读到这里,你是不是觉得光敏通道蛋白很神奇?为什么小鼠神经细胞中加入了它,小鼠就变成了“光控”小鼠?
使得动物的神经元具有光敏感性,即被光线控制的光敏通道是一个多功能的蛋白分子。它在通道内部结合了一些能够吸收光子的小分子——视黄醛。光敏通道蛋白“钉”在神经细胞膜上,它的肽链一共7次来回跨越细胞膜并形成了一个桶状的结构,这个桶的中间就是结合视黄醛的“小口袋”。
在与光子结合之前,视黄醛分子松松地“躺”在光敏通道蛋白的口袋里,光敏通道也是关闭的;一旦与光子结合,视黄醛分子的结构就会发生变化,带动桶状结构变化,从中打开一个通道。许多阳离子(比如钠离子和钙离子)就会顺着通道流入细胞内,从而使细胞膜内电位由负变正,神经细胞就被激活而兴奋了。而撤掉光了以后,视黄醛分子又会自动恢复到原先的结构,同时光敏通道关闭。换句话说,正是光敏通道蛋白中视黄醛与光结合的性质和光敏通道蛋白质分子结构的特点,实现了光控的功能。
上文提到的奇妙药剂中的病毒载体包裹的,就是这个光敏通道的编码DNA序列。由它合成的光敏通道蛋白和哺乳动物细胞相处融洽,没有导致哺乳动物细胞死亡的毒性,是一种很安全的蛋白。
光敏通道蛋白进入神经细胞后还需要结合视黄醛小分子才能完成光控功能,但幸运的是绝大多数神经细胞并不需要额外补充视黄醛。生物体中已经合成了足量的视黄醛并运输到了神经细胞中,随时有足够剂量的视黄醛和光敏通道蛋白结合。