通道蛋白怎麼實現對特定離子的選擇？

通道蛋白是怎麼實現對特定離子的選擇的呢

這個問題很好。目前對這個問題並沒有一個完備的理論。為了得到一個解釋，首先我們可以比較不同離子的Pauling半徑。

圖一，離子半徑比較。

簡單地做一下減法可以發現鈉離子和鉀離子的半徑差是0.37?。雖然看起來差別並不大，而且二者都是一價陽離子，但是配位性質可能差異很大。比如說對於冠醚的情況，15-crown-5跟鈉結合更好，而18-crown-6和鉀結合更好。這似乎暗示了通道蛋白對離子識別的基礎。

圖二，冠謎。

對鉀離子通道的研究是較為透徹的。在鉀離子通道中一個關鍵的保守序列是TVGYG。結構分析表明這個序列位於通道最狹隘的位置。（Chemistry of ion coordination and hydration revealed by a K+ channel–Fab complex at 2.0 ? resolution）在這個位置，離子需要和水分子剝離才能通過。一個理論是說鉀離子和鈉離子有20 kcal/mol 的水合能差，故鈉離子更難脫水，不能從鉀離子通道通過。

圖三，鉀離子通道，示鉀離子（綠點）。（Potassium Channels）
對鈉離子通道的選擇性的了解比較少。跟鉀離子通道不同，鈉粒子在通過通道時候是以水合或者部分水合的形式通過。在哺乳動物的Nav通道中，有兩圈選擇性濾器（Selective filter，通道中的離子結合位點），其中內圈被認為是在選擇性中扮演重要作用。在內圈有一個保守序列DEKA，研究表明把 K 突變掉會導致對鉀離子和鈣離子的透性，而把 DEKA 突變為 EEEE 則會導致透過性傾向鈣離子。（Calcium channel characteristics conferred on the sodium channel by single mutations）後來就有了這樣一個模型。儘管從空間上看單個鉀離子可以通過通道，但在帶電的通道中（DE），鉀離子因為水合構象不合適而難以通過。這解釋了鈉離子通道的選擇性。

圖四，鈉離子通道模型。（Mechanism of Ion Permeation and Selectivity in a Voltage Gated Sodium Channel）
（吐槽：知乎怎麼就不能傳 gif 格式的圖片了）
（圖片搬運自 quora 相關答案，侵刪）