鉀離子通道PPT學(xué)習(xí)教案

1、鉀離子通道鉀離子通道的含義 離子通道是大分子膜蛋白在細胞膜上圍成的含有水分子的孔道。 它通過殘基側(cè)鏈與離子相互作用，發(fā)揮專一性屏蔽通透功能。 鉀離子通道是第一個人們用肉眼觀察到晶體結(jié)構(gòu)的離子通道，也是分布最廣、類型最多的一類通道，它存在于所有的真核細胞并發(fā)揮著多種至關(guān)重要的生物學(xué)功能。第1頁/共15頁離子通道的一般特征 一是離子通道是門控的，即離子通道的活性由通道開或關(guān)兩種構(gòu)象所調(diào)節(jié)，并通過開關(guān)應(yīng)答相應(yīng)的信號。根據(jù)門控機制，離子通道可分為電壓門控、配體門控、壓力激活離子通道。二是通道對離子的選擇性，離子通道對被轉(zhuǎn)運離子的大小與電荷都有高度的選擇性。第2頁/共15頁鉀離子通道的分類 縱觀鉀離子通

2、道的發(fā)展史，有不同的分類方法.分類依據(jù)有：電導(dǎo)、電壓與電流特征，生物種系，通道分子結(jié)構(gòu)，氨基酸的分子系列，通道蛋白的同源性等。 在哺乳動物中鉀離子通道共分為兩大家族 ：電壓門控制通道家族和內(nèi)向整流通道家族，它們的結(jié)構(gòu)功能特征有顯著的差異。第3頁/共15頁電壓門控K+道 電壓門控K+道，為六跨膜結(jié)構(gòu)單孔道，經(jīng)6次跨膜，在S5和S6之間夾一個相當(dāng)于鈉通道P段的H5段，每個通道擁有4個如此重復(fù)的成分。此種成分與鈉、鈣離子通道相同。通道的活化閘門也有4個S4構(gòu)成。所不同的是鉀離子通道每個亞單位含有1或2個功能區(qū)，而鈉、鈣離子通道則有4個。第4頁/共15頁 電壓門控K+道又稱電壓依賴性鉀通道，是已知通道

3、最多的家族，又可以分為三類： 1、延遲整流鉀通道。膜去極化時經(jīng)過延遲才能激活，失活也緩慢，時間從數(shù)百毫秒至數(shù)十秒不等。 2、A型瞬時鉀通道。它的激活和失活都迅速，由于活化后約1ms滅火閘門就啟動，故又稱瞬時快K+通道。 3、鈣激活鉀通道。它受電壓和鈣離子雙重門控。其結(jié)構(gòu)略有不同，有兩個功能獨特的區(qū)域，為二跨膜結(jié)構(gòu)單孔道。由去極化激活，但還受胞內(nèi)鈣離子濃度調(diào)控。KCa又分為三類：BKCa,SKCa和IKCa。每一類中有可以分為不同的亞類，在人類淋巴細胞中主要是IKCa，在Juketcell中主要是SKCa2，SKCa3主要存在于B淋巴細胞和小鼠胸腺細胞中。第5頁/共15頁電壓依賴性鉀通道 延遲整

4、流鉀通道（KV）: KV1 KV9，外向電流, 膜復(fù)極化 慢激活整流鉀通道 ( Ik s ) 快激活整流鉀通道(Ik r) 起搏電流 ( Ii ) Adr Ach 心率 第6頁/共15頁內(nèi)向整流K+通道它有兩次穿膜螺旋和夾于其間的H段構(gòu)成，為四跨膜單孔道，即相當(dāng)Kv分子的后半部分,它沒有閘門和電壓感受器結(jié)構(gòu)。第7頁/共15頁內(nèi)向整流鉀通道 1）KIR 通道：存在于心肌細胞（心室、心房、Pf） （2） KATP 通道： 心肌缺血、缺氧、ATP減少時開放 K+外流 APD縮短 心肌收縮性 耗氧保護心??；引起缺血性心律失常。血管平滑肌-開放C超極化Ca2+內(nèi)流血管擴張第8頁/共15頁鈣依賴性鉀通道(

