分子生物学中钾离子通道研究进展
摘要：钾离子通道是动物钾离子吸收的重要途径之一。近些年来，已从多栽植物或同养殖物的不同组织脏器中分离到多种钾离子通道基因，包括外向检波型钾离子通道基因(如，DKT1，Ktrrl，KIll，KZM1，ZMK2等)和内向检波型钾离子通道基因(如CORK，PTORK，STORK等)。文章分别从结构、功能以及相关基因等三方面综述了关于动物钾离子通道的分子生物学研究进展，并对应用生物工程技术改良动物的钾营养性状进行了讨论。
关键词：钾离子通道；结构；基因
离子通道(ion)是跨膜蛋白，每位蛋白分子能以高达l08个／秒的速率进行离子的被动跨膜运输，离子在跨膜电物理势梯度的作用下进行的运输，不须要加入任何的自由能。通常来讲，离子通道具有两个明显特点：
一是离子通道是门控的，即离子通道的活性由通道开或关两种构型所调节，并通过开关应答相应的讯号。按照门控机制，离子通道可分为电流门控、配体门控、压力激活离子通道。
二是通道对离子的选择性，离子通道对被转运离子的大小与电荷都有高度的选择性。按照通道可通过的不同离子，可将离子通道分为钾离子(ion，K)通道、钠离子(ion，Na)通道、钙离子(ion钠钾离子通道存在，Ca2)通道等。其中，K通道是种类最多、家族最为多元化的离子通道，按照其对电势依赖性及离子流方向的不同，可把K通道分为两类：①内向检波型K通道(K；Kin)，②外向检波型K通道(；Kout)。K是动物细胞中浓度最为丰富的阳离子，也是动物生长发育所必需的惟一的一价阳离子，它在动物生长发育过程中起着重要的作用，具有重要的生理功能。动物中可能存在K通道，这一点早在20世纪6o年代动物营养学界就有人提出，而始终到80年代才被等人[23否认，她们借助膜片钳(patchchmp)技术，首先在玉米(V／c／afaba)的保卫细胞中检测出了K通道钾离子通道的结构单个钾离子通道是同源四聚体，4个亚基()对称的围成一个传导离子的中央孔道(pore)，正好让单个K通过。对于不同的家族，4"亚基有不同数量的跨膜链(。span。ning)组成。两个跨膜链与它们之间的P回环(porehelixloop)是K通道结构的标志2TM／P)钠钾离子通道存在，不同家族的K通道都有这样一个结目前从植物体中发觉的K通道几乎全是电流门控型的，如保卫细胞中的K内向检波通道等，其结构模型如图2一a所示。离子通透过程中离子的选择性主要发生在窄小的选择性过滤器()中(图2一b)，X射线晶体学显示选择性过滤器长1．2nIll，孔径约nIll，K钾离子通道的作用.有关K通道在植物体内的`作用研究并不多。
从目前的结果来看，觉得主要是与K吸收和细胞中的讯号传递(尤其是保卫细胞)有关。马铃薯根细胞中过极化激活的选择性内流K通道的表观平衡常数Km值为8．8mmol／L，与一般的低亲和吸收系统Km值相像[。近些年来，大量K通道基因的研究表明，K通道是动物吸收转运钾离子的重要途径之一。保卫细胞中气孔的开闭与其液泡中的K含量有密切关系。质膜去极化激活的K内向检波通道造成K外流，胞质膨压增加，致使气孔的关掉。相反，质膜上H．激活的超极化()使得外向检波钾离子通道(Kin)的打开，导致K的内流，最终造成气孔的伸开钾离子通道相关基因及其功能特点迄今，已从多栽种物或同养殖物的不同组织脏器中分离得到多种K通道基因(图3)，依据对其结构功能和DNA序列的剖析，可以把它们分为5个大组：工，Ⅱ，Ⅳ组基因属于外向检波型通道；m组属于弱外向检波型通道(sK1)是第一个克隆到的动物K通道基因，采用酵母双突变体互补法从拟南芥cDNA文库中筛选下来cDNA序列剖析表明，AKT1长2649bp，其中的阅读框为2517bp，编码838个多肽残基组成的氨基酸，相对分子质量约为95400Da。AKT1编码的K通道，对K有极高的选择性，其选择性依次是K>Rb>>Na>Li。