南师大自编分子生物学PPT课件第三章蛋白质结构与功能.ppt
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1、第三章 蛋白质结构与功能通道蛋白,第一节 载体蛋白和通道蛋白 第二节 细胞膜通道蛋白的研究历史第三节 电压门控离子通道的结构与功能 第四节 配体门控离子通道第五节 机械门控离子通道第六节 水通道蛋白 第七节 离子通道与疾病,第一节 载体蛋白和通道蛋白,载体蛋白:能够与特定溶质结合,通过改变自身的构象,将与它结合的溶质转移到膜的另一侧。通道蛋白:一类横跨质膜,能使适宜大小的分子和带电荷的分子通过简单的自由扩散运动,从质膜的一侧转运到另一侧。,通道蛋白介导的物质转运其特点,(1)选择性(2)饱和性 (3)可控制性 (4)通道蛋白参与的只是被动运输,在运输过程中不与被运输的分子结合,也不会移动,并且
2、是从高浓度区向低浓度区运输,所以不消耗ATP。 (5)通道蛋白的运输速度很快,膜通道蛋白,离子通道与受体的概念关系,第二节 细胞膜通道蛋白的研究历史,Peter Agre因发现第一个细胞膜水通道蛋白,Roderick Mackinnom则因离子通道三维结构与功能机制方面的突破性成就而共同2003年的诺尔化学奖。,离子通道的研究历史,1791年Galvani观察到了电刺激蛙腿后产生的生物电反应现象。 1890年,德国科学家Wilhelm Ostwald就根据人造胶体膜的实验结果,提出生物活组织中测到的电信号,可能是由于离子通过细胞膜的移动形成的。 1902年,Bernstein根据当时的电离和电
3、化学概念提出了经典的膜学说,他认为细胞膜两侧带电离子的不同分布和运动是产生生物电的基础。 20世纪30年代Young发现枪乌贼神经轴突容易被单独剥离用于实验研究。1949年凌宁和Gersrd细胞内微电极记录的技术革新突破70年代中期,两位德国科学家Neher和Sakmann在电压钳(voltage clamp)技术的基础上,发明了可以直接观察单个离子通道活动的膜片钳技术。 80年代,分子生物学和分子遗传学技术的快速发展有力地推动了膜离子通道的纯化和克隆研究。 90年代后借用现代光谱学、生物信息学和蛋白质结晶技术,从空间的角度拓宽了人们对膜离子通道溶液/晶体构象的立体视野。,水通道的研究历史,早
4、在19世纪中叶就有人提出细胞膜上可能存在介导水转运的通道。1957年,Sidel和Solommon才发现红细胞膜的高效水通透性是由水选择性通道介导的。80年代中期,Peter Agre在研究红细胞膜Rh血型抗原时分离纯化了一个分子量约28kD的膜内在蛋白,命名为CHIP28(channel-forming integral protein,通道形成整合蛋白)。最终确认该蛋白就是水通道。,Agre的含水通道蛋白或不含水通道蛋白的细胞实验,第三节 电压门控离子通道的结构与功能,电压门控离子通道(voltage-gated ion channel),又称电压依赖性(voltage dependent
5、)或电压敏感性(voltage sensitive)离子通道,因膜电位变化而开启和关闭,膜两侧的跨膜电位的改变,是控制此类通道开放与关闭的直接因素。 电压门控通道一般包括钠通道、钾通道、钙通道和氯通道型,各型又分若干亚型。,电压门控钠离子通道,电压门控钠通道和钙通道的功能性亚基均各由4个疏水重复结构域()组成,每个结构域有6段由疏水性氨基酸组成的跨膜螺旋序列片段(S1S6),在S5和S6之间尚有一个P段(pore-forming segment) ;它从膜外面进入膜中,但不穿膜而中途折返,回到膜外。每个结构域中的第四个跨膜螺旋在氨基酸序列上均有一个共同的特点,即每隔两个疏水氨基酸间重现一个带正
6、电的Arg/Lys残基,它们与电压门控钠通道的开合机理有关。,电压门控钾离子通道,电压门控钾离子通道分子只相当于电压门控钠通道和钙通道功能性亚基中的一个重复结构域,经6次穿膜(S1S6)。S5与S6之间由一个相当于钠通道的P段的H5段连接,整个通道由4个同源亚基构成。细胞内K+的浓度为细胞外的10倍以上,由于该浓度梯度,K+可以利用K+通道跨细胞膜到细胞外。K+和Na+都是球型离子,并且K+的离子半径比Na+大,而却不能利用该通道跨膜。通过对细菌的通道的三维结构的解析,使人们对K+通道的高度选择性通透机制有了清楚的了解。,图12 细菌钾通道的离子选择性和转运机制(a)K+在孔道中正好能与四个亚
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