研究揭示疼痛分子通道的结构 [动画]

仔细观察让我们真切感受到热量的神经细胞通道

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触摸滚烫的煎锅,灼热的疼痛信息会迅速传递到您的大脑,然后再返回到您的手,以至于缩回手指的冲动似乎是瞬间发生的。这种快速的信号始于一种称为 TRPV1 通道的热感分子。这种特殊的蛋白质大量存在于我们手指和其他部位的感觉神经细胞表面,是一种可以呈现开放或关闭构型的变形分子。热量会打开分子中心的孔隙,某些蜘蛛毒素和辣椒素(赋予辣椒灼热感的物质)也会打开这个孔隙。一旦孔隙打开,带电的钠离子和钙离子就会流入神经细胞,从而触发疼痛信号。哎哟!

正如神经科学家兼记者斯蒂芬妮·萨瑟兰在十二月刊《大众科学》上的“不会消失的疼痛”一文中所解释的那样,研究人员长期以来一直对寻找方法来调节这种通道以及其他离子通道在慢性疼痛患者中的作用感兴趣。然而,完全关闭 TRPV1 通道是不可行的,因为它在调节体温方面起着至关重要的作用。

在 2013 年 12 月发表在《自然》杂志上的两篇论文中,加利福尼亚大学旧金山分校的研究人员在理解 TRPV1 方面为疼痛研究人员提供了巨大的帮助。他们使用电子冷冻显微镜(一种旨在探索极低温度下分子三维结构的仪器),以精细的原子细节揭示了大鼠通道分子的结构。其中一位研究人员程亦凡还创作了这个色彩鲜艳的动画,展示了通道打开时分子的外观。(《大众科学》是自然出版集团的一部分。)


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该视频揭示通道蛋白由四个螺旋亚基组成(以浅黄色、蓝色、绿色和红色描绘)。程的模型显示 TRPV1 蛋白与蜘蛛毒素(粉红色)和类似于辣椒素的致命植物毒素(红色球体)结合。这两种毒素都会打开通道。随着模型的旋转,很容易看到离子通过的中心间隙——启动疼痛信号的步骤。

克劳迪娅·瓦利斯是一位屡获殊荣的科学记者,她的作品曾发表在《纽约时报》、《时代周刊》、《财富》杂志和《新共和》杂志上。她曾担任《时代周刊》的科学编辑和《大众科学·思想》杂志的执行编辑。

更多作者:克劳迪娅·瓦利斯
大众科学 Magazine Vol 311 Issue 6这篇文章最初以 “研究揭示疼痛分子通道的结构 [动画]” 为标题发表于 《大众科学》杂志 第 311 卷第 6 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican122014-5IYGFtEyxVetCh3MQGSoBD
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