离子通道课件讲解
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离子通道药理学-幻灯片(1)
3、对血流动力学的影响：降压、增加区 域血流量
4、其他作用： （1）舒张平滑肌 （2）抑制血小板聚集 （3）抑制各种激素的释放 （4）抑制神经递质释放
二、钙通道阻断药的临床应用
1、抗高血压病 ①对低肾素型效果更好 ②降压作用迅速 ③对代谢无明显影响 ④可扩张各种血管和平滑肌 ⑤长期应用有利于血管损伤的逆转
第三节 作用于离子通道的药物
一、作用于钠通道的药物 I类抗心律失常药 二、作用于钾通道的药物 （一）钾通道阻断药 （1）磺酰脲类降糖药 （2）新的III类抗心律失常药
第三节 作用于离子通道的药物
（二）钾通道开放药 1、钾通道开放药的药理作用 （1）抑制胰岛素的释放 （2）延长APD，保护心肌 （3）调节骨骼肌收缩 （4）抑制神经系统功能 （5）平滑肌舒张
作用缓慢而持久，不良反应少而轻 非洛地平：首过效应明显 伊拉地平：常用左旋体
常用的钙通道阻断药
尼索地平：强而持久，血管选择性高 地尔硫卓：对心脏及血管的选择性相似 维拉帕米：对心脏的选择性高，为治疗
室上性心动过速的首选药 苄普地尔：兼有钠通道阻断作用 Mibefradil：选择性阻断T通道，对血管
选择性高，对心脏作用极小
一、钙通道阻断药的分类
根据对钙通道的选择性分为： （1）选择性作用于L型钙通道：1a类-硝苯
地平；1b类-地尔硫卓；1c类-维拉帕米 （2）选择性作用于其它钙通道：T通道-粉
防已碱；N通道-Conotoxins ；P通道蜘蛛毒 （3）非选择性：氟桂利嗪、普尼拉明等
二、钙通道阻断药的药理作用
1、对心脏的作用 （1）负性肌力作用 ①因其降血压，使交感神经活性反
钾通道
1、延迟整流钾通道：形成启动复 极化的外向钾电流，III类抗心律失 常药的作用部位
4、其他作用： （1）舒张平滑肌 （2）抑制血小板聚集 （3）抑制各种激素的释放 （4）抑制神经递质释放
二、钙通道阻断药的临床应用
1、抗高血压病 ①对低肾素型效果更好 ②降压作用迅速 ③对代谢无明显影响 ④可扩张各种血管和平滑肌 ⑤长期应用有利于血管损伤的逆转
第三节 作用于离子通道的药物
一、作用于钠通道的药物 I类抗心律失常药 二、作用于钾通道的药物 （一）钾通道阻断药 （1）磺酰脲类降糖药 （2）新的III类抗心律失常药
第三节 作用于离子通道的药物
（二）钾通道开放药 1、钾通道开放药的药理作用 （1）抑制胰岛素的释放 （2）延长APD，保护心肌 （3）调节骨骼肌收缩 （4）抑制神经系统功能 （5）平滑肌舒张
作用缓慢而持久，不良反应少而轻 非洛地平：首过效应明显 伊拉地平：常用左旋体
常用的钙通道阻断药
尼索地平：强而持久，血管选择性高 地尔硫卓：对心脏及血管的选择性相似 维拉帕米：对心脏的选择性高，为治疗
室上性心动过速的首选药 苄普地尔：兼有钠通道阻断作用 Mibefradil：选择性阻断T通道，对血管
选择性高，对心脏作用极小
一、钙通道阻断药的分类
根据对钙通道的选择性分为： （1）选择性作用于L型钙通道：1a类-硝苯
地平；1b类-地尔硫卓；1c类-维拉帕米 （2）选择性作用于其它钙通道：T通道-粉
防已碱；N通道-Conotoxins ；P通道蜘蛛毒 （3）非选择性：氟桂利嗪、普尼拉明等
二、钙通道阻断药的药理作用
1、对心脏的作用 （1）负性肌力作用 ①因其降血压，使交感神经活性反
钾通道
1、延迟整流钾通道：形成启动复 极化的外向钾电流，III类抗心律失 常药的作用部位
离子通道ppt课件
m门、h门 均开→通道开放
m 门关、h门开→静息关闭
m门开、h门关→失活关闭 8
(二)离子选择性 不同通道对不同离子的通透性不同，即具有离子选
择性(ionic selectivity)。通道对各种离子的选择性一 般认为由通道内的氨基酸残基所决定。根据离子选择 性的不同，通道可分为钠通道、钙通道、钾通道、氯 通道等。但须指出，通道的离子选择性只是相对的， 而不是绝对的。比如，Na+通道除了对Na+通道外， 对NH4+也通透，甚至对K+也稍有通透。
3
一、离子通道的基本生物物理学特性
(一)门控机制 离子通道必须能够开放和关闭，才能实现其产生和传导电
信号的生理功能。根据通道开、关的调控机制(又称门控机制， gating mechanism)的不同，离子通道可分为三大类：一类 是配体门控离子通道([igand-gated channels)，直接受胞外 的神经递质和胞内的cGMP、cAMP、IPa等化学信使的调节； 另一类是电压门控通道(voltage-gated channels)，其开和 关一方面是由膜电位所决定(电压依赖性)，另一方面与电位 变化的时间有关(时间依赖性)，这类通道在维持可兴奋细胞 的动作电位方面起着相当重要的作用；第三类为机械门控通 道。
