.可能在S ₂ ）。其他通道模型，还假定有两个与膜有关的节段（S ₇ 、S ₈ ），由每一功能区细胞外袢的C末端形成。S ₇ 与S ₄ 被认为是通道过滤器。有证据表明，通道的通透性至少是部分地由细胞外带负电荷的唾液酸残基控制的。去除唾液酸引起开放状态的电导变小。

Na ⁺ 通道α亚单位中形成通道壁的4个功能区中的S ₄ 段具有独特的构造，决定通道的电压依赖性激活，除疏水残基外，还含有许多带正电荷的残基，特别是精氨酸和赖氨酸残基。这些带电荷的残基对膜电位的变化敏感，起着电压传感器（voltage sensor）的作用。精氨酸与赖氨酸残基在膜两侧形成一种螺旋状的正电荷条带或楼梯，与带负电荷的S ₁ 、S ₂ 、S ₃ 节段配对或中和，形成一种螺旋形排列的离子对。在静息膜电位下，电切力将正电荷向内拉，负电荷向外推，形成稳定离子对的相互作用。膜的去极化，使这种电切力消失，S ₄ 螺旋发生一种向外的螺旋形运动，开始新的离子对配对。这种螺旋形运动的净效果是将一个门控正电荷转移到膜的另一侧；4个功能区至少共转移4个（乃至6个）门控电荷。每一功能区的S ₄ 螺旋的运动均使该区的构象发生变化；4个功能区构象均发生相似变化，则可形成开放的孔道（激活）。这一论断与精氨酸特异试剂能降低Na ⁺ 通道电流和门控电流的结果一致。

（2）Na ⁺ 通道失活过程的控制涉及α螺旋功能区的不同节段：

不少证据表明，功能区Ⅲ～Ⅳ之间的较短连接对失活是至关重要的一种构造。这一胞质区包括一个含有6个赖氨酸，2个酪氨酸和1个精氨酸位点的带电荷功能区。胰蛋白酶和蛋白酶可裂解该区，使失活变慢甚至消失。功能区Ⅳ的S ₃ 也含有带正电荷的氨基酸和负电荷，能与功能区Ⅲ、Ⅳ之间的胞质侧连接器相互作用。失活也受功能区Ⅰ的S ₁ 、S ₅ 、S ₆ 之间细胞外袢的干扰。Na ⁺ 通道蛋白质磷酸化使Na ⁺ 电流减少，并加速失活。 ZGAlHjea8vMJscKJWy1WneS+ZSn28rvSNDqzmrTp+BUFS8Q86on0u2mznWL8/1yQ