備課素材：機(jī)械敏感性離子通道的生理功能

1、機(jī)械敏感性離子通道的生理功能據(jù)諾貝爾獎(jiǎng)官網(wǎng)消息，北京時(shí)間4日下午，2021 年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)率先揭曉，美國科學(xué)家大 衛(wèi),朱利葉斯(david julius)和阿登帕塔普蒂安 (ardem patapout ian)因在“發(fā)現(xiàn)溫度和觸覺感受器” 方面的貢獻(xiàn)獲獎(jiǎng)。今年諾貝爾生理或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者對(duì)trpv1、trpm8 和piezo通道的開創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)使我們理解了熱、冷和觸覺 是如何啟動(dòng)了神經(jīng)沖動(dòng)，使我們能夠感知和適應(yīng)我們周 圍的世界。trp通道使我們能夠感知溫度，piezo2通道 使我們能夠感知觸覺和動(dòng)覺，而且trp和piezo通道 還有助于許多其他生理功能的發(fā)揮。這一研究發(fā)現(xiàn)正被 用于開發(fā)各種疾

2、病的治療方法，包括慢性疼痛的治療。那么，機(jī)械敏感性離子通道有哪些生理功能？。本 體感覺是如何產(chǎn)生的？試題解析試題：（2020年山東iwj考題）聽毛細(xì)胞是內(nèi)耳中的一 種頂端具有纖毛的感覺神經(jīng)細(xì)胞。聲音傳遞到內(nèi)耳中引 起聽毛細(xì)胞的纖毛發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使位于纖毛膜上的k*通道 打開，k*內(nèi)流而產(chǎn)生興奮。興奮通過聽毛細(xì)胞底部傳遞 到聽覺神經(jīng)細(xì)胞，最終到達(dá)大腦皮層產(chǎn)生聽覺。下列說 法錯(cuò)誤的是（）a. 靜息狀態(tài)時(shí)纖毛膜外的ic濃度低于膜內(nèi)b. 纖毛膜上的k一內(nèi)流過程不消耗atpc. 興奮在聽毛細(xì)胞上以電信號(hào)的形式傳導(dǎo)d. 聽覺的產(chǎn)生過程不屬于反射解析：根據(jù)題意，靜息狀態(tài)時(shí)纖毛膜外的k*濃度高于膜內(nèi), a錯(cuò)誤；纖

3、毛膜上的履內(nèi)流過程通過通道蛋白，不消耗 atp, b正確；興奮在聽毛細(xì)胞上以電信號(hào)的形式傳導(dǎo)， c正確；聽覺的產(chǎn)生過程，沒有完整的反射弧，不屬于 反射，d正確。故答案為ao今年的諾貝爾生理獎(jiǎng)可以了解更多的離子通道蛋 白，纖毛膜上的離子通道和高中生物教材中的離子通道 不同（當(dāng)時(shí)許多學(xué)生在解題時(shí)想當(dāng)然的認(rèn)為k*外流不消 耗atp）,它是機(jī)械刺激引起的敏感性離子通道，試題 中的已知是位于纖毛膜上的k+通道打開，k*內(nèi)流而產(chǎn)生 興奮。觸覺感知-機(jī)械力受體1.2021年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)簡介帕塔普蒂安與朱利葉斯幾乎同時(shí)在研究觸覺受體的問題。帕塔普蒂安在發(fā)現(xiàn)了涼爽（薄荷素）、芥末油 以及溫?zé)岬氖荏w后，決

4、定對(duì)更具挑戰(zhàn)性的機(jī)械力受體的 尋找發(fā)起沖擊。機(jī)械力的研究極其困難，一是需要找到 合適的刺激方式，二是很難記錄產(chǎn)生的電流。帕塔普蒂安課題組的博后bertrand coste尋找到一種可在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中生長的膠質(zhì)瘤細(xì)胞系的細(xì)胞,這些細(xì)胞通過產(chǎn)生電信號(hào)來響應(yīng)輕觸帶來的壓力變化。然后從人類的2萬多個(gè)編碼基因中精心挑選出300 多個(gè)在該種細(xì)胞中高表達(dá)的候選基因，然后培養(yǎng)逐一缺 少（敲低）這些基因的細(xì)胞。接著對(duì)樣本們進(jìn)行逐一測(cè) 試，尋找缺失時(shí)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞失去感應(yīng)電流的基因。經(jīng)過 三年多的不懈努力，最終確定清單上的72號(hào)候選基因確定具此功能。他們把這個(gè)基因取名為piezo,在希臘語里是壓力的意思。同時(shí)期在帕塔

