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细胞膜离子通道机制分析细胞膜离子通道是一种能够通过细胞膜进行离子传输的蛋白质，其结构和功能都非常关键。
在生物体内，细胞膜离子通道能够调控细胞的离子平衡、神经信号传递、肌肉收缩等多种生理过程，因此其机制的研究具有重要意义。
本文就细胞膜离子通道的结构、功能和调控机制进行分析。
一、细胞膜离子通道的结构细胞膜离子通道是一种膜蛋白，其分子结构主要由四个亚单位组成。
这些亚单位在细胞膜上形成一个长而细长的通道，其中心区域形成了一个离子通道。
这个通道内侧是一个负载着离子的位置，而通道外侧则是一个分子空间。
离子通过这个通道从一个空间传输到另一个空间。
不同的离子通道具有不同的选择性，其中一些仅允许一种离子通过，而其他离子通道则具有更大的选择性，可以容纳多种不同的离子传输。
二、细胞膜离子通道的功能细胞膜离子通道能够在医学和生物学领域发挥非常重要的作用。
这种蛋白质可以通过控制细胞的电位和离子浓度来调节细胞内外的离子平衡。
例如，细胞膜钾通道能够控制神经传递，这是神经系统正常功能的关键。
另外，钠通道和钾通道的不同选择性可以控制肌肉收缩和心跳的节律。
除此之外，细胞膜离子通道还有其他不同的功能，如调节光敏；控制细胞的酸碱平衡；促进钙的进入和出入等。
三、细胞膜离子通道的调节细胞膜离子通道的活性可以受到多种调节，包括电压、细胞内和外部的离子浓度、药物和其他分子等。
例如，钠通道的活性会受到细胞内钠离子浓度的调节，而钾通道则会受到钾离子和酸碱平衡的影响。
此外，药物也可以通过影响细胞膜离子通道的结构和活性来产生不同的作用。
例如，利多卡因就是通过阻断细胞膜钠通道的活性来产生局麻作用的。
总之，细胞膜离子通道具有非常重要的生理功能，其结构、功能和调节机制正在被广泛研究。
通过深入理解细胞膜离子通道的机制和作用，我们可以更好地了解生物体内离子平衡和神经传导的规律，为人类健康和药物研究提供更有效的方法和手段。
生物膜离子通道生物膜离子通道示意图生物膜离子通道（ion channels of biomembrane）是各种无机离子跨膜被动运输的通路。
生物膜对无机离子的跨膜运输有被动运输（顺离子浓度梯度）和主动运输（逆离子浓度梯度）两种方式。
被动运输的通路称离子通道，主动运输的离子载体称为离子泵。
生物膜对离子的通透性与多种生命活动过程密切相关。
例如，感受器电位的发生，神经兴奋与传导和中枢神经系统的调控功能，心脏搏动，平滑肌蠕动，骨骼肌收缩，激素分泌，光合作用和氧化磷酸化过程中跨膜质子梯度的形成等。
细胞膜离子通道细胞膜上离子通道的功能，除了可以调节细胞内外的渗透压，也是维持细胞膜电位的重要分子，而神经细胞要进行讯号传导，便是靠离子的进出以造成膜电位的变化。
虽然科学家对于细胞膜上离子通道已有相当程度的了解，对于离子通道所具有的特殊选择性，也从能蛋白质的结构大略获得解释，但是一直缺乏一套完整详细的分子作用机制。
原因是，要做出膜蛋白三维结构的高解析度影像，非常不容易。
1998年，麦金农做出了链霉菌的离子通道蛋白质KcsA的高解析三维结构影像，并首度从原子层次去了解离子通道的作用方式。
KcsA离子通道中有一种“滤嘴”，能让钾离子（K+）通过，却不允许同族元素中体积更小的钠离子（Na+）通过，这令科学家百思不得其解。
但是麦金农根据KcsA的立体结构，发现离子通道中“滤嘴”边上的四个氧原子的位置，恰好跟钾离子在水溶液中的情况一样，亦即滤嘴边上的氧与水分子的氧距离相同，所以钾离子能够安然通过通道，一如在水中一样；但钠离子尺寸较小，无法顺利接上滤嘴边上的四个氧原子，因此只能留在水溶液，而无法轻易穿过通道。
