离子通道与受体ppt课件

举例：
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2、膜片钳构型(configuration) 膜片钳是一种能测定单离子通道（single ion channels）电生理新研究技术 （1）细胞贴附式(cell attached mode)： 这种构型适用于在完整的细胞膜上(全细 胞)测定单通道电流，用于研究某些特殊 物质，如神经递质(加入到细胞浸溶液中)， 引起通道的改变(调制或调节作用)。
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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）
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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)
方式 酶促级联反应 所有的信息物质在完成信息传递后，
必须立即灭活
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二、受体 受体(receptor)—是细胞膜上或细胞内能
特异识别生物活性分子并与之结合，进 而引起生物学效应的特殊蛋白质，个别 是糖脂。
配体(ligand)—能与受体呈特异结合的生 物活性分子 细胞间信息物质即是一类最常见的配体
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P2Y受体分子结构及特性： P2Y受体由308－377个氨基酸组成的蛋
白质。 与其它G蛋白耦联受体一样具有7个跨膜
结构域。有较长的胞外N末端，和胞内 C末端。
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P2Y受体 胞内转导机制： 大多数P2Y受体经G蛋白耦联，激活PLC， 导致IP3形成和胞内Ca2+动员。少数 P2Y受体经G蛋白耦联，激活AC。
离子通道与受体 主讲：张玉芹
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离子通道
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电压门控性通道 离子通道 包括 化学门控性通道
机械门控性通道 在活细胞中，离子通道可将不同刺激的能 量转换成电信号，每个可兴奋细胞膜中都 有很多离子通道。 一、为什么离子不能通过脂质双分子层而必 须通过离子通道？ 水分子是双极性分子，氧原子吸引电子带 负电荷，氢原子趋向失去电子带正电荷。
基因工程法：根据不同种族的同一通道基因产生想象 中的通道再与最初的通道进行比较分析通道不同部分 的功能。 （3）制造离体定点突变 （site-directed mutagenesis)
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三、通道状态及开闭的控制因素 （一） 通道的状态： 备用、激活、失活
备用 激活 失活
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（二）控制通道开闭的因素有： 1、门控机制
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四、离子通道的特性 1、无论是电压门控通道还是配基门控通道
其“开放”和“关闭”都是突然发生的。 2、通道只有“开”和“关”两种状态很少有
“半开”或部分“开”的情况。 3、离子通过通道都是被动的，不消耗能量。 4、通过通道的离子流有饱和性。 5、通道可被某些物质阻断。 6、离子通道有电荷选择性（特异性）。
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1、膜片钳技术要点： ①对被测细胞进行预处理（酶消化）保持膜清 洁。 ②用直径0.5－3微米尖端抛光的玻璃微电极与 被测细胞接触。 ③封接 使微电极与一小片细胞膜接触通过电极 内负压吸引而封接封接电阻可达几亿兆欧，与 细胞的其它部分在电学上完全隔离开来，用微 电极记录到的膜电流只与这一小片膜通道分子 功能有关。 ④人为钳制膜电位可定量分析通道性质和功能。
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（2）K＋通道
有电压依赖性K＋通道如延迟外向整流K＋通道（与AP
复极有关）内向整流K＋通道
Ca2＋激活K＋通道、 受体耦联K＋通道、 其它K＋通道（如ATP敏感K＋通道） Na＋激活K＋通道 细胞容积敏感K＋通道（细胞肿胀时开放）
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（3）Ca2＋通道
电压依赖性Ca2＋通道有L-型、T-型、N-型、P-型。
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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。
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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。
