膜离子通道总复习汇总

1、2010总复习一 基本定义和概念：欧姆定律：IG×(EErev)；膜电势膜内膜外；电流方向规定从胞内流向胞外为正；膜等效电路；离子选择性. ErevRT/zF*ln(PAAo/PBBi)ErevRT/F*ln(（PKKoPNaNao+PClCli）/ (PKKiPNaNai+PClClo)动作电位产生原因：Na/Ca的内流, K的外流产生动作电位1. 动作电位产生于Na通透性的增加：电击后，膜电位首先从Vrest增加并超过0 mV达到最大值（叫去极化）之后开始下降至Vrest或更低时叫复极化或超极化。AP：All-or-none;有阈值（去极化10-15 mV）;动作电位是一种脉冲式

2、的电信号（常见于CNS中）。见图。有关动作电位的名词：去极化: 极性程度的减弱；复极化；超极化；动力学名词：激活activation:电导在一个短时间延时后急剧增加（去极化过程）；失活：电导在一个短时延时后急剧增加后掉到低值（去极化过程中通道关闭）；去激活deactivation:电导回到通道关闭的水平；尾电流：驱动力、通道开放；门电流/门电荷：位移电流，通道上电荷在电场力的策动下运动所致。一般在10ms内消失，电流很小，可以通过阻断所有通道电流测得。计算门电荷数/有效电荷：利用GV曲线的Slope得到门电荷或用方差法从电流中得到通道数或从门电流中得到总电荷数； O/C=exp(-(w-zgq

3、eE)/kBT)O/(O+C)=1/(1+exp(w-zgqeE)/kBT) 这里zg是等效电荷数。，k为gv曲线中参数bQ10定义：会利用已知的Q10，计算速率常数随温度的变化；生物学中定义：Q10= k(T+10oC)/k(T), 这里k代表速率常数。Eyring 速率定律：k(T) =k(0)exp(-DG/RT). 用近似T=273>>10.任意温度间隔DT的系数：QDT=(Q10)DT/10.其它术语：Rundown：全细胞模式下，由于胞内的小分子能量物质可以通过电极流失而导致通道电流在很短时间内减小或消失，且不可恢复，可以在电极中加入ATP, Mg，cAMP等物质消除R

4、undown现象；Desensitization：加入Ach的几秒钟后，宏观终板电导减小或微观Ach电流减小。这个过程叫配体通道去敏感。Open Channel Block：当阻断剂在胞内有受体，而且仅当通道打开（去极化），才能阻断电流，也就是说当通道关闭时，TEA不能阻断电流，电流上升逐渐不变，所以阻断发生在静息电位时（关闭态）就不能进入孔内。 Use-dependent block：局部麻药的阻断效应，随着刺激频率的加快而增强。Reopen：阻断剂NMS可以阻止Na通道失活和去激活，使通道在复极化时仍有开放特性，可以记录到hooker tail尾电流，且这个尾电流的值大于未阻断的水平，且时

5、程延长。依赖状态的阻断：QX，从胞外（以中快速率）在通道开放时阻断nAChR 通道，然后阻断通道关闭，延缓电流的去敏感。Adaptation：感觉通道对于一种恒定的刺激会产生减少冲动发放频率的适应性反应。它的产生原因：电压依赖，胞内的mg离子阻断效应。1、什麽是内向整流？它的产生原因？胞内的Mg2等阻断；（C5）内向整流K通道（Inwared rectifier）心脏的非起博细胞。去极化时关闭。又叫Kir 通道。功能为当膜电位比静息电位更负时Kir 通道会将膜电位拉回来。而它的小外向电流使得膜电位维持在EK。这种通道有多种，如Kir6 即KATP通道在胞内ADP/ATP的比增高时，通道打开。又

6、叫ATP 阻断。Kir3 在G蛋白被激活时打开。在心脏中它们又叫KAch（GIRK4）。 Kir 通道的GV曲线的上升斜率较缓慢。所以其等效门电荷较Na通道为小。内向整流来自胞内的多价离子，如Mg2。什麽是外向整流？复极化期突触前和突触后间隙的连接通道：像一个二极管。电流是外向整流的。信号传导的单方向性。这也意味着突触前和突触后细胞的不对称性。所以两边的通道不同。延迟整流通道的含义？（C3）延迟整流钾通道。（delayed rectified potassium channel）不同的钾通道对TEA有不同灵敏度；不同激活特性（快，慢，很慢）；失活；Ca依赖；电压依赖；ATP敏感的钾通道。电流存

7、在一定的延时性，快（缩短动作电位），慢（帮助动作电位复极化）。二 实验中设计指令电压的方案设计得到以下结果：激活（GV）曲线（有三种方法：稳态、峰值或尾电流法）；电导定义：gNa=INa/(E-ENa)，gK=IK/(E-EK)ENa和EK 电动势。描述函数为：1/(1+exp(V-V0.5)/b)或为a/(1+exp(V-V0.5)/b)或a/(1+exp(V-V0.5)/b)+c这里，a, b(>0), c和V0.5 为待定常数。G 与几率的关系：I=nipo=GE; 当n, i, E为常数时，G与Po成正比。 尾电流与IV和GV 如果有较大的尾电流的话，用尾电流测GV要好于用峰值和

