「ゲート」の版間の差分

英：gate、独: Tor、仏: porte

[[Image:Kv1.2.png|200px|thumb|right|図1 電位依存性[[カリウムチャネル]]の四量体構造（PDB: 2R9R）。中央にポアドメイン、外側に４つの[[膜電位センサー]]ドメインを持つ。中央紫の球はカリウムイオン。]]　1950年代にHodgkinとHuxleyによってイカの巨大[[軸索]]の[[活動電位]]の発生に関わる膜電位依存性のナトリウムイオンとカリウムイオンの透過性の変化が記載されて以来、[[電位依存性チャネル]]のゲーティング機構の解明は[[イオンチャネル]]研究のもっとも中心的な課題の一つであり続けている。HodgkinとHuxleyは、カリウムイオンのコンダクタンスに関して、膜電位依存的に動く仮想的な４つのゲート”n”を仮定し、これら４つのnが膜電位依存的に独立に開状態と閉状態を行き来し、４つすべてが開状態になることで初めてカリウムイオンが流れるとした。すなわちカリウムイオン電流がn⁴に比例するというモデル([[Hodgkin-Huxley方程式]])を考案した<ref><pubmed>12991237</pubmed></ref>。ナトリウムイオン電流には3つの活性化ゲート”m”と一つの不活性化ゲート”h”を仮定し、m3hで表すことができるとした。この[[Hodgkin-Huxley方程式]]により、イカの巨大[[軸索]]の[[活動電位]]と、それに伴うカリウムイオンとナトリウムイオンのコンダクタンス変化を正確に再現することができた。膜電位の変化を感知するための機構として、細胞膜を横切って動く電荷”ゲーティングチャージ”の存在が予想された。70年代に入り、イオン電流に先んじて流れるゲート電流が実際に記録された。80年代に入り、[[イオンチャネル]]分子が実際にクローニングされ、その後電位依存性[[カリウムチャネル]]が実際に四量体であることが明らかとなり、[[Hodgkin-Huxley方程式]]で記載されたカリウムイオン電流のモデルが、四量体構造に由来するものであることが明確に示された。また四番目の膜貫通セグメント(S4)には3アミノ酸おきに正電荷を持つアミノ酸（アルギニンまたはリジン）が配置されていることがわかった。このS4セグメントこそが[[膜電位センサー]]であり、アルギニン(リジン)残基が電場内を動く際に生じるのがゲーティング電流であることが明らかになった。さらに2000年代に入り、電位依存性[[カリウムチャネル]]の結晶構造が明らかになると、[[膜電位センサー]]ドメイン構造がポアドメイン構造とは独立なユニットとして働いているイメージがより鮮明になった(図1)。

　[[電位依存性チャネル]]の[[膜電位センサー]]ドメインは１番目から４番目までの4本の膜貫通セグメント(S1～S4)から構成されているが、その中心的な役割は正電荷を複数持つS4セグメントであると考えられている。細胞膜が脱分極することで、膜電位の変化を感じたS4セグメントが細胞外側に向かって動くと考えられている。その際のS4セグメント中のアルギニン(リジン)残基の動きが、ゲート電流として計測できる。４つのサブユニットのそれぞれの[[膜電位センサー]]ドメインは独立に動くと考えられている。すべての[[膜電位センサー]]が細胞外側に動いた後、最後の開状態へのステップとして漸く[[イオンチャネル]]のゲートが開くと考えられている。

[[Image:KcsA&MthK.jpg|400px|thumb|right|図2 KcsAチャネル(閉状態; PDB:1BL8)とMthKチャネル(開状態; PDB:1LNQ)の構造。2つのサブユニットのみ表示している。]]　[[膜電位センサー]]自体はあくまでゲートの開閉を制御しているものであり、実際に開閉するゲートはポアドメインのS6セグメントに存在していると考えられている。原核生物の2回膜貫通型[[カリウムチャネル]]KcsAの結晶構造は閉状態だと考えられている。S6セグメントに相当するM2へリックスは細胞内側で束ねられており、"ゲート"は閉じている<ref><pubmed>9525859</pubmed></ref> (図2左)。一方原核生物由来のカルシウム活性化カリウムチャネルMthKの構造は開状態であると考えられている。MthKではM2へリックスが大きく開いており、ゲートを担うへリックス（S6またはM2）がダイナミックに動くことで開閉することを示唆している<ref><pubmed>12037560</pubmed></ref>(図2右)。さらにKcsAチャネル蛋白一分子に付加した金結晶のX線回折像の解析により、M2へリックスがダイナミックに動く様子がリアルタイムで捉えられている<ref><pubmed>18191221</pubmed></ref>。哺乳類の電位依存性[[カリウムチャネル]]としてはKv1.2チャネルの構造が明らかになっているが、これは開状態であると考えられる<ref><pubmed>16002579</pubmed></ref><ref name=ref2><pubmed>16002581</pubmed></ref>。閉状態の結晶構造は未だ得られていないが、[[膜電位センサー]]の動きがS4-S5リンカーを介してS6セグメントに伝わり、ゲートであるS6セグメントがやはりダイナミックに開閉すると考えられている<ref name=ref2 /><ref><pubmed>17920020</pubmed></ref>。