而离子通道的开关会受到细胞的控制，麦金农发现，离子通道的底部有个闸门，当离子通道接收到特定的讯号，离子通道蛋白质结构便会发生改变，因此造成闸门的开关。
麦金农对于钾离子通道的结构与作用机制的研究，是生物化学、生物物理等领域的一大突破，也为神经疾病、肌肉与心脏疾病的新药物开发，指引了新的方向。
组成生物膜的主要成分生物膜是存在于生命体内外的一种特殊结构，由多种生物大分子构成而成，其主要功能是维持细胞结构、调节细胞内外环境和传递信号。
组成生物膜的主要成分有脂质、蛋白质、糖类和核酸等。
脂质是生物膜中最主要的成分之一，它们主要包括磷脂和胆固醇等。
磷脂是一种疏水性的分子，在水中可以自组装成为双层结构，形成生物膜的骨架。
磷脂分子的极性头部和非极性尾部让它们能够在水中形成大片双层结构，使得生物膜成为一个有效的屏障，阻止细胞内外溶质的扩散和运输。
胆固醇是一种人体内生产的甾体物质，也是膜中的重要成分。
它可以插入到生物膜的磷脂双层中，增加膜的稳定性和流动性，维持生物膜和细胞的结构和功能。
蛋白质是生物膜的另一个主要成分，泛指所有嵌入膜中或与膜结合的蛋白质，包括离子通道、受体和转运体等。
离子通道可以通过膜中的水分子形成疏水环境，帮助离子穿越生物膜。
受体可以感知细胞外环境的变化，转发信息并调节细胞内外的生命活动。
转运体可以在膜上形成孔道，使得溶质通过膜而进入或离开细胞，实现物质转运。
糖类是生物膜中的另一个主要组分，它们主要连接在蛋白质或脂质的糖基上，形成糖基化蛋白或糖基化脂质。
这些结构在膜上起着不可或缺的作用，可以帮助细胞与外界环境互动，调节细胞信号传导和免疫反应等。
例如，膜上的糖基化蛋白可以作为免疫识别器官来识别特定分子，促进免疫细胞的攻击和清除；而糖基化脂质则可以作为细胞识别的重要标志，帮助细胞定位和区分。
核酸则是组成生物膜的另一个重要成分。
在细胞膜上附着的核酸分子主要指RNA和DNA。
它们的功能包括传递基因信息、调控基因表达、参与蛋白质合成等。
同时，膜上的核酸分子还可以作为信号转导的重要介质，传递大量的生命活动信息，从而影响细胞的生长、分化和凋亡等。
总而言之，生物膜是一个复杂的结构，由多种生物大分子构成而成。
这些分子之间通过各种机制相互联系，从而形成一个相互依存、相互作用的整体。
生物膜的结构和成分对细胞生命活动至关重要，因此研究生物膜组成及其功能具有重大意义。
离子通道的工作原理
离子通道是细胞膜上的一类疏水膜蛋白，具有亲水孔道，能够选择性通透不同离子，如K+、Na+、Ca2+、Cl-等。
它们的工作原理主要依赖于跨膜电位的变化。
当离子通道打开时，不同离子会根据其浓度差和电位差通过通道进行移动。
这一过程是由细胞膜内外带电离子的浓度差驱动的。
一旦在细胞膜内外创造出带电离子的浓度差，电位差产生的电场力就可以瞬间驱动离子运动。
不同类型的离子通道对膜电位的变化有不同的反应。
例如，电压门控离子通道的孔道开放与关闭受细胞膜两边的膜电位调节，去极化（膜内电压高于膜外电压）或超极化（膜外电压高于膜内电压）可以调节不同离子通道的开放和关闭。
在神经细胞中，离子通道的开闭影响跨膜电位的变化，从而影响神经信号的传递速度。
例如，钾离子通道的开放有助于钾离子的外流，降低膜电位，而钠离子通道的开放则有助于钠离子的内流，增加膜电位。
这些离子的移动会在很短的时间内引起电信号的变化，进而实现快速神经传导。
综上所述，离子通道通过选择性通透不同离子来实现对细胞膜内外离子平衡的调节，对神经传导、肌肉收缩等生理过程起着关键作用。
如需更具体的信息，建议阅读生物科学类文献或请教专业人士。