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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。
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（二）胞内受体 胞内受体多为反式作用因子 类固醇激素、甲状腺素、维甲酸 1. 结构：高度可变区 N端 转录激活 作用 2. DNA结合区 富含半胱氨酸 3. 激素结合区 C端 配体结合区 激活转录
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(三)受体作用的特点 1. 结构高度专一性 2. 高度亲和力 3. 可饱和性 4. 可逆性 5. 特定的作用模式 6. 具有放大效应
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3、P2受体亚型：
P2X受体1994年Valera和Brake首次克 隆了P2X1、2亚单位，随后又相继克 隆了P2X3、4、5、6、7亚单位（共7
个）。 P2Y受体目前已经克隆出P2Y1、 P2Y2、 P2Y4、 P2Y6、 P2Y11、 P2Y12 6个 具有功能的亚单位。 P2Y4、 P2Y6对 UTP、UDP敏感，对ATP不敏感。
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受体
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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。
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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
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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
耦联腺苷受体、阿片受体 胰岛素，催产 素，血管紧张素受体
磷脂酶C型G蛋白(PI-PLC)
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(3)单个跨膜α螺旋受体 糖蛋白/且只有一个跨膜螺旋结构
酪氨酸蛋白激酶受体型 催化型受体 胰岛素受体 表皮生长因子受体
非酪氨酸蛋白激酶受体型 生长激素受体 干扰素受体
基本结构 胞外区 配体结合区 跨膜区 疏水区 细胞内 近膜区和功能区
7. 生物体存在内源性配体
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三、受体活性的调节 受体数目/受体对配体亲和力 受体上调:
受体上调指由于受体数量增多或受体对配体亲 和力增加从而使靶细胞对配体的刺激反应过
度。长期使用拮抗剂，出现受体数目增 加
受体下调:
受体下调指由于数量减少或受体对配体亲和力 降低从而使靶细胞对配体刺激的反应减弱或
消失。长期使用激动剂，可使受体数目 减少。
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（二）细胞内信息物质
细胞内信息物质—在细胞内传递细胞调控 信号的化学物质
无机离子பைடு நூலகம்
Ca2+
脂类衍生物 DAG Cer
糖类衍生物 核苷酸
IP3 cAMP cGMP
信号蛋白分子—多数为癌基因的产物 Ras
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通常将Ca2+ 、DG、IP3、cAMP 、 cGMP等这类在细胞内传递信息的小 分子化合物称为第二信使 （secondary messenger）
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常见机制 1. 磷酸化和脱磷酸化 2. 膜磷脂代谢的调节 3. 酶促水解作用 4. G蛋白的调节
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四、受体介绍 （一）乙酰胆碱受体（见神经递质） 分型：M N 分布： 激动剂与拮抗剂： （二）肾上腺素能受体
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（三）嘌呤受体 1、分型：嘌呤受体可以分为P1（腺苷）
受体和P2（ATP）受体两种类型 。 P2又可以分为离子型的P2X和代谢型的 P2Y两种 。 2、受体性质：P2X受体属于配体门控离 子通道型受体，介导非选择性阳离子电导 的增加，激活后可以产生内向电流。 P2Y受 体则属于G蛋白偶联型受体。
离子通道是较大的糖蛋白分子（分子量 2.5－25万）。所有通道都跨过整个膜的厚 度。有四级结构。二级结构主要是指α螺旋、 β折叠和β转角等。