4
电压门控通道：通道启闭由两侧的电位差所决定，
门
如常见的Na+、K+、Ca2+等通道。
控 化学门控通道（配体门控通道）：通道启闭则受膜
通 道
环境中某些化学物质（如神经递质、
的
膜内Ca2+浓度等）所决定。
分 类
机械门控通道：通道启闭受膜的局部机械性刺激，
如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞、
m 门关、h门开→静息关闭
m门开、h门关→失活关闭 8
(二)离子选择性 不同通道对不同离子的通透性不同，即具有离子选
择性(ionic selectivity)。通道对各种离子的选择性一 般认为由通道内的氨基酸残基所决定。根据离子选择 性的不同，通道可分为钠通道、钙通道、钾通道、氯 通道等。但须指出，通道的离子选择性只是相对的， 而不是绝对的。比如，Na+通道除了对Na+通道外， 对NH4+也通透，甚至对K+也稍有通透。
3
一、离子通道的基本生物物理学特性
(一)门控机制 离子通道必须能够开放和关闭，才能实现其产生和传导电
信号的生理功能。根据通道开、关的调控机制(又称门控机制， gating mechanism)的不同，离子通道可分为三大类：一类 是配体门控离子通道([igand-gated channels)，直接受胞外 的神经递质和胞内的cGMP、cAMP、IPa等化学信使的调节； 另一类是电压门控通道(voltage-gated channels)，其开和 关一方面是由膜电位所决定(电压依赖性)，另一方面与电位 变化的时间有关(时间依赖性)，这类通道在维持可兴奋细胞 的动作电位方面起着相当重要的作用；第三类为机械门控通 道。
4
电压门控通道：通道启闭由两侧的电位差所决定，
门
如常见的Na+、K+、Ca2+等通道。
控 化学门控通道（配体门控通道）：通道启闭则受膜
通 道
环境中某些化学物质（如神经递质、
的
膜内Ca2+浓度等）所决定。
分 类
机械门控通道：通道启闭受膜的局部机械性刺激，
如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞、
《离子通道电流》课件
离子通道由蛋白质亚单位组 成，结构精细，能够选择性 地允许特定离子通过。
离子通道电流的产生机制
1
开放与关闭
离子通道能够通过开放和关闭来控制离子的通行。这个过程受到多种调控机制的 影响。
2
特性曲线
离子通道电流随着电压的变化而变化。通常表现为开放电压和关闭电压两个阶段。
3
电流与电压的关系
离子通道电流的大小与施加在细胞上的电压呈正相关关系。
离子通道电流的生理意义
1 生理功能
离子通道电流参与调节细胞的兴奋性、稳态和代谢等生理过程。
2 生物学中的作用
离子通道电流在神经传递、心跳、肌肉收缩等多个生物学过程中发挥重要作用。
3 与疾病的关系
离子通道的异常功能与多种疾病如心律失常、神经退行性疾病等相关。
离子通道电流的研究方法
测量
使用电生理技术，如全细胞膜 片钳、离子通道开放概率测量 等，来研究离子通道电流。
记录与分析
通过记录离子通道电流的电信 号，并使用数学模型进行分析 和解释。
应用与发展
离子通道电流的研究为新药物 开发和疾病治疗提供了重要的 基础。
总结与展望
重要性
未来方向
离子通道电流是细胞功能的关键， 对于生命过程的理解至关重要。
进一步研究离子通道的精细结构 和功能调控机制。
应用前景
离子通道电流研究在药物研发、 疾病治疗和健康维护等方面具有 巨大的潜力。
《离子通道电流》PPT课 件
离子通道电流是细胞中的重要电信号，控制着各种生物过程。本课件将介绍 离子通道的基本概念、电流产生机制、生理意义以及研究方法。
离子通道的基本概念
定义
离子通道是细胞膜上的蛋白 质通道，负责离子的传输。
离子通道课件讲解
全细 胞钾 离子 通道 电流
单通 道记 录钙 离子 通道 电流
抛光仪
拉制仪
显微镜操作系统及可见光源
冷 光 源
膜片钳放大器、操作系统
低 温 水 浴 摇 床
材料的 好坏直 接影响 膜片钳 实验的 成败！
要根据不同的实验目的来栽培材料。 根细胞：通常根长度在2厘米左右，但突变体要 根据该基因起作用的发育阶段来确定； 保卫细胞：通常在土壤中生长4-6周，但绝不能 抽苔；叶肉细胞对光照要求较高，因为光照直 接影响叶绿体的活动。
3) 由于电压钳微电极尖端很细( 电阻大) , 会影响记录电流的能力。
膜片钳技术是用微玻管电极膜片电极或膜片吸管接触细胞膜, 以千兆 欧姆以上的阻抗使之封接, 使与电极尖开口处相接的细胞膜的小区域膜片 与其周围在电学上分隔, 在此基础上固定电位, 对此膜片上的离子通道的 离子电流（pA级）进行监测记录的方法.