生物膜的功能主治概述生物膜是一种多细胞生物内部或外部形成的薄膜结构，由细胞颗粒、细胞外基质、细胞外气膜等组成。
生物膜在维持生物体正常功能方面起着至关重要的作用。
本文将介绍生物膜的功能主治，包括保护作用、细胞识别与信号传导、选择性通透性、附着能力等。
保护作用生物膜作为细胞的外部屏障，能有效保护细胞免受外界环境的损害。
以下是生物膜保护作用的几个方面：•防止物质和溶剂的扩散：生物膜的疏水性使其具有隔离功能，能够防止溶质和溶剂自由扩散，从而维持细胞内外环境的稳定。
•防止病原菌的侵入：某些生物膜能够有效阻止病原菌的侵入，起到保护机体免受感染的作用。
•防止机械损伤：生物膜可以像一个“波浪墙”一样，吸收外界的冲击力，从而减少细胞受到机械损伤的可能。
细胞识别与信号传导生物膜在细胞间的识别与信号传导中发挥着重要作用。
以下是生物膜在细胞识别和信号传导中的几个方面：•细胞间相互识别：生物膜上的特定蛋白质可以与其他细胞表面的配体结合，从而实现细胞间的识别和相互作用。
•信号传导：生物膜上的受体蛋白可以感知外界信号，并将其转化为细胞内信号传递的起始点。
这一过程对于细胞正常的生长和发育至关重要。
•细胞黏附和运动：生物膜上的一些黏附蛋白可以帮助细胞附着在其他细胞或基质上，从而促进细胞的聚集和组织形成。
选择性通透性生物膜具有一定的选择性通透性，能够对物质的进出进行调控。
以下是生物膜的选择性通透性的几个方面：•单一物质的通透性：生物膜上的蛋白质和脂质可以形成通道或载体，使得特定物质能够通过生物膜进入或离开细胞。
•对离子的调节：生物膜上的离子通道能够调控细胞内外离子的浓度差，维持细胞膜的稳态。
•对水分的调控：生物膜上的水分通道可以调节细胞内外水分的平衡，防止细胞膜因水分过多或过少而发生损伤。
附着能力生物膜具有较强的附着能力，能够固定在细胞或基质表面。
以下是生物膜的附着能力的几个方面：•胞外基质的合成：生物膜上的细胞能够产生胞外基质，将其固定在细胞或基质表面，从而形成具有附着能力的生物膜。
一．名词解释1.胞间连丝：是指贯穿细胞壁、胞间层，连接相邻细胞原生质体的管状通道。
2.温周期现象与光周期现象：在自然条件下气温是呈周期性变化的，许多生物适应温度的某种节律性变化，并通过遗传成为其生物学特性，这一现象称为温周期现象。
生物在暴露于阳光期间对变化产生的反应，尤指通过生物过程显示出来的反应称光周期现象。
3.质壁分离与质壁分离复原：如果把具有液泡的细胞置于水势较低的溶液中，液泡失水，细胞收缩，体积变小。
由于细胞壁的伸缩性有限，而原生质体的伸缩性较大，随着细胞继续失水，原生质层便和细胞壁分离开来，这种现象被称为质壁分离。
如果把发生了质壁分离的细胞浸在水势较高的稀溶液或清水中，外液中的水分又会进入细胞，液泡变大，整个原生质层很快会恢复原来的状态，重新与细胞壁想贴，这种现象称为质壁分离复原。
4.根系的主动吸水与被动吸水：由根系代谢活动而引起的根系吸水过程称为主动吸水。
由蒸腾拉力引起的根系吸水称为被动吸水。
5.植物的水分临界期与最大需水期：指植物在生命周期中对水分最敏感、最易受伤害的时期。
一般而言，植物水分临界期多处于花粉母细胞四分体形成期，此时若缺水，使性器官发育不正常。
植物的最大需水期指植物生活周期中需水最多的时期。
6.大量元素与微量元素：植物生命活动必需的、且需要量较多的一些元素，它们约占植物体干重的0.01-10%，有C、H、O、N、P、S、K、Ga、Mg等9种元素。
植物生命活动必需的、而需要量很少的一类元素。
它们约占植物体干重的10（-5）-10（-3）%，有Fe、Mn、Zn、Cu、B、Mo、Cl等。
