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关于离子通道电压门控的文献极为丰富，其中相当大一部分涉及钾通道，尤其是KV1家族，包括Shaker通道。基于蛋白质结构获得的实验证据，通常被解释为支持在很大程度上忽略水作用的门控机制。我们提出，为了使K+离子穿过门控区域并进入腔孔，它必须在很大程度上脱水。在门处，每一个单独水合壳层水分子与反离子、蛋白质或其他水分子之间的竞争性相互作用，都能够一次移除一个水分子。对于离子水合壳层而言，存在若干此类相互作用；为了使离子能够穿过门控区域，必须有足够多的此类相互作用，使离子最终至多保留两个水合水分子，在这种情况下，门是开放的。蛋白质构象变化是次要的、幅度较小的，并且大多并不重要。该假说还有第二个部分：此前已被证明是门控电流候选载流子的质子（Kariev and Green, JPC B, 2019, Membranes, 2022, 2024）能够到达门处；向门处加入四个质子会阻止脱水，使离子至少保留三个水合水分子，这足以阻止其通过。本文给出的量子计算支持该假说中关于脱水的部分；同时也在很大程度上支持第二部分，即有关质子的部分，但要完全证实这一点仍需进一步研究。该假说解释了这样一项实验发现：P475D突变体本质上处于组成型开放状态，而门开口更宽的P475S突变体却在所有相关电位下均处于关闭状态；本文所给出的计算详细展示了这一机制，从而进一步证实了该假说的第一部分，并在很大程度上但尚未完全证实其关于质子的第二部分，同时也指出了仍需进一步研究之处。该机制还能够从定性上解释闪烁噪声和波动及其后果。
关于离子通道电压门控的文献极为丰富，其中相当大一部分涉及钾通道，尤其是包括 Shaker 在内的 KV1 家族。基于蛋白质结构获得的实验证据通常被解释为支持一种在很大程度上忽略水作用的门控机制。我们提出，为了使 K+ 离子穿过门控区域并进入腔孔，它必须在很大程度上脱水。在门处，每个单个水合壳层中的水分子与反离子、蛋白质或其他水分子之间的竞争性相互作用，可以一次移除一个水分子。对于离子水合壳而言，存在若干此类相互作用；要使离子穿过门控区域，必须有足够多的此类相互作用，使离子最终至多仅保留两个水合水分子，在这种情况下门处于开放状态。蛋白质构象变化是次要的、幅度较小的，并且大多并不重要。
该假说还有第二个部分：此前已被证明是门控电流候选载流子的质子（Kariev 和 Green，JPC B，2019；Membranes，2022，2024）能够到达门处；在门处加入四个质子可阻止脱水，使离子至少保留三个水合水分子，这已足以阻止其通过。本文给出的量子计算支持该假说中关于脱水的部分；它们也在很大程度上支持第二部分，即关于质子的部分，但要完全证实这一点仍需进一步研究。该假说解释了实验发现：P475D 突变体本质上呈组成型开放状态，而门开口更宽的 P475S 突变体却在所有相关电位下均处于关闭状态；本文所给出的计算详细展示了其机制，从而进一步证实了该假说的第一部分，并在很大程度上但尚未完全证实第二部分，即关于质子的部分，同时指出了仍需进一步研究之处。该机制还能够从定性上解释闪烁噪声和涨落及其后果。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.01.735716v1?rss=1
🏷️ Shaker钾通道 离子脱水 电压门控 量子计算 质子作用