( 3) 第二信使激活的离子通道, 包括由细胞内Ca2+、 IP3、G 蛋白及蛋白激酶激活的离子通道。
质膜上的离子通道
植
阴离子通道
物
细
胞
液泡膜上的离子通道
离
子
通 道
阳离子通道
其他细胞器膜上的离子通道
自从在蚕豆保卫细胞膜上发现植物离子通道以来，人们对植物细 胞乃至作为细胞器的液泡膜上离子通道的认识迅速深入,到目前为 止，已经发现植物细胞及其内膜上存在多种离子通道。
植物细胞离子通道
植物根系不仅从土壤中吸收水分，还要吸收各种矿质 元素，以维持正常的生命活动，促进植物的生长发育目 的获得高产优质｡如：小麦、水稻、玉米、烟草、蔬菜 、水果等 植物吸收矿质元素首先细胞从环境中吸收，这个环境可 以是植物的生存外部环境，如土壤，也以是植物本身的 内部环境｡ 肥料→离子→吸附→交换→细胞 被动吸收：外液浓度＞细胞浓度 吸收 主动吸收：外液浓度＜细胞浓度 吸收 积累离子
心脏离子通道病演示课件
加强对心脏离子通道病的宣传和教育，提 高公众对该病的认识和重视程度，有助于 早期发现和治疗，降低患者死亡率。
THANK YOU
感谢聆听
心脏核磁共振成像
高分辨率成像技术，可发 现心脏离子通道病导致的 心肌水肿、纤维化等病变 。
放射性核素显像
利用放射性核素标记心肌 细胞，评估心肌灌注和代 谢情况，辅助诊断心脏离 子通道病。
05
心脏离子通道病治疗策略探讨
药物治疗选择及注意事项
药物选择
根据心脏离子通道病的具体类型 和严重程度，选择合适的药物， 如β受体阻滞剂、钙通道阻滞剂、 抗心律失常药物等。
心脏离子通道病与心律失常密 切相关，患者常常出现各种心 律失常表现，如室性心动过速 、心房颤动等。
心脏离子通道病导致的心律失 常具有突发性和不可预测性， 可能对患者的生活质量和生命 安全造成严重影响。
常见心律失常类型及特点
室性心动过速
起源于心室的心动过速，心率通常超过100次/分， 患者可能出现心悸、胸闷、头晕等症状。
心房颤动
心房肌细胞出现快速而不规则的收缩，导致心房率 加快且不规则，患者可能出现心悸、气短、乏力等 症状。
长QT综合征
心电图上QT间期延长，患者可能出现室性心动过速 、尖端扭转型室性心动过速等严重心律失常，甚至 可能导致猝死。
心律失常对心脏功能影响
02
01
03
心律失常可能导致心脏泵血功能下降，使全身组织器 官得不到足够的血液供应，出现缺血、缺氧等症状。
分型
根据受累离子通道的不同，心脏离子通道病可分为多种类型，如长QT综合征、 短QT综合征、Brugada综合征等。每种类型的临床表现和预后也有所不同。
诊断标准与鉴别诊断
药理学-离子通道概论及钙通道阻药课件
进入细胞内。
电压依赖性
钙通道阻药主要作用于处于静息状 态的钙通道，当细胞膜电位发生变 化时，药物的作用效果也会随之改 变。
受体调控
某些钙通道阻药通过与受体结合， 间接影响钙通道的活性。
钙通道阻药的生理效应
抑制心肌收缩和传导
钙通道阻药可抑制心肌细胞内 的钙离子浓度，从而降低心肌
收缩力和传导速度。
扩张血管
心血管系统疾病的钙通道阻药治疗
总结词
钙通道阻药在心血管系统疾病治疗中具 有重要作用，可有效降低血压、抑制心 肌肥厚和心律失常。
VS
详细描述
钙通道阻药通过阻断钙离子进入细胞，抑 制心肌收缩和传导，从而降低血压、减缓 心率，对高血压、冠心病、心绞痛和心律 失常等疾病的治疗具有显著效果。
神经系统疾病的钙通道阻药治疗
吸收
分布
钙通道阻药主要通过口服给药，经过胃肠 道吸收进入血液循环。
药物进入体内后，会分布到各个组织器官 ，其中以心脏、血管和脑等富含钙通道的 组织器官分布最为丰富。
代谢
排泄
钙通道阻药在体内主要通过肝脏代谢，代 谢产物通常无活性，并经肾脏排出体外。
钙通道阻药主要以代谢产物的形式随尿液 排出体外，少数药物也可通过汗液排出。
离子通道的调节
调节方式
离子通道的调节方式多样，包括磷酸化/去磷酸化、构象变化、与其他蛋白相 互作用等，这些调节方式可以影响通道的开放和关闭状态。
药物作用
药物可以通过作用于离子通道的不同位点，影响其通透性和活性，从而发挥治 疗作用或副作用。
02 钙通道阻药概述
钙通道阻药的分类
选择性钙通道阻药
天然钙通道阻药
研发进展
目前已有多个新型钙通道阻药进入临床试验阶段，部分药物已获得 批准上市。
电压依赖性
钙通道阻药主要作用于处于静息状 态的钙通道，当细胞膜电位发生变 化时，药物的作用效果也会随之改 变。
受体调控
某些钙通道阻药通过与受体结合， 间接影响钙通道的活性。
钙通道阻药的生理效应
抑制心肌收缩和传导
钙通道阻药可抑制心肌细胞内 的钙离子浓度，从而降低心肌
收缩力和传导速度。
扩张血管
心血管系统疾病的钙通道阻药治疗
总结词
钙通道阻药在心血管系统疾病治疗中具 有重要作用，可有效降低血压、抑制心 肌肥厚和心律失常。
VS
详细描述
钙通道阻药通过阻断钙离子进入细胞，抑 制心肌收缩和传导，从而降低血压、减缓 心率，对高血压、冠心病、心绞痛和心律 失常等疾病的治疗具有显著效果。
神经系统疾病的钙通道阻药治疗
吸收
分布
钙通道阻药主要通过口服给药，经过胃肠 道吸收进入血液循环。
药物进入体内后，会分布到各个组织器官 ，其中以心脏、血管和脑等富含钙通道的 组织器官分布最为丰富。
代谢
排泄
钙通道阻药在体内主要通过肝脏代谢，代 谢产物通常无活性，并经肾脏排出体外。
钙通道阻药主要以代谢产物的形式随尿液 排出体外，少数药物也可通过汗液排出。
离子通道的调节
调节方式
离子通道的调节方式多样，包括磷酸化/去磷酸化、构象变化、与其他蛋白相 互作用等，这些调节方式可以影响通道的开放和关闭状态。
药物作用
药物可以通过作用于离子通道的不同位点，影响其通透性和活性，从而发挥治 疗作用或副作用。
02 钙通道阻药概述
钙通道阻药的分类
选择性钙通道阻药
天然钙通道阻药
研发进展
目前已有多个新型钙通道阻药进入临床试验阶段，部分药物已获得 批准上市。
《离子通道电流》课件
计算机模拟方法
分子动力学模拟
