德国马克斯 · 普朗克生物化学研究所和法国研究人员结合共振波谱学(固态核磁共振)原理,观察了某些特殊蛋白质的合成过程,希望籍此揭开毒素对钾通道结构改变的作用之谜。该研究使进一步开发治疗高血压和其他与钾离子通道失活有关疾病的新药成为可能。

人体细胞外有一层膜,许多由特殊蛋白质构成的离子通道镶嵌其中,仅让特定的离子穿过。这种通道存在电化学梯度,允许神经和心肌细胞的信号通过,当神经或心肌细胞兴奋时,离子通道结构就会发生改变,打开小孔让离子进入。

就如钾离子通道仅允许钾离子通过一样,不同的通道仅对不同的离子开放。一些有毒动物用非常特殊的毒素侵入目标通道,使毒素堵塞通道导致电信号不能穿越膜——由此经常杀死细胞。此前尽管科学家运用X光结晶学在研究离子通道方面取得了巨大进展,但尚未能从结构水平方面很好地研究这种相互间的作用。

马克斯 · 普朗克生物化学研究所的研究员和汉堡神经信号处理学院及法国马赛大学的同行们一起,用一种新的固态核磁共振仪观察特定蛋白质的合成过程和非洲肥尾蝎毒素对离子通道的影响,以确定原子水平上的细菌钾离子通道如何和毒素相互作用。

研究人员首先检测了已中毒通道蛋白的电生理特征。他们将其中的一些蛋白进行标记并用固态核磁共振仪进行检测(那些有标记的蛋白包含具有内在旋转磁力矩的碳和氮原子,能增强核磁共振的信号)。

通过对毒素侵袭离子通道前后分光镜数据的分析,发现毒素能附于离子通道的某特定区域(毛孔部位)并改变这个区域的结构。但这种毒素对离子通道的作用只有在它能够识别离子通道中一段特殊的氨基酸序列时才能奏效。

此外,毒素结合对象固有的可变通性对相互作用也非常重要,因为只有双方能够改变分子结构时,强劲的交互作用才能发生。

应用这种新的分光镜方法,科学家们现在已能较好地了解钾通道的药理学和生理学特征,为今后开发更好、更具特效的疗法打开了一扇天窗。