7.RuBP羧化酶与PEP羧化酶：核酮糖二磷酸羧化酶，催化1，5-二磷酸核酮糖和CO2生成二分子甘-3-磷酸甘油酸反应的酶。
亦称羧基歧化酶。
催化以磷酸烯醇型丙酮酸为底物，固定CO2形成草酰乙酸的酶，简称PEP羧化酶8.CO2饱和点与CO2补偿点：光合速率随CO2浓度增高而增加，当光合速率达到最大值时CO2浓度即为CO2饱和点。
生物膜离子通道百科名片生物膜离子通道示意图生物膜离子通道（ion channels of biomembrane）是各种无机离子跨膜被动运输的通路。
生物膜对无机离子的跨膜运输有被动运输（顺离子浓度梯度）和主动运输（逆离子浓度梯度）两种方式。
被动运输的通路称离子通道，主动运输的离子载体称为离子泵。
生物膜对离子的通透性与多种生命活动过程密切相关。
例如，感受器电位的发生，神经兴奋与传导和中枢神经系统的调控功能，心脏搏动，平滑肌蠕动，骨骼肌收缩，激素分泌，光合作用和氧化磷酸化过程中跨膜质子梯度的形成等。
目录1111111111展开生物膜离子通道简介活体细胞不停地进行新陈代谢活动,就必须不断地与周围环境进行物质交换,而细胞膜上的离子通道就是这种物质交换的重要途径.人们已经知道,大多数对生命具有重要意义的物质都是水溶性的,如各种离子,糖类等,它们需要进入细胞,而生命活动中产生的水溶性废物也要离开细胞,它们出入的通道就是细胞膜上的离子通道. 离子通道由细胞产生的特殊蛋白质构成,它们聚集起来并镶嵌在细胞膜上,中间形成水分子占据的孔隙,这些孔隙就是水溶性物质快速进出细胞的通道.离子通道的活性,就是细胞通过离子通道的开放和关闭调节相应物质进出细胞速度的能力,对实现细胞各种功能具有重要意义.两名德国科学家埃尔温·内尔和贝尔特·扎克曼即因发现细胞内离子通道并开创膜片钳技术而获得1991年的诺贝尔生理学奖.研究简史在生物电产生机制的研究中发现了对离子通透性的变化。
1902年J.伯恩斯坦在他的膜学说中提出神经细胞膜对钾离子有选择通透性。
1939年A.L.霍奇金与A.F.赫胥黎用微电极插入枪乌贼巨神经纤维中，直接测量到膜内外电位差。
1949年A.L.霍奇金和B.卡茨在一系列工作基础上提出膜电位离子假说，认为细胞膜动作电位的发生是膜对纳离子通透性快速而特异性地增加,称为“钠学说”。
尤其重要的是,1952年 A.L.霍奇金和 A.F.赫胥黎用电压钳技术在巨神经轴突上对细胞膜的离子电流和电导进行了细致地定量研究，结果表明Na+和K+的电流和电导是膜电位和时间的函数,并首次提出了离子通道的概念。
他们的模型 (H-H模型)认为，细胞膜的K+通道受膜上4个带电粒子的控制，当4个粒子在膜电场作用下同时移到某一位置时，K+才能穿过膜。
另一方面，1955年,卡斯特罗和B.卡茨对神经-肌肉接头突触传递过程的研究发现：突触后膜终板电位的发生,是由于神经递质乙酰胆碱(Ach)作用于终板膜上受体的结果,从而确认了受化学递质调控的通道。
60年代,用各种生物材料对不同离子通透性的研究表明，各种离子在膜上各自有专一性的运输机构，曾经提出运输机构是载体、洞孔和离子交换等模型。
1973年和1974年，C.M.阿姆斯特朗、F.贝萨尼利亚及R.D.凯恩斯、E.罗贾斯两组分别在神经轴突上测量到与离子通道开放相关的膜内电荷的运动，称为门控电流，确认了离子通道的开放与膜中带电成分运动的依从性。
1976年E.内尔和B.萨克曼创立了离子单通道电流记录技术，并迅速得到推广应用，近年用这种技术发现了一些新型离子通道，为深入研究通道的结构和功能提供了有力的工具。
80年代初，学者们先后从细胞膜上分离和纯化了一些运输离子的功能性蛋白质，并在上成功地重建了通道功能，从而肯定了离子通道实体就是膜上一些特殊蛋白质分子或其复合物。
