（二)電壓門控通道

　　應用類似的技術，在80年代還陸續(xù)克隆出幾種重要離子（如Na⁺、K⁺和Ca²⁺等離子)的電壓門控通道，它們具有同化學門控能道類似的分子結構，但控制這類通道開放與否的因素，是這些通道所在膜兩側的跨膜電位的改變；也就是說，在這種通道的分子結構中，存在一些對跨膜電位的改變敏感的基團或亞單位，由后者誘發(fā)整個通道分子功能狀態(tài)的改變。

　　在動物界，除了一些特殊的魚類，一般沒有專門感受外界電刺激或電場改變的器官或感受細胞，但在體內有很多細胞，如神經(jīng)細胞和各種肌細胞，在它們的細胞膜中卻具有多種電壓門控通道蛋白質，它們可由于同一細胞相鄰的膜兩側出現(xiàn)的電位改變而再現(xiàn)通道的開放，并由于隨之出現(xiàn)的跨膜離子流而出現(xiàn)這些通道所在膜的特有的跨膜電位改變。例如，前述的終板膜由Ach門控通道開放而出現(xiàn)終板電位時，這個電位改變可使相鄰的肌細胞膜中存在的電壓門控式Na⁺通道和K⁺通道相繼激活（即通道開放)，出現(xiàn)肌細胞的所謂動作電位；當動作電位在神經(jīng)纖維膜和肌細胞膜上傳導時，也是由于一些電壓門控通道被鄰近已興奮的膜的電變化所激活，結果使這些通道所在的膜也相繼出現(xiàn)特有的電變化。由此可見，電壓門控通道所起的功能，也是一種跨膜信號轉換，只不過它們接受的外來刺激信號是電位變化，經(jīng)過電壓門控通道的開閉，再引起細胞膜出現(xiàn)新的電變化或其他細胞內功能變化，后者在Ca²⁺通道打開引起膜外Ca²⁺內流時甚為多見。

　　根據(jù)對Na⁺、K⁺、Ca²⁺三種離子的電壓門控通道蛋白質進行的分子結構分析，發(fā)現(xiàn)它們一級結構中的氨基酸排列有相當大的同源性，說明它們屬于同一蛋白質家族，與之有關的mRNA在進化上由同一個遠祖基因演化而來。圖2-8是與體內動作電位(見后)產生至關重要的Na⁺通道在膜內結構的模式圖,它主要由一個較大的α-亞單位組成，分子量約260kd；有時還另有一個或兩個小分子量的亞單位，分別稱為β₁和β₂。但Na⁺通道的主要功能看來只靠α-亞單位即可完成。這個較長的α-單位肽鏈中包含了4個結構類似的結構域（domain,每個結構域大致相當于上述Ach門控通道中的一個亞單位，但結構域之間由肽鏈相連，是一個完整的肽鏈，應由一個mRNA編碼和合成)，而每個結構域中又各有6個由疏水性氨基酸組成的跨膜α-螺旋段（圖示2-8，A)；這4 個結構域及其所包含的疏水α-螺旋，在膜中包繞成一個通道樣結構（圖2-8，B)�，F(xiàn)已證明，每個結構域中的第4個跨膜α-螺旋在氨基酸序列上有特點，即每隔兩個疏水性氨基酸，就再現(xiàn)一個帶正電荷的精氨酸或賴氨酸；這些α-螺旋由于自身的帶電性質，在它們所在膜的跨膜電位有改變時會產生位移，因而被認為是該通道結構中感受外來信號的特異結構，由此再誘發(fā)通道“閘門”的開放；還有實驗提示，每個結構域中的第2、第3個α-螺旋構成了該通道水相孔道的“內壁”；據(jù)測算，水相孔道內徑最窄處橫斷面積約為0.3×0.5nm差不多剛能通過一個水化的Na⁺(圖2-8,B)。

圖2-8 電壓門控Na⁺通道的分子結構示意圖

A：構成電壓門控Na⁺通道的α-亞單中的4個結構以及每個結構域中6個
α-螺旋在膜中存在形式平面 ～P表示磷酸化位點

B：4個結構域及其α-螺旋形成通道時的相對位置

　�。ㄈ�)機械門控通道

　　體內存在不少能感受機械性刺激并引致細胞功能改變的細胞。如內耳毛細胞頂部的聽毛在受到切和力的作用產生彎曲時，毛細胞會出現(xiàn)暫短的感受器電位，這也是一種跨膜信號轉換，即外來機械性信號通過某種結構內的過程，引起細胞的跨膜電位變化。據(jù)精細觀察，從聽毛受力而致聽毛根部所在膜的變形，到該處膜出現(xiàn)跨膜離子移動之間，只有極短的潛伏期，因而推測可能是膜的局部變形或牽引，直接激活了附近膜中的機械門控通道。

　　細胞間通道 還有一種通道，不是溝通胞漿和細胞外液的跨膜通道，而是允許相鄰細胞之間直接進行胞漿內物質交換的通道，故稱為細胞間通道。這種通道研究，是從縫隙連接超微結構觀察開始的。在縫隙連接處相鄰兩細胞的膜僅隔開2.0nm左右，而且像是有某種物質結構把兩者連接起來；將兩側細胞膜分離進行超微結構觀察和分子生物學分析，發(fā)現(xiàn)每一側的膜上都整齊地地排列著許多蛋白質顆粒，每個顆粒實際是由6個蛋白質亞單位（分子量各為25kd)構成的6聚體蛋白質，中間包繞一個水相孔道；構成顆粒的蛋白質和中心孔道貫穿所在膜的脂質雙分子層；在兩側細胞膜靠緊形成細胞間的縫隙連接時，兩側膜上的各顆粒即通道樣結構都兩兩對接起來，于是形成了一條條溝通兩細胞胞漿的通路，而與細胞間液不相溝通。這種細胞間通道的孔洞大小，一般可允許分子量小于1.0~1.5kd或分子直徑小于1.0nm的物質分子通過，這包括了電解質離子、氨基酸、葡萄糖和核苷酸等。這種縫隙連接或細胞間通道多見于肝細胞、心肌細胞、腸平滑肌細胞、晶狀體細胞和一些神經(jīng)細胞之間�？p隙連接不一定是細胞間的一種永久性結構；至少在體外培養(yǎng)的細胞之間的縫隙連接或其中包含顆粒的多少，可因不同環(huán)境因素而變化；似乎是細胞膜中經(jīng)常有單方面裝配好的通道顆粒存在，在兩側膜靠近并有其他調控因素存在時，就有可能實現(xiàn)對接，而在另一些因素存在時，兩方面還可再分離。已對接的通道是否處于“開放”狀態(tài)，也要受到多種因素的調控，例如當細胞內Ca²⁺、H⁺濃度增加時，可促使細胞間通道關閉。細胞間通道的存在，有利于功能相同而又密接的一組細胞之間進行離子、營養(yǎng)物質，甚至一些信息物質的溝通，造成它們進行同步性活動的可能性。

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