生物電及電壓門(mén)控性離子通道

關(guān)于生物電及電壓門(mén)控性離子通道12本節(jié)的主要內(nèi)容靜息電位(restingpotential)動(dòng)作電位(actionpotential)電壓門(mén)控性離子通道（重點(diǎn)：Na+通道）第2頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天3細(xì)胞的生物電現(xiàn)象靜息電位(restingpotential)動(dòng)作電位(actionpotential)第3頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天4靜息電位(restingpotential)

ALHodgKinandAFHuxley,twofamousphysiologistsatUniversityofCambridgeinEnglandWinnersoftheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1963第4頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天5第5頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天6第6頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天7第7頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天8

靜息電位（RP）：細(xì)胞在安靜狀態(tài)下，存在于膜內(nèi)外的電位差,又稱跨膜靜息電位。

RP為膜內(nèi)較膜外為負(fù)，且長(zhǎng)時(shí)穩(wěn)定在此相對(duì)固定水平，此種內(nèi)負(fù)外正的狀態(tài)又稱極化（polarization）狀態(tài)。第8頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天9靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制JuliusBernstein1839-19171902年，Bernstein就提出膜學(xué)說(shuō)：由膜結(jié)構(gòu)中鈉泵在消耗ATP的情況下形成的膜內(nèi)高K+和膜外高Na+狀態(tài)，是產(chǎn)生各種細(xì)胞生物電現(xiàn)象的基礎(chǔ)。靜息電位的產(chǎn)生是由于K+進(jìn)行跨膜擴(kuò)散，外移達(dá)到其電-化學(xué)平衡電位的結(jié)果第9頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天10一、膜內(nèi)外離子的不平衡分布第10頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天11二、細(xì)胞膜對(duì)離子的選擇性通透第11頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天12三、生電性鈉鉀泵維持濃度差第12頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天13第13頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天14膜在安靜狀態(tài)下，K+以易化擴(kuò)散的形式外移：K+外移動(dòng)力：濃度差。結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：膜在安靜狀態(tài)下只對(duì)K+有通透性。K+外移阻力：移到膜外的K+所造成的外正內(nèi)負(fù)的電場(chǎng)力。當(dāng)K+外移的動(dòng)力與阻力相等時(shí)，膜內(nèi)外不再有K+的凈移動(dòng)，而此時(shí)膜兩側(cè)的電位差穩(wěn)定在某一數(shù)值，稱為K+平衡電位。也是RP。K+平衡電位的數(shù)值，由膜兩側(cè)初始存在的K+濃度差的大小決定的。第14頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天15Nernst方程第15頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天16動(dòng)作電位（actionpotential)第16頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天17

動(dòng)作電位：是指細(xì)胞受到有效刺激后，在原有的靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生的一次膜兩側(cè)電位快速的倒轉(zhuǎn)和復(fù)原。第17頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天18PropertiesoftheAP“全或無(wú)”（最重要）是可以沿細(xì)胞膜向周圍迅速傳播，直至整個(gè)細(xì)胞的質(zhì)膜都依次發(fā)生動(dòng)作電位，而且在傳播的過(guò)程中是不衰減的，其幅度和波形始終保持不變發(fā)生后的一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)任何強(qiáng)度的刺激都不再發(fā)生反應(yīng)，這段時(shí)間稱為不應(yīng)期，大致與鋒電位持續(xù)的時(shí)間相當(dāng)。第18頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天19動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制Na+的不均勻分布電壓門(mén)控性Na+通道安靜時(shí)內(nèi)負(fù)外正的電場(chǎng)引起Na+快速、大量?jī)?nèi)流Na+的平衡電位（全或無(wú)）第19頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天20ExperimentsfromHodgkin&Kats第20頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天21ExperimentsfromHodgkin&Huxley電壓鉗技術(shù)藥理學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)向電流外向電流第21頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天22第22頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天23動(dòng)作電位的傳導(dǎo)第23頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天24是以“局部電流”的形式傳導(dǎo)的。局部電流：在已興奮的細(xì)胞膜和與它相鄰的未興奮的細(xì)胞膜之間，由于電位差的出現(xiàn)而發(fā)生電荷移動(dòng)，稱為局部電流（localcurrent）。運(yùn)動(dòng)方向是：在膜外的正電荷由未興奮段移向已興奮段，而膜內(nèi)的正電荷由已興奮段移向未興奮段。結(jié)果：造成鄰近未興奮的細(xì)胞膜去極化達(dá)閾電位，出現(xiàn)它自己的動(dòng)作電位。第24頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天25動(dòng)作電位在有髓神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)第25頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天26有髓纖維受到外來(lái)刺激時(shí)，動(dòng)作電位只能在鄰近刺激點(diǎn)的郎飛結(jié)處產(chǎn)生，因而局部電流也只能發(fā)生在相鄰的郎飛結(jié)之間，其外電路要通過(guò)髓鞘外面的組織液。使動(dòng)作電位的傳導(dǎo)表現(xiàn)為跨過(guò)每一段髓鞘而在相鄰的郎飛結(jié)處相繼出現(xiàn)，這稱為興奮的跳躍式傳導(dǎo)（saltatoryconduction）。跳躍式傳導(dǎo)時(shí)的興奮傳導(dǎo)速度快得多；還是一種更“節(jié)能”的傳導(dǎo)方式。第26頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天27

離子通道第27頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天28HistoryIn1955,AlanHodgkinandRichardKeynesofCambridgeUniversityfirstproposedthatcellmembranescontainionchannels.Hodgkin第28頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天29HistoryDuringthelate1960sand1970s,BertilHilleoftheUniversityofWashingtonandClayArmstrnogoftheUniversityofPennsylvaniabegantoobtainevidencefortheexistenceofsuchchannels.HilleArmstrong第29頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天30HistoryThefinal“proof”emergedthroughtheworkofBertSakmannandErwinNeherattheMaxPlanckInstituteinthelate1970sand1980swhodevelopedtechniquestomonitortheioncurrentpassingthroughasingleionchannel.NeherSakmann第30頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天31離子通道的基本特性不同的離子通道是相互獨(dú)立的。通道是孔洞而不是載體。離子通道的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)。通道對(duì)離子通透的特異性依賴于孔洞大小、離子形成氫鍵的能力及通道內(nèi)位點(diǎn)相互作用的強(qiáng)度。第31頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天32第32頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天33第33頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天34

電壓門(mén)控性離子通道第34頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天35a-亞單位（Na+、Ca2+、K+通道)第35頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天364domains

Na+&Ca+channels:InsinglepolypeptidechainK+channel:Tetramerof4similarsubunitsEachdomainhas6membranespanningregionsS4sequence（電壓傳感裝置，起開(kāi)關(guān)作用）Containspositivecharged

aminoacids(lysineand/orarginine)"Senses"voltageacrossmembrane:RegulatesporeopeningPloop（S5和S6之間的環(huán)，構(gòu)成通道內(nèi)襯，分子篩）Ionselectivity第36頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天37第37頁(yè),共42頁(yè)，2024年2月25日，星期天38Voltage-gatedNa+channelsIn1978,thesechannelswerefirstpurified(Agnewetal.)fromelectriceelelectricorgans.Sodiumchannelswerethefirstvoltage-gatedionchannelstobecloned(Nodaetal.1984).Ithasbeenshownthatthesodiumchannelfromratbrainisaheterotrimericproteincontainingsubunitsα,β1andβ2.Whereasheartandskeletalmusclecontainjustαandβ1subunits.TTXcanblockitandin