近年，科学家应用基因重组技术研究的结构，1982和1984年，纽莫及合作者先后测定了N型Ach 受体和 Na+通道蛋白的氨基酸序列。
研究方法离子通道结构和功能的研究需综合应用各种技术，包括：电压和电流钳位技术、单通道电流记录技术、通道蛋白分离、纯化等生化技术、人工膜离子通道重建技术、通道药物学、基因重组技术及一些物理和化学技术。
电压钳位技术一般而言，膜对某种离子通透性的变化是膜电位和时间的函数。
通过玻璃微电极与细胞膜之间形成紧密封接，利用电子学技术施加一跨膜电压并把膜电位固定于某一数值，可以测定该膜电位条件下离子电流随时间变化的动态过程。
利用药物或改变细胞内外的溶液成分，使其他离子通道失效，即可测定被研究的某种离子通道的功能性参量，分析离子电流的稳态和动力学与膜电位、离子浓度等之间的关系，可推断该种通道的电导、活化和失活速率、离子选择性等，并能测量和分析通道的门控电流的特性。
单通道电流记录技术又称膜片钳位技术，用特制的玻璃微吸管吸附于细胞表面,使之形成10～100GΩ的密封(giga-seal)，被孤立的小膜片面积为μm2量级,内中仅有少数离子通道。
然后对该膜片实行电压钳位，可测量单个离子通道开放产生的pA（10-12安培）量级的电流，这种通道开放是一种随机过程。
通过观测单个通道开放和关闭的电流变化，可直接得到各种离子通道开放的电流幅值分布、开放几率、开放寿命分布等功能参量，并分析它们与膜电位、离子浓度等之间的关系。
还可把吸管吸附的膜片从细胞膜上分离出来，以膜的外侧向外或膜的内侧向外等方式进行实验研究。
这种技术对小细胞的电压钳位、改变膜内外溶液成分以及施加药物都很方便。
通道药物学研究应用电压钳位或单通道电流记录技术，可分别于不同时间、不同部位（膜内侧或外侧）施用各种浓度的药物，研究它们对通道各种功能的影响。
结合对药物分子结构的了解，不但可以深入了解药物和毒素对人和动物生理功能作用的机制，还可以从分子水平得到通道功能亚单位的类型和构象等信息。
通道蛋白分离、通道重建和基因重组技术利用与通道特异结合的毒剂标记，可把通道蛋白质从膜上分离下来，经过纯化，可以测定各亚单位多肽的分子量。
然后，把它们加入人工膜，可重新恢复通道功能。
用于确定蛋白质氨基酸序列的基因重组技术的程序是：从细胞中分离出含有与该种通道蛋白相关的mRNA，置入某种细胞(如大肠杆菌)，经逆转录得到cDNA。
用限制性内切酶将cDNA切割成特定片段，再用核酸杂交方法钓出特定的DNA并克隆化。
通过测定阳性克隆DNA的核苷酸顺序，推断出相应的蛋白质氨基酸序列。
类型和功能特征离子通道依据其活化的方式不同，可分两类：一类是电压活化的通道，即通道的开放受膜电位的控制,如Na+、Ca+、Cl-和一些类型的K+通道；另一类是化学物活化的通道，即靠化学物与膜上受体相互作用而活化的通道，如 Ach受体通道、氨基酸受体通道、Ca+活化的K+通道等。
钠通道各种生物材料中,与电兴奋相关的Na+通道有相似的基本特征。
通道活化时间常数小于1毫秒,失活时间常数为数毫秒，Na+电流的反转电位约+55毫伏。
单通道电流记录显示，Na+单通道电导为4～20pS，平均开放寿命数毫秒。
根据一些药物和毒素对Na+通道功能的不同影响,可分为4种类型：①通道阻断剂，如河豚毒素(TTX)、石房蛤毒素(STX)。
②通道活化增强剂，如β-蝎毒、箭毒蛙毒素(BTX)、藜芦碱毒素(VER)等。
③通道活化抑制剂，如一些局部麻醉剂及其衍生物。
④通道失活抑制剂，如链霉蛋白酶、N-溴乙酰胺(NBA)等。