利用计算机模拟离子通道蛋白分子的动力学行为，了解其结构和 功能的关系。
蒙特卡罗模拟
通过随机抽样方法模拟离子通道的开放和关闭过程，预测其电学和 动力学特性。
神经网络和机器学习
利用人工智能技术对大量实验数据进行处理和分析，提取离子通道 电流的特征和规律。
06
离子通道电流的应用 前景
详细描述
离子通道的开放和关闭状态转换具有不同的时间常数，这决定了电流随时间变化的特性。了解时间依 赖性有助于分析离子通道在生物电信号中的动态作用，并有助于药物设计和相关疾病的诊断。
04
离子通道电流在生物 学中的作用
神经信号传递
神经元兴奋
离子通道电流是神经元兴奋的基础， 通过钠离子和钾离子的流入和流出， 产生动作电位，实现神经信号的传递 。
突触传递
在突触处，离子通道电流控制神经递 质的释放，从而影响突触后细胞的兴 奋性。
肌肉收缩
肌肉兴奋-收缩耦联
肌肉细胞中的离子通道电流控制钙离子 的释放，触发肌肉细胞的收缩。
VS
肌肉类型转换
不同类型的肌肉细胞通过不同的离子通道 电流实现收缩，从而适应不同的运动需求 。
激素分泌
激素释放
一些激素的分泌受到离子通道电流的调节，如胃泌素和血管紧张素。
跨膜电流记录
在细胞膜上直接记录离子 通道产生的跨膜电流，从 而了解通道的开放和关闭 状态。
分子生物学方法
基因克隆和表达
通过克隆和表达离子通道蛋白基因，研究其在细胞内 的功能和作用机制。
抗体技术
利用特异性抗体研究离子通道的分布、数量和功能状 态。
蛋白质相互作用研究
通过研究离子通道与其他蛋白质之间的相互作用，揭 示其在信号转导和细胞功能中的作用。
离子通道电流PPT课件
INa 还 可 以 出 现 一 种 亚 状 态 （ substate) 。 它 表现为在通道开放后，不回到完全关闭状态，而 在一种新的“关闭”状态下重新开放。
INa的单通道电导为21pS，而亚状态的电导 为3.1pS。目前对亚状态的意义尚不清楚。
第17页/共50页
6.毒素与药物对钠电流的影响
钠通道上毒素受体的位点
B
1.2
1.0
INa / INa(m ax) 0.8
0.6
0.4
2nA 10ms
Data: Inactivation of Na+ channel M odel: Boltzmann A 1 τ =18.26m s A2 0 V1 / 2 = -73.59468 k = 3.67932
拟 合 I/Imax =1 / {1 +exp[-(V-
第24页/共50页
（二）通道的离子选择性和门控特性
Ca2+通道的离子选择性较差，Ca2+、Na+、 K+等 可通过。动作电位平台期的内向离子流，主要由 Ca2+负载，也有Na+参与。慢Ca2+通道具有电压依 赖性，由激活门（d门）和失活门（f门）双重控 制。慢Ca2+通道也具有时间依赖性，其激活时间 常数约比Na+通道的时间常数长20倍。
第25页/共50页
（三）L型Ca2+电流
1. 门控电流
与钠通道的门控电流的特点相似，在钙通道上 也有关于门控电流的报道。一般使用Ca2+及La3+阻 断钙通道以观察在去极化时细胞膜内电荷的运动。 钙通道门控电流受有机钙通道阻断剂的抑制性影 响。ICa-L的记录去极化时间为6ms，而门控电流的 去极化时间为20ms。
INa的单通道电导为21pS，而亚状态的电导 为3.1pS。目前对亚状态的意义尚不清楚。
第17页/共50页
6.毒素与药物对钠电流的影响
钠通道上毒素受体的位点
B
1.2
1.0
INa / INa(m ax) 0.8
0.6
0.4
2nA 10ms
Data: Inactivation of Na+ channel M odel: Boltzmann A 1 τ =18.26m s A2 0 V1 / 2 = -73.59468 k = 3.67932
拟 合 I/Imax =1 / {1 +exp[-(V-
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（二）通道的离子选择性和门控特性
Ca2+通道的离子选择性较差，Ca2+、Na+、 K+等 可通过。动作电位平台期的内向离子流，主要由 Ca2+负载，也有Na+参与。慢Ca2+通道具有电压依 赖性，由激活门（d门）和失活门（f门）双重控 制。慢Ca2+通道也具有时间依赖性，其激活时间 常数约比Na+通道的时间常数长20倍。
第25页/共50页
（三）L型Ca2+电流
1. 门控电流
与钠通道的门控电流的特点相似，在钙通道上 也有关于门控电流的报道。一般使用Ca2+及La3+阻 断钙通道以观察在去极化时细胞膜内电荷的运动。 钙通道门控电流受有机钙通道阻断剂的抑制性影 响。ICa-L的记录去极化时间为6ms，而门控电流的 去极化时间为20ms。
离子通道与受体ppt课件
3
水溶液是一种极性环境，阳离子 吸引在氧原子上，阴离子吸引在 氢原子上。离子与水相互吸引， 离子被带静电的水包绕着，被水 包绕着的离子与细胞膜中的疏水 区是不相溶的补可能从膜中自由 通过。
4
二、离子通道的现代研究方法： －结构和功能的研究
（一）功能研究：
－膜片钳patch clamp技术应用 膜片钳技术是研究单通道功能的重要方 法。20世纪70年代（1976年）德国的 科学家 Bert Sakmann 在电压钳技 术的基础上，发明了膜片钳技术，80年 代得到进一步改进和完善。
32
33
鸟苷酸结合蛋白（简称G蛋白）是一类和 GDP或GTP结合、位于细胞膜胞浆面的 外周蛋白
由三个亚基组成α、β、γ 两种构象
活化型(GDP)、非活化型(GTP) 效应酶
腺苷酸环化酶（AC） 磷脂酶C（PLC）
34
35
G蛋白的种类 ： 激动型G蛋白(Gs)
耦联肾上腺素受体 胰高血糖素受体
抑制型G蛋白(Gi)
44
4、P2受体分布： P2X和P2Y受体在内脏、中枢及外周神 经系统都有广泛的组织分布。 5、 P2受体结构、调制及作用机制 P2X受体结构： P2X受体具有两个跨膜结构域TM1和TM2， TM1和TM2之间是一个大的胞外环，其上 有ATP结合位点以及拮抗剂结合位点，C 末端和N末端位于胞内。