8、稳态值。稳态失活曲线；gNa是由两个动力学过程组成.激活和失活一旦通道失活，通道的再打开必须要经过去激活过程。（超极化）描述函数为：1/(1+exp(V-V0.5)/b)或为a/(1+exp(V-V0.5)/b)或a/(1+exp(V-V0.5)/b)+c这里，a, b(<0), c和V0.5 为待定常数。失活恢复曲线；前一个是条件脉冲，后一个是检验脉冲。描述函数是：1-exp(-t/t)；a*(1-exp(-t/t); a*(1-exp(-t/t)+b这里，a, b和t为待定常数。平均电流迹线；一组电流迹线IV曲线的尾电流法；膜电容简易测量方法；膜平均电容：CM1 mF/cm2膜电容：

9、CQ/E; dE/dt=Ic/C 这里C=ee0A/d。 dE/dt= Ic/C=-E/RC E=E0exp(-t/RC)= E0exp(-t/t阻断剂的对通道阻断的IC50浓度实验：多种浓度测量法和单一浓度测量法。1 单一毒素浓度测定Kd值法求阻断剂的KD：每隔一个固定时间比如10秒，膜电压从保持电压跳到检验电压以得到电流的蜂值，然后加药测量电流峰值随时间的改变至一相对稳态，然后用没有毒素的溶液灌洗至基本完全恢复。2 药和毒素和受体作用：受体：含有结合位点的分子。 k1T+RçèTR （这里，假定只有一个结合位点） k-1d(TR)/dt=k1TR-k-1TR=0 （平衡

10、态） Kd=k-1/k1=TR/TR受体结合Toxin的比率（通道被阻断的比率）：y=TR/(TR+R)=1/(1+Kd/T)自由受体率：1-y=1/(1+T/Kd)另一种看法： k1TOß-àB k-1dPO/dt=-k1TPO+k-1(1-PO)；PB=1-PO平衡时有 -k1TPO+k-1(1-PO)0POk-1/(k1T+k-1)=1/(1+T/Kd); PB= k1T/(k1T+k-1)=1/(1+Kd/T)多次重复上述计算后，我们有：Hill 方程（n个结合位点）： y=1/(1+(Kd/T)n) 协同性; n 是Hill 系数 Kd=IC50, EC50Fig

11、. 3.3Na通道阻断剂量曲线电压依赖的阻断的测量方法：在不同电压下阻断电流。得到IC50（V）µExp（qV）其中Ca电流，Na电流，K电流，nAChR电流的Protocol各不相同，原因是它们的失活和反转电位各异。比如, HVA和LVA不同的是LVA有失活，HVA却没有失活等等。问：如何记录LVA电流？如何记录nAChR电流（静息时加Ach刺激）？电压分类：HVA（高电压激活，无失活或部分失活，慢失活）. LVA （低电压激活，完全失活，快失活）确定离子通透性的GHK方程：ErevRT/F*ln(PKKo+PNaNao+PClCli)/(PKKI+PNaNai+PClClo)。这

12、里PA/PB是通透比注意尾电流法中的瞬时电流值的选取的原则是避免电容电流的最近点，而非Peak值。用非稳态方差法求通道总数N和单通道电流的要点时：各Trace是非平均Trace；消除漏电流；三 通道结构（第十三章和第十七章）1 nAChR，Na, K, Ca 以及阳离子通道的一级拓扑分子结构特点2 nAChR，Na, K, Ca 以及阳离子通道中的pore结构特点，阻断及离子选择性机制。3 钾通道过滤器的氨基酸序列特征序列是什麽？TXXTXGYG；该序列的排列相当于水合离子结构。这被叫作Signature Sequence。四个TXGYG在前腔形成K离子过滤器。至少有两个跨膜部分的P环就可形成

13、孔道。4 探测通道孔区结构的方法：即用Cysteine，Alanine等突变结合氧化剂MTS和其他阻断剂的方法 SCAM (substituted-cystein accessibility method)方法：（如果必要的话，去除所有的原生型cysteine）1） 逐一用半胱氨酸Cysteine替换到所希望的各残基，但要保持功能不变。2） 再用MTS检验是否有永久性阻断（-SS-引起永久型阻断）。5 比较KV，KATP和KCNQ等离子通道的辅助亚基与其亚基的结合方式异同和亚基的功能。四 阻断机制（第十六章和第十七章）1 阻断速率的单通道鉴别；阻断剂在通道结构研究中的应用？三种time sca

