第二节离子通道ppt课件

• 其后制作成的晶体结构亦显示通道蛋白中的确 存在一个连续的、水性的、惯穿全程的孔道。
研究简史
• 1902 伯恩斯坦：神经细胞膜对钾离子选择通透性
• 1939 霍奇金与赫胥黎：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 霍奇金和卡茨：细胞膜动作电位的发生是膜 对钠离子通透性快速而特异性地增加，称为“钠 学说”。
离子通道（ion channels)
• 是一类跨膜糖蛋白，它们在细胞膜上形成 的亲水性孔道使带电荷的离子得以进行跨 膜转运，是神经、肌肉、腺体等许多组织 细胞膜上的基本兴奋单元，它们能产生和 传导电信号，具有重要的生理功能。
二、通道和离子为兴奋所必需：
生理学家很早就知道离子在兴奋性中扮演关键性 角色。
---此即现代“膜假说”的基础。
• 在20世纪里, 与膜兴奋有关的主要 无机离子:
Na+ 、 K+ 、 Ca2+ 、 H+ 、 Mg2+ 、 Cl- 、 HCO3- 、 HPO42- 等 作 用 都 获 得 了 较 深 入的研究。
• 神经肌肉的兴奋和电信号通过离子在 通道中的运动来介导。其中Na+、K+、 Ca2+、Cl-介导了绝大部分兴奋反应。
• 通道（Channel)的反应，表现为通道孔的 开放(opening)和关闭(closing), 即：门控（gating）。
• 开放的通道具有选择性通透性，这一特性 使通道开放时，只允许某些特定的离子顺 电化学差流动；
• 这种被动扩散有两个特点： 速率很高：>106/S 不耗能 由此区别于其他转运机制.
• 通道命名五花八门： 如软体动物神经节通道A,B,C (Adam1980) 心肌浦氏纤维qr,si,x1通道 (McAllister1975) 根据抑制剂命名: 氨氯吡脒敏感的Na+通道 根据递质 :甘氨酸通道 根据突变: Shaker通道 根据疾病:CFTR(膀胱纤维化跨膜调节物) 根据各实验室发现的顺序:GIRK

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在门控机制中开关至少经历三种不同状态的循环，即 • 静息关闭状态（closed resting state， R） • 开放状态（open state，O） • 失活关闭状态（closed inactive state， I）
刺激后激活 依时逐渐失活
Ｒ
Ｏቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
Ｉ
刺激后复活
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离子通道病的基本性质
• 1990年美国Fontaine等首次报道高钾性周期性麻痹 是因钠通道α亚基基因突变所致，研究结果刊登在当 年的《科学》上，从而揭开了离子通道病研究序幕。
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离子通道病的病因
• 先天因素：随着分子生物学技术的发展，近年来大量研究表明 细胞膜上的电压门控钠、钙、钾和氯离子通道的分子结构异常 及离子通道基因缺陷或功能改变都可导致疾病的发生。
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A.L.Hodgkin 和A.F.Huxley提出“Ｈ－Ｈ模型”，他
们假设通道的开关是由ｍ、ｈ两个门来控制的。即
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ｍ门状态 ｈ门状态 通道状态
────────────────
关
开
Ｒ
开
开
Ｏ
开
关
Ｉ
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2.离子通道病
• 离子通道病（Ionic Channelpathies）是离子通道结 构缺陷所引起的疾病，也称为离子通道缺陷性疾病。 具体表现在编码离子通道亚单位的基因发生突变或表 达异常，或体内出现针对通道的病理性内源性物质时， 导致细胞激活、失活功能异常、机体生理功能紊乱， 形成某些先天性或后天获得性疾病，主要累及神经、 肌肉、心脏、肾脏等系统和器官。

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

外向整流通道 ：K+out
植
物
细
胞
膜
系
统 和
阴离子通道
Cl- , NO3-
离
子
通
道
Ca2+通道
液泡膜上的离子通道
1. 慢流动型通道(SV型)
对阳离子具有选择性,许多一价阳离子( K+ , Na+ , Cs+ ) 和二价阳离子(Ca2 + , Mg2 + , Ba2+ ) 都可通过此通道，而且Cl - 也能极少量的通过。
离子通道
植物细胞膜系统和离子通道 膜片钳技术简述
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
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
植 物
5. 饱和现象 （离子跨膜运输可 分 为被动运输和主动运输
细
两类。由 扩散作用或物理 过程所决定的运输属于被动运
胞 膜
输；逆浓度梯度或电位梯度 运输 ，需要消耗能量属于主
系
动运输。离子通道 与载体蛋白都能准许离子沿浓度梯度或
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
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.