45
22
受体
23
一、信息物质 信息物质，信息分子
细胞间信息物质 细胞内信息物质 （一）细胞间信息物质 细胞间信息物质—由细胞分泌的调节靶 细胞生命活动的化学物质。
24
分类： 按化学本质分 蛋白质和肽类 氨基酸及其衍生物 类固醇激素 脂酸衍生物 NO
25
按作用方式分 1. 局部化学介质 旁分泌信号 生 长因子 NO 2. 激素 内分泌信号 3. 神经递质 突触分泌信号 乙酰 胆碱 4. 自分泌信号 癌蛋白
水溶液是一种极性环境，阳离子 吸引在氧原子上，阴离子吸引在 氢原子上。离子与水相互吸引， 离子被带静电的水包绕着，被水 包绕着的离子与细胞膜中的疏水 区是不相溶的补可能从膜中自由 通过。
4
二、离子通道的现代研究方法： －结构和功能的研究
（一）功能研究：
－膜片钳patch clamp技术应用 膜片钳技术是研究单通道功能的重要方 法。20世纪70年代（1976年）德国的 科学家 Bert Sakmann 在电压钳技 术的基础上，发明了膜片钳技术，80年 代得到进一步改进和完善。
32
33
鸟苷酸结合蛋白（简称G蛋白）是一类和 GDP或GTP结合、位于细胞膜胞浆面的 外周蛋白
由三个亚基组成α、β、γ 两种构象
活化型(GDP)、非活化型(GTP) 效应酶
腺苷酸环化酶（AC） 磷脂酶C（PLC）
34
35
G蛋白的种类 ： 激动型G蛋白(Gs)
耦联肾上腺素受体 胰高血糖素受体
抑制型G蛋白(Gi)
44
4、P2受体分布： P2X和P2Y受体在内脏、中枢及外周神 经系统都有广泛的组织分布。 5、 P2受体结构、调制及作用机制 P2X受体结构： P2X受体具有两个跨膜结构域TM1和TM2， TM1和TM2之间是一个大的胞外环，其上 有ATP结合位点以及拮抗剂结合位点，C 末端和N末端位于胞内。
45
22
受体
23
一、信息物质 信息物质，信息分子
细胞间信息物质 细胞内信息物质 （一）细胞间信息物质 细胞间信息物质—由细胞分泌的调节靶 细胞生命活动的化学物质。
24
分类： 按化学本质分 蛋白质和肽类 氨基酸及其衍生物 类固醇激素 脂酸衍生物 NO
25
按作用方式分 1. 局部化学介质 旁分泌信号 生 长因子 NO 2. 激素 内分泌信号 3. 神经递质 突触分泌信号 乙酰 胆碱 4. 自分泌信号 癌蛋白
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1) 双微电极钳位法只适用于巨大的神经轴突、肌肉纤维和卵母细胞等较大 的细胞, 对于直径小于10 微米的细胞, 胞内插入两根电极就很困难, 虽然此时可 用单根吸附电极进行电压钳位, 但是对细胞膜的损伤也不可避免;
2) 只能采用全细胞记录模式, 记录到的是整个细胞膜上所有开放通道的电 流总和, 无法了解单通道电流的情况;
膜片钳实验
（1）玻璃微电极使用硬质有芯玻璃毛细管在拉制仪 （PC-10,Narishige）上拉制，实验前用抛光仪（MF900，Narishige）进行抛光。
全细 胞钾 离子 通道 电流
单通 道记 录钙 离子 通道 电流
抛光仪
拉制仪
显微镜操作系统及可见光源
冷 光 源
膜片钳放大器、操作系统
低 温 水 浴 摇 床
材料的 好坏直 接影响 膜片钳 实验的 成败！
要根据不同的实验目的来栽培材料。 根细胞：通常根长度在2厘米左右，但突变体要 根据该基因起作用的发育阶段来确定； 保卫细胞：通常在土壤中生长4-6周，但绝不能 抽苔；叶肉细胞对光照要求较高，因为光照直 接影响叶绿体的活动。
( 3) 第二信使激活的离子通道, 包括由细胞内Ca2+、 IP3、G 蛋白及蛋白激酶激活的离子通道。
质膜上的离子通道
植
阴离子通道
物
细
胞
液泡膜上的离子通道
离
子
通 道
阳离子通道
其他细胞器膜上的离子通道
自从在蚕豆保卫细胞膜上发现植物离子通道以来，人们对植物细 胞乃至作为细胞器的液泡膜上离子通道的认识迅速深入,到目前为 止，已经发现植物细胞及其内膜上存在多种离子通道。
( 3) 机械敏感性: 由细胞膜表面的应力变化控制通道的开放与关闭 状态。 其中以电压依赖性通道最常见
根据生物学功能的特性将离子通道分为三类:
( 1) 电压门控的离子通道,包括Na+、K+、Ca2+ 通道等;
( 2) 受体激活的离子通道, 包括神经递质、激素等外源 性化学物质以及机械和渗透压力刺激所激活的离子通 道;
苹果酸(VMAL) 通道 氯离子(VCl) 通道
内向型K+通道AKT1结构模型示意图
具有6个保守的跨膜结构域，其中S4结构域具有电压感 应作用，S5与S6之间有一个形状如发卡的疏水区域，这个 结构区域构成离子通道的孔道部分，具有结合离子的位点。
钙离子通道调节细胞生理活动的模型
1.离子的吸收和转运 研究K离子吸收有二 种途径： ⑴高亲和性 K离子吸收途径,一般浓度为1－200μmol﹒L-1范 围内起作用 ⑵ 低亲和性K离子吸收途，一般浓度为1－10μmol﹒L-1范围 内 起作用径
被动吸收： ⒈扩散作用：指分子或离子沿着化学势梯度或电化学势 梯度转移的现象｡
楞思特方程式：
⒉协助扩散：指小分子物资经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学势梯 度的转运｡
转运蛋白：膜上具有转运功能的蛋白质又称传递蛋白｡ 分为二类：载体蛋白
通道蛋白 ⑴载体蛋白：是一类内部蛋白，由载体蛋白转运的物质首先与载体 蛋白的活性部位结合，结合后载体蛋白发生构象变化，被转运的物质 释放到细胞内。 载体蛋白转运物质具有饱和现象。 ⑵通道蛋白：由细胞膜中一类内部蛋白构成的孔道，或有的称膜中 由大分子组成的孔道 又叫离子通道。可被化学方式或电化学方式激活，控制离子顺势流 过细胞膜，在形成维持跨膜离子梯度和信号传导等生理过程起重要作 用。 检测：膜片钳技术 取几平方微米细胞膜或者全细胞膜，测定跨膜离子电流的大小，即 在保持跨膜电压恒定的条件下，测定通过膜上离子通道的离子流大小 。 其原理，欧姆定律 ：