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(1) 结构的测定： 通道的一级结构可用Edman降解法和重组DNA方法 分析测定；利用计算机可从一级结构预期二级结构； x线晶体衍射图象可确定三级结构。 （2）结构的检验: 免疫组化法：因为抗体可选择性结合于通道分子中相 应的肽，从抗体结合发生的部位可确定通道的特异区 域在膜的内表面或外表面。
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五、电压门控通道 （1）Na+通道
由一个α亚单位和2个β亚单位构成。 α亚单位是一个跨膜多肽，可与河豚毒结 合，从而阻断Na+通道。 2个β亚单位附 在α亚单位上。 Na+通道有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型， 在CNS中多为Ⅰ型。 Na+通道有备用、激活和失活三种状态。 有髓纤维Na+通道主要密集在郎飞氏结处
（一）受体的分类、一般结构 受体分类：
根据部位分： 膜受体 、胞内受体 根据功能分：促离子型受体
促代谢型受体 根据配体分：胆碱能受体、肾上腺
素能受体 等
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1、膜受体 水溶性物质与膜受体结合 （1）环状受体 即配体门控离子通道
神经递质 （2）七个跨膜α螺旋受体 蛇型受体
其胞浆面第三个环能与鸟苷酸结合 蛋白相偶联
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L-型钙通道是由3种蛋白质亚单位（α、β、 γ）构成的高分子糖蛋白复合体。清除双硫 键后，α亚单位可分为α1和α2。除了α、β、 γ亚单位外，还有δ亚单位附着于α2上。α1 亚单位含有1873个氨基酸，分子量为170 KD；α2有1106个氨基酸，分子量为150 KD。β与γ分别有524和222个氨基酸，分 子量分别为55 KD和32 KD，β亚单位为非 糖多肽，δ亚单位为18.4 KD的糖多肽，氨 基酸数目不明。
P2X受体调制： P2X受体的调制主要有两种类型，即变 构调节和磷酸化调节。
变构调节位点位于胞外环，主要是一些金 属离子的调制，如Zn2+对P2x嘌呤受体具 有变构性调制作用。
磷酸化调节位点位于胞内，主要是各种蛋 白激酶磷酸化其丝氨酸、苏氨酸和酪氨 酸残基。SP[8]和BK[9]对ATP-激活电流均 具有明显的增强作用。
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（3）膜外向外膜片钳(outside-out patch clamp)： 这是微电极下膜片与细胞脱离，但膜片 与微电极尖顶仍保持高电阻封接的，研 究单通道电流的两种膜片钳中的一种。 这种膜片钳适用于研究配体，如神经递 质、激素或通过膜外作用的药物对通道 产生影响。配体必须加入浸浴液中，其 原因是浸浴液比微电极中的溶液更易于 更换。这一种膜型适用于一些较为复杂 的实验研究，如剂量一效应关系等。
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（2）全细胞膜片钳或称穿孔膜片钳 (perforated patch whole cell mode)： 这种构型是将玻璃微电极下的膜吸穿 (负压)，通过电极记录的电流是整 个细胞每个通道电流的总和。因此， 全细胞膜片钳测定的电流为大电流 (macroscopic current)(全细胞电 流)。
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（4）膜内向外膜片钳 (inside-out patch clamp)： 这是膜片与细胞脱离，研究单通道的第二种 模式。通常用于特定细胞研究第二信使参与 通道活性的调制作用，将所要研究的物质加 入浸浴液，直接作用于细胞浆膜的内侧面。
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（二）结构研究－分子生物学方法 生物膜上的离子通道是什么样子？怎样跨越 膜？通道开或关结构发生了什么变化？药物 和递质与通道什么部位结合?这是结构研究的 主要内容。
（1）电压门控通道结构中有一个特定的电荷 区当跨膜电位改变时，电荷区受电场影响而 移位，从而导致通道构象改变。引起开闭。
（2）化学（配基）门控 特定的化学物质与通 道受体结合导致通道开闭。
（3）机械门控 当细胞收到牵拉时通道蛋白勾象改变。
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2、失活机制 电压门控通道和化学门控通道都 有不应期。 处于不应期则为失活状态。备用 状态和失活状态通道的构象是不 同的。 3、通道开闭的速度 小于10 μs
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（四）氨基酸递质的受体： 中枢神经递质大部分是氨基酸。 兴奋性递质：谷氨酸、门冬氨酸、 抑制性递质：－氨基丁酸和甘氨酸
受体活化Ca2＋通道 第二信使活化Ca2＋通道 机械活化Ca2＋通道 静息活化Ca2＋通道
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(4)电压依赖性钙通道的分子生物学 在各种钙通道中，对L-型通道的分子
结构研究较深入。利用与双氢吡啶 类化合物（DHP）特异性结合的特 性，将通道蛋白纯化、克隆，进行 分子结构分析，初步弄清了L-型钙 通道的结构。