离子通道的协同性门控机制使其能够灵敏的感受刺激信号和配体的细微变化,并进而调节自身的开放与关闭。尽管离子通道的协同性门控现象的发现和研究已有超过三十年的时间,但是其背后,生物大分子得以发挥重要作用的深层机制却一直无法清楚的解释。配体的结合可以引起配体门控的钾离子通道的迅速开放。MthK通道是一种来自甲烷嗜热菌的钙离子激活的钾离子通道,它能通过胞内的门控环结合钙离子,并进而转变为开放状态。通过整合已知的MthK门控环的大量结构并进行分析,以及结合热力学和电生理的相关实验,我们解释了钙离子在八聚体门控环的其中一个钙离子结合位点的结合,是怎样导致钙离子在其它位点的结合更加容易发生。这些结构和功能的联合研究,使我们可以得出一个关于钙离子通过协同效应来调控MthK通道活性的结论,即钙离子的结合位点在两种不同的状态之间相互转变,并且不同的状态对钙离子的亲和力完全不同。钙离子在八聚体门控环上其中一个钙离子结合位点的最初始的结合,会增加其它没有结合钙离子的位点对钙离子的亲和力,并因而导致后续的钙离子结合更加容易进行。我们证明,门控环不同区域的构象转换和动态变化能够彼此协调进行,并在此基础之上提出了一个MthK通道门控环的协同性调控模型,即钙离子的初始结合引发了门控环发生一系列的结构变化,最终导致门控环上其它没有结合钙离子的位点对钙离子的亲和力发生显著增加。因此,门控环通过自身的构象改变,将钙离子结合的能量最终转变成使离子通道开放的机械力。我们提出了MthK通道的第一个原子水平上的协同性结构变化的模型,并且为深入阐释离子通道协同性门控机制提供了坚实基础。