⑵通道蛋白也称离子通道是由膜中大分子组成的孔道或是 由膜中一类内在蛋白组成的孔道。当这些通道打开时，准 许特定的离子跨膜通过。
植物离子通道的特点
1. 离子转运的被动性 2. 离子的选择性和导度(离子导度：离子跨暯的能力，电阻的 倒数，反应通过离子通道通过离子多少。 ) 3. 通道门控特性 4. 离子转运的高效性 5. 饱和现象 （离子跨膜运输可 分 为被动运输和主动运输 两类。由 扩散作用或物理 过程所决定的运输属于被动运 输；逆浓度梯度或电位梯度 运输 ，需要消耗能量属于主 动运输。离子通道 与载体蛋白都能准许离子沿浓度梯度或 电势梯度扩散，但二者的转运离子的速度有明显差异。载 体蛋白每秒可转运104-105个离子，转运效率低，而离子通 道秒可转运106-107个离子，高出100﹣1000倍，转运效率 高。原因：经载体蛋白转运离子需要与特定的离子结合， 结合的部位数量有限，具有饱和现象，而离子通道则没 有。）
蚕豆保卫细胞钾通道实验溶液 （1）基本缓冲液：KCl 50mmol/L、Mes 10mmol/L、pH6.1(KOH) （2）基本介质：甘露醇0.45mol/L、CaCl2 0.5mmol/L、MgCl2 0.5mmol/L、抗坏血酸 0.5mmol/L、KH2PO4 10mol/L、Mes 10mmol/L、pH5.5(KOH)。 （3）第一酶液：Cellulysin 0.7%、PVP-40 0.1%、牛血清白蛋白 （BSA）0.25%，溶于45%的基本介质中。 （4）第二酶液：Cellulase RS 1.2%、Pectolyase Y-23 0.01%、BSA 0.25%、抗坏血酸 0.5mmol/L，溶于45%的基本介质中。 （5）细胞外液：谷氨酸钾 10mmol/L、MgCl2 2mmol/L、CaCl2 1mmol/L、KOH 1mmol/L、Mes 10mmol/L、pH5.5(KOH)，用甘 露醇调节渗透压为460mOmol/Kg。 （6）电极溶液：谷氨酸钾 100mmol/L、MgCl2 2mmol/L、KOH 4mmol/L、MgATP 1.1mmol/L、CaCl2 0.1mmol/L、Hepes 10mmol/L、pH7.2 (KOH), 用甘露醇调节渗透压为510mOmol/Kg 。
2. 快流动型通道(FV型) 具有电压依赖性,对阳离子具有选择性。
3. 钾离子通道(VK) 4. 钙离子(VCa) 通道 5. 阴离子通道
与FV型通道类似,VK通道是一种不连续的瞬 间激活的通道。它不具有电压依赖性,这是 该通道与通道的最大区别。
电压激活的液泡钙(VVCa) 通道 肌醇1 ,4 ,5-三磷酸( IP3) 门控的钙通道 cADPR 门控的液泡通道
⑹ TaAKTIｃＤＮＡ：从小麦根中分离的，具有与拟南芥KATI氨基酸顺序76%， 属于Kin通道。
⑺AtKUPI： 该基因是通过校母突变体 互补性分析得到的，呈现 “两 相”
形式，从高亲和相﹙Km 为44μM﹚性到低亲合相﹙Km值为11mM﹚
性的转变范围在100～200μM外界钾离子浓度.高低和 亲系统受到
3) 由于电压钳微电极尖端很细( 电阻大) , 会影响记录电流的能力。
膜片钳技术是用微玻管电极膜片电极或膜片吸管接触细胞膜, 以千兆 欧姆以上的阻抗使之封接, 使与电极尖开口处相接的细胞膜的小区域膜片 与其周围在电学上分隔, 在此基础上固定电位, 对此膜片上的离子通道的 离子电流（pA级）进行监测记录的方法.
植物细胞离子通道
植物根系不仅从土壤中吸收水分，还要吸收各种矿质 元素，以维持正常的生命活动，促进植物的生长发育目 的获得高产优质｡如：小麦、水稻、玉米、烟草、蔬菜 、水果等 植物吸收矿质元素首先细胞从环境中吸收，这个环境可 以是植物的生存外部环境，如土壤，也以是植物本身的 内部环境｡ 肥料→离子→吸附→交换→细胞 被动吸收：外液浓度＞细胞浓度 吸收 主动吸收：外液浓度＜细胞浓度 吸收 积累离子
2.渗透和代谢调节, 例如，气孔运动
3.信号传导， 例如，钙离子是细胞中重要的第二信使之一
4.调节膜电位，例如，植物细胞的动作电位
5.决定细胞的分裂和生长方向，钙离子通道能调节细胞分裂和 生长。
植物体内的离子通道参与了植物生长发育衰老死亡的全过程。
保卫细胞离子通道参与了ABA信号转导过程
离子通道分子水平的研究概况
分析膜上的离子通道，细胞间的离子运输，气孔运动，光受体， 激素受体，及信号传导，广泛应用。
细胞壁
液泡 叶绿体
质膜
植
物
细
胞
液泡膜
膜
系
统
叶绿体、线粒体 等其他细胞器膜
植物离子通道的概念
植物吸收离子涉及到质膜上的转运蛋白。膜转运蛋白分为 两类：
⑴载体蛋白也称载体或转运体。它与特定的离子结合，发 生构象变化，把离子转运过膜。
单通道记录法（Single channel mode）:细胞吸附式(Cell-attached mode)、膜内面向外 Inside out）、膜外面向外(Outside-out)、开放的细胞吸附式膜内面向外(Open cell-attached inside-out mode)和穿孔囊泡膜外面向外（Perforated-vesicle outside-out mode）; 全细胞模式记录法（Whole-cell mode）:孔细胞模式(Hole cell mode)、穿孔膜片模式 (Perforated patch mode)或制真菌素膜片模(Nystatin patch mode)，也称缓慢全细胞模式（Slow whole-cell mode ）。
⑴ KATI：从拟南芥中鉴定出来的钾离子运输蛋白，是电压依赖型内向性通道， 在拟南芥保卫细胞和茎根的维管组织中表达，参与气孔开发，并向维管组织中 转运钾离子，不能从土壤中吸收钾离子。拟南芥中的KATI可编码667个AA, 分子 量为79KD.