5、普蒂安課題組從事博士后研究的肖 百龍博士見證了這一激動(dòng)人心的發(fā)現(xiàn)過程，并在后續(xù)的 研究中證明了 piezo蛋白形成一類全新的壓力敏感離 子通道。piezol和piezo2離子通道piezo1piezo2 closed 帕塔普蒂安很快確認(rèn)了 piezos為哺乳動(dòng)物體內(nèi)壓力感應(yīng)的必需基因。他的研究表明，piezos可形成離 子通道，它們直接負(fù)責(zé)皮膚內(nèi)默克爾細(xì)胞(merkel cells)和觸覺終端，以及本體感受器(感覺神經(jīng)末梢 位于肌肉內(nèi)的感受器，可以感受身體在空間的位置、姿 勢(shì)和運(yùn)動(dòng)并做出反應(yīng)）的壓力感測(cè)。piezos還能通過分布在血管和肺部的神經(jīng)末梢感 知壓力，并影響紅細(xì)胞體積、血管生理，引發(fā)

6、多種人類 遺傳疾病。piezos的發(fā)現(xiàn)打開了力學(xué)生物學(xué)的大門， 這是一個(gè)與生物學(xué)、工程學(xué)和物理學(xué)交叉的新興科學(xué)領(lǐng) 域，側(cè)重于研究細(xì)胞和組織的物理作用力和力學(xué)特性的 變化如何對(duì)健康和疾病造成影響。2 .機(jī)械敏感性離子通道機(jī)械敏感陽離子通道是一類能夠響應(yīng)機(jī)械力刺激而引起陽離子通透的新型離子通道，研究表明，可能是 非選擇性離子通道蛋白，有別于傳統(tǒng)的電壓敏感，以及 配體門控類型的離子通道，它感受細(xì)胞形變等方式導(dǎo)致 的膜張力的變化，引起細(xì)胞內(nèi)外離子的跨膜運(yùn)輸，能感 受機(jī)械刺激并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，在諸如觸覺感受、本體感受、聽覺感受、血管發(fā)育與血壓調(diào)節(jié)等基本生命活動(dòng)中承擔(dān)重要作用。2010年前,piezo基

7、因家族（包括piezol和piezo2） 被發(fā)現(xiàn)編碼哺乳動(dòng)物機(jī)械敏感陽離子通道的必要分子 組成。piezo蛋白是一類復(fù)雜的跨膜蛋白，每個(gè)亞基包 含2500多個(gè)氨基酸，預(yù)測(cè)跨膜30-40次。3.以本體感覺為例本體感受器指的是位于肌肉、肌腱、關(guān)節(jié)囊和韌帶 等運(yùn)動(dòng)器官處的感覺神經(jīng)末梢等裝置。本體感受器能夠 感受肌肉張力和壓力的變化，感受關(guān)節(jié)伸展程度，并將 這些感受變化的刺激信號(hào)轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動(dòng)傳入大腦皮 質(zhì)軀體運(yùn)動(dòng)中樞，以調(diào)節(jié)骨骼肌的運(yùn)動(dòng)，使人感受到身 體在空間的位置、姿勢(shì)、運(yùn)動(dòng)的變化等。本體感受器受到機(jī)械刺激時(shí)，感受器細(xì)胞膜的某些 陽離子通道通透性增加，造成膜電位去極化，產(chǎn)生感受 電位或發(fā)生器電位。這兩種電位會(huì)經(jīng)傳入神經(jīng)，產(chǎn)生神 經(jīng)沖動(dòng)并上傳，這個(gè)過程中主要以電緊張擴(kuò)布的形式傳 導(dǎo)。例如，機(jī)械牽拉