5、Kca) 高電導(dǎo)激活的BK開放 K+ 外 流 膜復(fù)極化和超極化 血管擴張;膜去極化和Ca2+內(nèi)流血管收縮第9頁/共15頁選擇性離子傳導(dǎo) 鉀離子通道的基本功能是傳導(dǎo)鉀離子穿過細胞膜。鈉離子小于鉀離子，它們的原子半徑分別為0.95埃(1埃為0.1納米)和1.33埃，但鉀離子通道卻能有效地選擇鉀離子通過，其選擇性是鈉離子的1000倍。鉀離子通道在對鉀離子有高度選擇的同時，它傳導(dǎo)鉀離子的速率亦超常的高。鉀通道的孔道是由4個相同的亞基以對稱的方式圍成的離子傳導(dǎo)通路。第10頁/共15頁 鉀通道的離子高度選擇性和超高的傳導(dǎo)速率似乎自相矛盾。高度的離子選擇性不僅需要離子間相互作用的精確協(xié)調(diào)、離子與結(jié)合位點非過

6、緊的結(jié)合，同時又要防止離子過快擴散。從結(jié)構(gòu)上看，目前有以下兩個原因可以解釋離子高度選擇性和超高傳導(dǎo)速率似乎矛盾的現(xiàn)象。第一，離子傳導(dǎo)過程中選擇性過濾器含有一個以上的離子。相同離子之間由此所產(chǎn)生的排斥作用可以克服并降低離子與其結(jié)合位點的內(nèi)在親和力。選擇性過濾器的四個鉀離子結(jié)合位點，在特定的時間點只有兩個鉀離子可與其受點結(jié)合，即結(jié)合在1、3或2、4的位置上。此傳導(dǎo)過程重復(fù)進行，致使鉀離子不斷從細胞外運送到細胞內(nèi)，反過來亦如此。這一結(jié)果與50年前霍奇金(A.Hodgkin)等提出的單排列離子傳導(dǎo)學(xué)說恰好吻合。第二個解釋是在高度選擇性下的超高傳導(dǎo)速率取決于選擇性過濾器的結(jié)構(gòu)與細胞內(nèi)鉀離子的濃度。當(dāng)細胞

7、內(nèi)鉀離子遠低于正常濃度時，選擇性過濾器內(nèi)的鉀離子由原來的兩個降低為一個，并伴有過濾器結(jié)構(gòu)構(gòu)象的改變。正常過濾器傳導(dǎo)離子的結(jié)構(gòu)構(gòu)象需要兩個鉀離子的維持，第二個鉀離子一旦進入通道便引起構(gòu)象的變化。這一現(xiàn)象是簡單的熱力學(xué)結(jié)果，即極少部分離子結(jié)合的能量用來改變過濾器的結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是離子輕松地與過濾器結(jié)合，而不像構(gòu)象改變之前離子結(jié)合得那樣緊密。這種微弱的離子結(jié)合是超高傳導(dǎo)速率的前提。第11頁/共15頁電壓門控鉀離子通道的門控機制 對外部信號的刺激，離子通道的反應(yīng)是開放或關(guān)閉。離子通道的開放和關(guān)閉過程亦稱為門控。簡單化的門控過程即通道從關(guān)閉到開放，開放的通道再回到關(guān)閉的狀態(tài)。通道從關(guān)閉到開放的過程中，還需

8、通過關(guān)閉中的失活過程(closed-stateinactivation)，然后再進入開放的狀態(tài)。除此之外，開放的通道還可以失活后再回到關(guān)閉的狀態(tài)。門控過程對細胞電活動的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)起著重要的作用。在這個過程中，Kv電壓門控鉀離子通道在細胞膜去極化時受到激活而突然開放，而開放后的鉀離子通道在瞬間內(nèi)(數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒)自身失活關(guān)閉。電壓門控Kv通道的激活和失活的速率受膜電壓的影響而改變。第12頁/共15頁 膜電位感受器 細胞膜離子通道對不同離子的通透性決定了細胞膜的膜電位。對電壓門控離子通道來說，細胞膜電位也控制著通道的開放或關(guān)閉。因此，離子通道的活動對細胞膜電位的調(diào)節(jié)提供了一個反饋的機制，這對細胞電信號的產(chǎn)生起著至關(guān)重要的作用。從理論上講，