离子通道

4.通道对离子通透的特异性依赖孔洞大小、离子 形成氢键的能力及通道内位点相互作用的强度。
通道对离子通透性的大小不一定与离子半径大小绝
对相关。 例如：Na+直径约0.19nm, K+直径约0.26nm, K+可通
过钠通道, 而Na+不能通过钾通道; 原因:
① Na+常以水合离子形式存在, 完全脱水需要很大能量, 又不能与管道壁契合。所以Na+，Li+很难进入钾通道;
主要技术方法：将经热抛光尖端的微玻璃管 (内径
0.5-3.0 μm) 置于细胞膜表面并与之紧密接触， 与细胞膜形成一个低阻密封(见下示意图）。
膜片钳技术一共有四种记录形式
* 膜片钳技术的四种记录形式 *
细胞膜上的膜片记录：在适宜条件 下轻吸微管,使之与膜更紧密 封形成GΩ级的连接。此时微 管内部与溶液间的阻抗达GΩ 或更高,这样就能记录到通过 被钳住膜片上的电流。
④通道专一性：载体专一性，通道非专一性，可允 许少量其它离子通过。
3.离子通道的化学本质是蛋白质结构
研究证明神经膜内有5种内在蛋白质, 通道蛋白是
镶嵌在脂质双分子层中的α型蛋白质。
离子通道是蛋白质的证据有五点：
① 用链霉蛋白酶处理使钠通道失活化效应消失； ② 一些与羧基结合的试剂影响钠通道对TTX的 结合，一些与蛋白质中巯基结合的交联剂(重金属 离子)作用于神经, 使神经丧失兴奋能力； ③ 钠通道中有氨基酸残基； ④ 发育过程中通道功能的产生可用蛋白质抑制 剂阻止； ⑤ 简单的肽类可形成特异性离子通道。
破碎的内—外膜片记录：在低钙溶 液中轻拉,使大部分膜脱离而 得到内-外膜片记录。
全细胞记录：若吸至微管内的小片 膜破裂,可做全细胞记录。
破碎的外—外膜片记录：在微管内 膜片破裂的情况下, 将微电 极往细胞下方拉,则得外-外 膜片记录。
6.4电压依赖性离子通道
1.钠通道
① 钠通道分子结构 ② 钠通道特性 ③ 钠通道的药理学特性 ④ 钠通道的多样性
第六章 离子通道
1.离子通道的基本特征 2.门控电流 3.膜片钳技术 4.电压依赖性离子通道
6.1 离子通道的基本特征
➢ 1.不同的离子通道是互相独立的； ➢ 2.通道是孔洞而不是载体； ➢ 3.离子通道的化学本质是蛋白质结构； ➢ 4.通道对离子通透的特异性依赖孔洞大小、离子
形成氢键的能力及通道内位点相互作用的强度。
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②钠通道特性
钠通道在膜静息状态时是关闭的， 在去极化时开放最长开放时间能维 持几ms。激活就相当于通道开放， 但失活不仅指通道关闭，而且还包 含失活状态下钠通道即使受到适当 刺激亦不能开放。
激活特点
钠通道和钾通道的离子选择性是相对的原因
总之，阳离子通过钠通道的难易程度，与离
子大小，形成氢键能力及通道微环境的pH等 因素有关。
它们除分别通过Na+和K+外， 钠通道还可以通过5种无机离子 和7种有机离子，其中： Na+≈Li+>K+>Rb+>Cs+>Ti+；钾通 道可通过3种无机离子，其顺序 为Ti+>K+>Rb+>NH4+，对有机离子 通透性很小。
② 含有-OH基、-NO基、-NH2基等基团化合物能提供质子 与钠通道内壁上带负电的氧原子形成氢键，降低化合物 的直径，可通过钠通道；而-CH3基类化合物不能提供质 子形成氢键，形成水合分子，很难通过钠通道；
③ 钠通道内壁存在负性基团在酸性时(pH<5.2)可能丧失 活性, 从而降低其对阳离子的引力, 因而H+不但本身不
1.不同的离子通道是互相独立的
实验证明:各种离子具有各自独立的通道, 互不影响。 证据: ①可用TTX(河豚毒素)和TEA(四乙胺）分离
钠、钾电流而互不影响； ②钠、钾电流具有不同的动力学； ③用链霉蛋白酶处理神经，对钠通道的失活化
产生影响，而对钾电流无影响。
2.通道是孔洞而不是载体
离子通道是孔洞的证据：
能通透, 还会抑制其它阳离子通透。
门控电流：电压依赖性离子 通道在电场作用下开启和关闭 的结构像闸门一样，通道的开 关有电荷移动形成的电流。
6.2 门控电流
根据一系列公式推导得出总膜电流：
门控电流
Im=ICm+Ig+INa+IK+IL
门控电流的记录
IL为漏电流，为了记录门控电流Ig 需消除Ig以外各项，ICm可在电压钳
①通道电导很高，达到10-30pS，电阻率很低，载 体不可能做到；
②通道与载体最大区别在于其允许离子流动的最大 速度孔洞允许离子流动一般每秒107个，而通过载体 只有105个；
倍散③数的温,Q1度0钠，效、离应钾子：电通Q导1过0为Q人1温0工约度双1.每层2，升脂近高膜似1载0离℃体子引时在起Q1水电0中约导自为变由2化.扩4的；
2.钙通道 3.钾通道
① 钙通道分子结构 ② 钙通道的特性 ③ 钙通道的多样性
① 钾通道分子结构 ② 钾通道电导 ③ 钾通道的多样性
①钠通道分子结构
钠通道蛋白是一个寡聚体，它由一个α亚单位和两个小亚单位
(β1和β2)组成。
α膜和外β(见1亚图单)。位横跨细胞膜,而与α以二硫键相连的β2则暴露于
⑴记录原理
位下消除，INa和IK可用药理方法消
⑵记录方法(见图)除，剩下的即Ig。
如图:在低钠并含TTX的胞外
溶液中，消除钠电流然后先用 一个去极化方波，再用一个超 极化方波消除线性成分膜电容
电流，得出Ig。
6.3 膜片钳技术
膜片钳技术：用于研究细胞膜，特别是在神经纤维
处于活动状态时通过膜通道离子电流的一种现代电 生理技术。
如图：每一个α亚单位由4个重复的同源域(I-IV)组成，每一 个域内有6个跨膜区(S1-S6)，其中4个区(S1,S2,S3和S5)具有高度 的疏水性，而S4则具有双亲性结构，带正电荷，S4中每隔两个 氨基酸就有一个精氨酸或赖氨酸。6个区都有足够的长度形成跨 膜的α螺旋。除了这些跨膜区以外，S5-S6之间的区域可能形成 作为通道衬里的非螺旋发夹结构。
第六章 离子通道
离子通道是神经系统中信号传导的基本元件。 它产生神经元的电信号，调节神经递质的分泌， 也能将细胞外的电刺激、化学刺激及细胞内产生 的化学信号转变成电反应。 离子通道的两个特性是对离子的特异性和对调 节的易感性。因此使不同离子通过不同通道实现 跨膜流动产生动作电位；离子通道可被各种不同 刺激调节，而使信号的传送具有很大的灵活性。 对离子通道的研究有助于了解复杂信号的产生、 传递及其功能作用的基础。