⑵ AKTI：从效母突变体中采用互补法筛选出来。在根组织中表达，能从土壤 中吸收钾离子，可编码856个AA, 分子量为97KD.
离子通道问题和展望
⑴生理作用 ⑵调控的分子机理 ⑶基因的转化和应用
电 压 钳 技 术 示 意 图
电压钳技术是通过向细胞内注射一定的电流, 抵消离子通道开放时所产生 的离子流, 从而使细胞膜电位固定在某一数值. 由于注射的电流与离子流大小相 等、方向相反, 因此它可以反映离子流的大小和方向. 电压钳技术是一种研究可 兴奋细胞电生理特征的基本手段和方法, 但在应用上具有其局限性:
2) 只能采用全细胞记录模式, 记录到的是整个细胞膜上所有开放通道的电 流总和, 无法了解单通道电流的情况;
膜片钳实验
（1）玻璃微电极使用硬质有芯玻璃毛细管在拉制仪 （PC-10,Narishige）上拉制，实验前用抛光仪（MF900，Narishige）进行抛光。
全细 胞钾 离子 通道 电流
单通 道记 录钙 离子 通道 电流
抛光仪
拉制仪
显微镜操作系统及可见光源
冷 光 源
膜片钳放大器、操作系统
低 温 水 浴 摇 床
材料的 好坏直 接影响 膜片钳 实验的 成败！
要根据不同的实验目的来栽培材料。 根细胞：通常根长度在2厘米左右，但突变体要 根据该基因起作用的发育阶段来确定； 保卫细胞：通常在土壤中生长4-6周，但绝不能 抽苔；叶肉细胞对光照要求较高，因为光照直 接影响叶绿体的活动。
( 3) 第二信使激活的离子通道, 包括由细胞内Ca2+、 IP3、G 蛋白及蛋白激酶激活的离子通道。
质膜上的离子通道
植
阴离子通道
物
细
胞
液泡膜上的离子通道
离
子
通 道
阳离子通道
其他细胞器膜上的离子通道
自从在蚕豆保卫细胞膜上发现植物离子通道以来，人们对植物细 胞乃至作为细胞器的液泡膜上离子通道的认识迅速深入,到目前为 止，已经发现植物细胞及其内膜上存在多种离子通道。
( 3) 机械敏感性: 由细胞膜表面的应力变化控制通道的开放与关闭 状态。 其中以电压依赖性通道最常见
根据生物学功能的特性将离子通道分为三类:
( 1) 电压门控的离子通道,包括Na+、K+、Ca2+ 通道等;
( 2) 受体激活的离子通道, 包括神经递质、激素等外源 性化学物质以及机械和渗透压力刺激所激活的离子通 道;
苹果酸(VMAL) 通道 氯离子(VCl) 通道
内向型K+通道AKT1结构模型示意图
具有6个保守的跨膜结构域，其中S4结构域具有电压感 应作用，S5与S6之间有一个形状如发卡的疏水区域，这个 结构区域构成离子通道的孔道部分，具有结合离子的位点。
钙离子通道调节细胞生理活动的模型
1.离子的吸收和转运 研究K离子吸收有二 种途径： ⑴高亲和性 K离子吸收途径,一般浓度为1－200μmol﹒L-1范 围内起作用 ⑵ 低亲和性K离子吸收途，一般浓度为1－10μmol﹒L-1范围 内 起作用径
被动吸收： ⒈扩散作用：指分子或离子沿着化学势梯度或电化学势 梯度转移的现象｡
楞思特方程式：
⒉协助扩散：指小分子物资经膜转运蛋白顺浓度梯度或电化学势梯 度的转运｡
转运蛋白：膜上具有转运功能的蛋白质又称传递蛋白｡ 分为二类：载体蛋白
通道蛋白 ⑴载体蛋白：是一类内部蛋白，由载体蛋白转运的物质首先与载体 蛋白的活性部位结合，结合后载体蛋白发生构象变化，被转运的物质 释放到细胞内。 载体蛋白转运物质具有饱和现象。 ⑵通道蛋白：由细胞膜中一类内部蛋白构成的孔道，或有的称膜中 由大分子组成的孔道 又叫离子通道。可被化学方式或电化学方式激活，控制离子顺势流 过细胞膜，在形成维持跨膜离子梯度和信号传导等生理过程起重要作 用。 检测：膜片钳技术 取几平方微米细胞膜或者全细胞膜，测定跨膜离子电流的大小，即 在保持跨膜电压恒定的条件下，测定通过膜上离子通道的离子流大小 。 其原理，欧姆定律 ：
⑵通道蛋白也称离子通道是由膜中大分子组成的孔道或是 由膜中一类内在蛋白组成的孔道。当这些通道打开时，准 许特定的离子跨膜通过。
植物离子通道的特点
1. 离子转运的被动性 2. 离子的选择性和导度(离子导度：离子跨暯的能力，电阻的 倒数，反应通过离子通道通过离子多少。 ) 3. 通道门控特性 4. 离子转运的高效性 5. 饱和现象 （离子跨膜运输可 分 为被动运输和主动运输 两类。由 扩散作用或物理 过程所决定的运输属于被动运 输；逆浓度梯度或电位梯度 运输 ，需要消耗能量属于主 动运输。离子通道 与载体蛋白都能准许离子沿浓度梯度或 电势梯度扩散，但二者的转运离子的速度有明显差异。载 体蛋白每秒可转运104-105个离子，转运效率低，而离子通 道秒可转运106-107个离子，高出100﹣1000倍，转运效率 高。原因：经载体蛋白转运离子需要与特定的离子结合， 结合的部位数量有限，具有饱和现象，而离子通道则没 有。）
