钾通道的种类和功能

第26卷第2期 唐山师范学院学报 2004年3月　Vol. 26 No.2 Journal of Tangshan Teachers College Mar. 2004

────────── 收稿日期：2003-03-19

作者简介：郑素玲（1962-），女，河北唐山人，唐山师范学院生物系副教授。 - 66 -

钾通道的种类和功能　

郑素玲

（唐山师范学院 生物系，河北 唐山　063000）

摘 要：钾通道在离子通道中种类最多，存在最广泛。目前研究成果表明，钾通道有两大家族，他们的结构和功能各异，主要参与各种生理和病理反应，如细胞膜兴奋性的产生、神经递质的释放、保护心肌和抗心律失常等，而且和学习记忆的损伤、体温调控有着广泛的联系。

关键词：钾通道；电压门控钾通道；内向整流钾通道

中图分类号：Q41 文献标识码：B 文章编号：1009-9115（2004）02-0066-02

钾离子在人体的多种生命活动中起着非常重要的作用，其功能的实现，首先要通过细胞膜上的钾离子通道，进入胞浆后，与相应的位点结合或激活某些分子。自从采用了全细胞膜片钳和单通道记录的电生理学技术，以及离子通道分子生物学、遗传学和电生理学的联合研究，使许多通道蛋白的分子结构已经逐步弄清，相当的通道cDNA 已经被克隆。目前人们认为，钾通道是存在广泛、种类最多并且最复杂的一大类离子通道。本文拟就钾离子通道的分类及功能做一个简要介绍。 1　生物体内的钾离子通道种类

生物体内的钾离子通道共分为两大家族：电压门控通道家族和内向整流钾通道家族，它们的结构特征和功能有着显著的差异。 1.1　电压门控钾通道

电压门控钾通道分子只由电压门控钠和钙通道分子中的一个重复区构成，经6次（S1－S2）穿膜，在S5与S6之间夹一个相当于钠通道P 段的H5段。而整个通道是由4种相似分子围成。通道的活化闸门也是由4个S4构成。经鉴定，如将通道分子的N 末端除去，则灭活过程消失，如将切下的N 末端段注到胞内，则被切除了N 端而失去灭活过程的K 通道可再获得灭活过程。[1]

电压门控钾通道又称电压依赖钾通道（Kv ），是已知种类最多的离子通道家族。按生理特征主要分为三类：

（1）延迟整流钾通道（delayed rectifier ）（Kr ）：Hodgkin 等在乌贼巨轴突发现的钾通道属于此类。

膜去极化时经过延迟才激活，失活也缓慢。其时间常由数百毫秒至数十秒不等。[2]

（2）A 型瞬时钾通道（KA ）和毒蕈间敏感的M 通道：A 型瞬时钾通道（KA ）最初由Conner 和Stevens 在海兔神经元记录到而命名。它的激活和失活都迅速，去极化至-65mV 时被激活，灭活很快，至-45mV 时完全灭活。由于活化后约1ms 灭活闸门就启动，故又称为快瞬时钾通道（fast, transient K channel ）。[3]毒蕈间敏感的M 通道最早在外周交感神经元上被发现，它调节的也是外向电流，但该电流不失活，衰减很慢。[4]

（3）钙激活钾通道（KCa ），它受到电压和钙离子的双重门控。其结构略有不同，有两个功能独特的区域，即一个保守的通道核心结构和一个特别长的与钙离子结合的C 端。由去极化激活，但还受到胞内钙离子浓度的调控。 1.2 内向整流钾通道

内向整流钾通道的分子结构直到1993年才被阐明，它由两次穿膜螺旋和夹于其间的H 段构成，即只相当于电压门控钾通道分子的后半部，它没有闸门和电压感受器（H5）结构。内向整流钾通道Kir （已发现有12个相应基因：KCNJ1~KCNJ11和KCNK ）为超极化电流所激活,去极化时灭活。 2 不同钾通道的生理功能

延迟整流钾通道：限制钠离子的内流，以缩短动作电位的持续时间。由于去极化时的外向电流明显大于超级化时出现的内向电流，故又称为外向整流钾通道（outward rectifier ）,可被四乙胺阻断。与

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细胞膜的兴奋性密切相关。

A 型瞬时钾通道：由于所有神经元的动作电位有一个超级化时相，当再次去极化时，此通道被激活，以延迟去极化达到阈电位的时间，依此机制它可控制神经元的发放频率，这些功能与海马的储存、记忆等认知功能有关。[5]

钙激活通道：调控冲动的发放频率，电导大，一般在200pS ，因此与肌浆网中的钾通道共称为最大钾通道（maxi K channels ）。此通道在体温调控中可能起着比较重要的作用。[6]

内向整流式钾通道：这类通道控制静息电位和输入电阻，但不阻止动作电位的发生。这些内向整流钾通道受神经递质或细胞内ATP 水平的调控。[7] ATP 敏感钾通道在正常生理条件下开放率为零，只在ATP 浓度降低或缺氧时开放率才明显增加；[8]所以，这种钾通道被认为有保护心肌和抗心律失常的作用，K A TP 激活与心肌缺血时动作电位缩短有关，K A TP 激活可降低细胞内ATP 的消耗，避免细胞发生不可逆性损伤。近年来大量研究表明K A TP 在心血管系统的病理生理过程中具有重要作用。[9]

综上所述，钾通道的种类繁多，结构复杂，随着科技的进步，研究水平的深入，人类必将逐步揭示出通道和人体疾病间的实质关系、找出有效的治疗手段及方法，为生理学及医学的应用打下坚实的基础。

参考文献：

[1] 蒋学俊,李晓艳.电压依赖型钾通道的失活及其分子机制[J].中国心脏起搏与心电生理杂志,1999,13(4).

[2] 徐科.神经生物学纲要[M].北京:科学出版社,2000.81.

[3] 欧阳伟,钱学贤.大鼠心肌缺血预适应对心肌缺血-再灌注损伤的保护作用及A TP 敏感钾通道的作用[J].第一军医大学学报,1999, 19 (4) :72.

[4] 金宏伟,王晓良.电压依赖性钾通道与人类神经性疾病[J].生理科学进展,2002,33(2):22.

[5] Jackson MB, Konnerth A. Action Potential Broadening and Frequency-dependent Facilitation Calcium Signals in Pituitary Nerve Terminals[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 1998,88:380-384.

[6] 郭洪波,王帅.下丘脑神经元钙激活钾通道的温度效应[J].中国公共卫生,2002,(1):25.

[7] 姚素波,黄德嘉.房室结区细胞电生理特性及腺苷对其K +通道的影响[J].中国心脏起搏与心电生理杂志,2000,14(3) :48. [8] 冯力,赵岐.短暂缺氧对心肌细胞KATP 通道的影响[J].中山医科大学学报,2000,21(10):156. [9] Noma A. A TP-regulated K + Channels in Cardiac Muscle [J]. Nature, 1983, 305:147.

Classes and Functions of K + -Channel

ZHENG Su-ling

(Biology Department, Tangshan Teachers College, Hebei Tangshan 063000, China)

Abstract: K +

-Channel is of most varieties and wide-distributing in ion-channel. Present studies show that there are two families

of K +-channel. They have different structures and functions. There are multi-role in physiology and pathology, e.g. initiation of excitation of cell membrane, neurotransmitter’s release, cardiac muscle protection and repelled arrhythmia. They are relevant to damages of the learning and memory, body temperature and its regulations.

Key words: K + -Channel; voltage dependent K + -Channel; inward rectifyication K + -Channel

责任编辑、校对：李春香