钾通道根据功能特性的不同，K+通道可分为以下类型：①慢（延迟）K+通道(K通道)，也就是H-H模型中的K+通道。
单通道电流记录显示，单个K通道电导在2～20pS，通道平均开放寿命为数十毫秒。
该种通道可被四乙胺(TEA)等特异性阻断,通道对K+有高度选择性，但R姾和NH 嬃亦能通过,这种通道在神经轴突和骨骼肌细胞膜中有较高密度。
②快（早期）K+通道（A通道）,该种通道外向的K+流在膜去极化的早期就出现，表明通道的活化时间常数比慢K+通道小得多,但在-40毫伏以上该通道即关闭。
电压钳位实验表明,其宏观电流动力学与Na+电流相似。
较低浓度的4-氨基吡啶即能阻断该通道，它也可被四乙胺阻断。
③Ca2+活化的K+通道〔K(Ca)通道〕，该种通道的开放，不但与膜电位有关，而且依赖于细胞内Ca2+的浓度，每个通道需结合两个Ca2+才能活化。
单通道电导可高达300pS,并有较长的开放寿命,这种通道与Ca2+通道协同作用，对调节细胞膜电兴奋性的节律有重要意义。
它可被四乙胺、N'-四乙酸(EGTA)、奎尼丁和Ba2+阻断。
④内向整流的K+通道，其特征是：在膜超极化时通道开放与膜电位和胞外K+浓度密切相关，通道开放时产生内向K+电流，单通道电导在5～10pS范围。
钙通道Ca2+通道广泛存在于各种生物组织的细胞膜中。
宏观的Ca2+电流动力学特征与Na2+电流相似，但峰值小且失活过程慢，可达数十到数百毫秒。
Ca2+通道对Ca2+、Ba2+、Sr2+都有高通透性,但Ni2+、Cd2+、Co2+、Mn2+等离子能有效地阻断Ca2+通道。
药物对Ca2+通道的作用可分为：①通道阻断或抑制剂，可分为苯烷基胺类（如异博定、甲基异博定D600）、苯硫氮类、双氢吡啶类等类型。
②通道激活剂，一些双氢吡啶化合物如BayK8644等药物可活化Ca2+通道。
近年,对小鸡背根神经节细胞的研究发现有3种类型的Ca2+通道:①L型,该种通道在膜电位大于-20毫伏时活化,电流失活缓慢。
单通道电导约25pS。
②T型，膜电位约-60毫伏时通道即活化，-10毫伏以上通道电流幅值反而下降，单通道电导约8pS。
③N型，该种通道在膜电位不小于-10毫伏才能活化，但又必须超极化到-80毫伏以下才能克服通道的失活。
电流动力学比 L型快但比T型慢,单通道电导约13pS。
以上3类Ca2+通道在不同细胞膜上选择性分布及密度的差别，将影响各种细胞的生理功能。
Ca2+通道除了对细胞电兴奋性有贡献外,它通过调节细胞内Ca2+浓度，可进一步调节许多细胞功能。
N型乙酰胆碱受体通道它是由神经递质Ach活化的正离子通道。
当突触前膜一次量子化释放数千个 Ach分子，它们作用于突触后膜上的N型受体时,受体通道开放，产生Na+和K+电流，引发突触后膜一个小终板电位(mEPP)。
N-AchR单通道电导在20～60pS范围，平均开放寿命数毫秒，通道电流反转电位约-10毫伏,近年发现该种通道有多种电导态（见图）。
通道的离子选择性较差，可允许数十种无机和有机正离子通过，许多毒素和有机物能阻断或抑制该种通道，α-银环蛇毒(α-BGTX)是 N型Ach受体通道的特异性阻断剂。
80年代以来，已发现多种由神经递质和激素活化的受体通道，如谷氨酸受体通道、多巴胺受体通道、5-羟色胺受体通道、γ-氨基丁酸受体通道等。
分子构象和门控动力学离子通道研究的前沿是试图从分子水平揭示通道蛋白的空间构象、构象变化与通道门控动力学之间的关系。
N-AchR通道已测定了受体蛋白质分子量是250000，并测定了它的全部氨基酸序列,确证该受体通道由、α、γ和δ5个亚基组成,这4种亚基有相似的氨基酸顺序,但只有α亚基上有α-BGTX的特异结合位点。