蚕豆保卫细胞钾通道实验溶液 （1）基本缓冲液：KCl 50mmol/L、Mes 10mmol/L、pH6.1(KOH) （2）基本介质：甘露醇0.45mol/L、CaCl2 0.5mmol/L、MgCl2 0.5mmol/L、抗坏血酸 0.5mmol/L、KH2PO4 10mol/L、Mes 10mmol/L、pH5.5(KOH)。 （3）第一酶液：Cellulysin 0.7%、PVP-40 0.1%、牛血清白蛋白 （BSA）0.25%，溶于45%的基本介质中。 （4）第二酶液：Cellulase RS 1.2%、Pectolyase Y-23 0.01%、BSA 0.25%、抗坏血酸 0.5mmol/L，溶于45%的基本介质中。 （5）细胞外液：谷氨酸钾 10mmol/L、MgCl2 2mmol/L、CaCl2 1mmol/L、KOH 1mmol/L、Mes 10mmol/L、pH5.5(KOH)，用甘 露醇调节渗透压为460mOmol/Kg。 （6）电极溶液：谷氨酸钾 100mmol/L、MgCl2 2mmol/L、KOH 4mmol/L、MgATP 1.1mmol/L、CaCl2 0.1mmol/L、Hepes 10mmol/L、pH7.2 (KOH), 用甘露醇调节渗透压为510mOmol/Kg 。
2. 快流动型通道(FV型) 具有电压依赖性,对阳离子具有选择性。
3. 钾离子通道(VK) 4. 钙离子(VCa) 通道 5. 阴离子通道
与FV型通道类似,VK通道是一种不连续的瞬 间激活的通道。它不具有电压依赖性,这是 该通道与通道的最大区别。
电压激活的液泡钙(VVCa) 通道 肌醇1 ,4 ,5-三磷酸( IP3) 门控的钙通道 cADPR 门控的液泡通道
⑹ TaAKTIｃＤＮＡ：从小麦根中分离的，具有与拟南芥KATI氨基酸顺序76%， 属于Kin通道。
⑺AtKUPI： 该基因是通过校母突变体 互补性分析得到的，呈现 “两 相”
形式，从高亲和相﹙Km 为44μM﹚性到低亲合相﹙Km值为11mM﹚
性的转变范围在100～200μM外界钾离子浓度.高低和 亲系统受到
3) 由于电压钳微电极尖端很细( 电阻大) , 会影响记录电流的能力。
膜片钳技术是用微玻管电极膜片电极或膜片吸管接触细胞膜, 以千兆 欧姆以上的阻抗使之封接, 使与电极尖开口处相接的细胞膜的小区域膜片 与其周围在电学上分隔, 在此基础上固定电位, 对此膜片上的离子通道的 离子电流（pA级）进行监测记录的方法.
植物细胞离子通道
植物根系不仅从土壤中吸收水分，还要吸收各种矿质 元素，以维持正常的生命活动，促进植物的生长发育目 的获得高产优质｡如：小麦、水稻、玉米、烟草、蔬菜 、水果等 植物吸收矿质元素首先细胞从环境中吸收，这个环境可 以是植物的生存外部环境，如土壤，也以是植物本身的 内部环境｡ 肥料→离子→吸附→交换→细胞 被动吸收：外液浓度＞细胞浓度 吸收 主动吸收：外液浓度＜细胞浓度 吸收 积累离子
2.渗透和代谢调节, 例如，气孔运动
3.信号传导， 例如，钙离子是细胞中重要的第二信使之一
4.调节膜电位，例如，植物细胞的动作电位
5.决定细胞的分裂和生长方向，钙离子通道能调节细胞分裂和 生长。
植物体内的离子通道参与了植物生长发育衰老死亡的全过程。
保卫细胞离子通道参与了ABA信号转导过程
离子通道分子水平的研究概况
分析膜上的离子通道，细胞间的离子运输，气孔运动，光受体， 激素受体，及信号传导，广泛应用。
细胞壁
液泡 叶绿体
质膜
植
物
细
胞
液泡膜
膜
系
统
叶绿体、线粒体 等其他细胞器膜
植物离子通道的概念
植物吸收离子涉及到质膜上的转运蛋白。膜转运蛋白分为 两类：
⑴载体蛋白也称载体或转运体。它与特定的离子结合，发 生构象变化，把离子转运过膜。
单通道记录法（Single channel mode）:细胞吸附式(Cell-attached mode)、膜内面向外 Inside out）、膜外面向外(Outside-out)、开放的细胞吸附式膜内面向外(Open cell-attached inside-out mode)和穿孔囊泡膜外面向外（Perforated-vesicle outside-out mode）; 全细胞模式记录法（Whole-cell mode）:孔细胞模式(Hole cell mode)、穿孔膜片模式 (Perforated patch mode)或制真菌素膜片模(Nystatin patch mode)，也称缓慢全细胞模式（Slow whole-cell mode ）。
⑴ KATI：从拟南芥中鉴定出来的钾离子运输蛋白，是电压依赖型内向性通道， 在拟南芥保卫细胞和茎根的维管组织中表达，参与气孔开发，并向维管组织中 转运钾离子，不能从土壤中吸收钾离子。拟南芥中的KATI可编码667个AA, 分子 量为79KD.
⑵ AKTI：从效母突变体中采用互补法筛选出来。在根组织中表达，能从土壤 中吸收钾离子，可编码856个AA, 分子量为97KD.
离子通道问题和展望
⑴生理作用 ⑵调控的分子机理 ⑶基因的转化和应用
电 压 钳 技 术 示 意 图
电压钳技术是通过向细胞内注射一定的电流, 抵消离子通道开放时所产生 的离子流, 从而使细胞膜电位固定在某一数值. 由于注射的电流与离子流大小相 等、方向相反, 因此它可以反映离子流的大小和方向. 电压钳技术是一种研究可 兴奋细胞电生理特征的基本手段和方法, 但在应用上具有其局限性: