神奇的离子通道

我们知道，一切动、植物都是由细胞组成，每个活的细胞由一层细胞膜包覆着。细胞为了生存，必须不断与外界进行物质交换，这种交换过程，都要通过细胞膜实现。根据物质的大小和化学性质的不同，它们有不相同的交换途径，其中离子通道就是细胞膜上专供一些无机离子出入细胞的“走廊”。离子通道是由蛋白质单个分子或分子复合体构成的一种充满水的孔道。

离子通道具有选择性，不同的离子各自具有高度专一的通道。有些离子通道是连续开放着的。称为渗漏离子通道；有些离子通道是瞬间开的，称为门控离子通道。门控离子通道有两种类型：一种是通道蛋白与细胞外配体专一性结合后，引起离子通道的“开”和“关”，称为配体门控通道；另一种是细胞膜两侧的电位变化控制离子通道的“开”和“关”，称为电压门控通道。另外，根据离子的带电性质，又可分为阳离子通道和阴离子通道。

离子通道与细胞的功能关系非常密切。在神经和肌肉细胞上，电压门控纳离子通道对动作电位的产生和神经冲动的传导具有重要作用。钾离子通道对兴奋的传递，心脏起搏点的激活、膜电位的复极化，钙离子的摄取、神经递质的释放乃至受精作用等都具有重要意义。电压门控钙离子通道是调节肌肉收集力大小的主要位点。氯离子通道几乎存在于所有的细胞膜上，与细胞静息电位的产生密切相关。在许多上皮细胞，氯离子通道对盐分的吸收与分泌显得极为重要。由此可见，一旦细胞膜上的离子通道出现故障，就会影响细胞正常的功能；导致各种疾病的发生。

对离子通道进行科学探测不是件容易的事情。1952 年英国生理学家霍奇金和赫克斯利发明了一种“电压箱技术”，对枪乌贼巨神经轴突跨膜离子电流进行了定量测定，并首次提出了“离子通道”的概念。他们因此成为 1963 年诺贝尔生理学或医学奖得主。

然而，电压箱技术只能记录到通过许多通道的离子电流的总和，不能用来观察分析单个离子通道启闭动态变化与动力学特征。1976 年德国细胞生理学家内尔和扎克曼开始致力于发明一种称为“膜片箱”的技术，以直接记录细胞膜上单个通道的离子电流。1981 年，他们终于获得了成功，并使这项技术的广泛推广成为可能。膜片箱技术的建立，大大促进了细胞膜离子通道的深入研究，使细胞膜研究与某些疾病的发病机制及治疗研究结合起来，从而促使现代生物学和医学发生了巨大变化。为此，瑞典卡罗琳医学院把 1991 年度诺贝尔医学奖或生理学奖授予这一技术的发明者，德国科学家欧文·内尔（生于 1944 年 3 月）和伯特·扎克曼（生于 1942 年 6 月）。