14、le 2 Hill方程y=1/(1+(Kd/T)n); Hill系数n的含义？ Hill 方程（n个结合位点）： y=1/(1+(Kd/T)n)； k1T+RçèTR （这里，假定只有一个结合位点） k-1d(TR)/dt=k1TR-k-1TR=0 （平衡态） Kd=k-1/k1=TR/TR受体结合Toxin的比率（通道被阻断的比率）：y=TR/(TR+R)=1/(1+Kd/T)自由受体率：1-y=1/(1+T/Kd)3 质子阻断Na通道的机制；TEA和失活的竞争机制要点；QA阻断nAChR通道机制；表面电荷理论：通过降低pH来减少负表面电荷，从而影响单通道电导酸基理论：通

15、过降低pH使孔内重要的酸基得以改变，从而影响单通道电导因为质子的结合点在电场中，它的结合和释放速率常数均是电压依赖的。4 影响离子通道电导的主要因素是什么？通道两端电荷数；5 什麽是关闭态阻断？关闭态阻断实验的要点在哪里？将shaker的S6的下半至C端逐个突变为cysteine。MTSET与cysteine的结合产生永久性的阻断。为得到关闭态的阻断速率，保持电压为-90 mV，每隔一段时间 (比如每隔10 秒)，电压从-90 mV跳至检验电压为0 mV，时间为10 ms。 但在第四次跳至0 mV检验电压前500 ms 时加含MTSET的溶液直至电压再到0 mV之前，在0 mV的时间仍为10

16、ms。依次类推，这样就得到关闭态时的阻断速率。在0 mV时，通道开放，可用正常方法得到开放态的阻断速率。但也可用上法得到，取决于阻断的速率。五 搜寻新基因（第十三章）1 目前搜寻新基因的常用方法不精确杂交（low-strigency hybridization） 用部分probe搜索cDNA库并用较低温度来杂交以便较差的匹配其它序列。（目前，已不经常使用了。）PCR法（Polymerase chain reaction）用高温下稳定的聚合酶以及被合成序列的Primers（开头和结尾），利用PCR的选择性复制来得到。（快的方法）利用Database进行同源搜索。从此发现许多不同动物的基因的同源性

17、。2 通道氨基酸序列的拓扑结构一般特点膜内外的分布，跨膜特性，a-螺旋和b-折叠的数目，角度等；疏水图，恐水区：LSS（leading signal sequence），M1，M2、M3 和M4；ED（Extracellular Domain），CL（Cytoplasmic loop），SS桥；CL（Cytoplasmic loop）;M2 形成孔3 研究3D晶体结构的方法提纯结晶X-ray；NMR和EPR；EM;同类比对4 化学法(Stoichiometry)确定通道的亚基数目的方法 可用毒素对它们的阻断和失活的不同来推断钾通道是几聚体。技巧是：两种不同的亚基A和B有五种不同的表达AAAA，

18、AAAB，AABB，ABBB和BBBB。假定PA和PB分别是A和B出现的几率，它们的混合应满足二项分布（PA+PB）N，就可以预知上述各组合的通道的几率，从而给出回答。Shaker 通道和其D431N突变体。突变体对蝎毒的亲和相差250倍。通道中只要有一个野型亚基，蝎毒就能阻断该通道电流，即毒素不能阻断完全由突变亚基组成的通道。假设我们有，突变体：野型9：1。这里设PA是野型亚基出现的几率（0.1），PB是突变体出现的几率(0.9)。假定通道由N1，2，3，4，或5亚基组成，则完全由突变亚基组成的分数PBN=0.9, 0.81, 0.729, 0.656（N4）和0.590。试验结果是0.65

19、，这说明是四个亚基组成一个有功能的通道。六 基本建模方法（第十八章，第十六章，第十二章和第二章）1 经典动力学假设基础；平衡态原理。（第十八章） Markov过程：与历史无关。一级跃迁方程。如果有多指数，则引入多态。统计力学精细平衡原理：平衡态是每一个细部向前的速率等于向后的速率。物理学的微观可逆性原理：物理学定理对时间的反演是不变的。因此，对一个封闭的环，顺时针速率常数的积等于反时针速率常数的积。（请自己证明!）2 状态数和时间常数的个数的关系；电压依赖的速率常数k(v)的一般形式；浓度依赖的速率常数kX的一般形式。如果有N个态，则有N1个时间常数Shaker K通道动力学模型所有的电压依赖

20、的速率常数为：kiAB(EM)=kAB(0mV)exp(qABzgABqeEM/RT)qAB是门电荷zgAB的前进方向上至跃迁位垒之前的分数；1qAB是相反方向的分数。浓度依赖？3 掌握MWC等建模的基本方法。4 稳态模型的P0的计算：证明稳态时，正向速率之积等于反向速率之积。5 如何解决动力学模型的不确定性？6 位垒法中的d的含义？（第十六章）结合点的相对位置7 单通道中有关“寿命”的定义：所有离开速率和的倒数（第十二章）8 通道产生亚电导的原因什麽？9 HH模型中的物理解释，及其物理意义。（第二章） Hodgkin-Huxley 模型：说明通透性改变模型，但整个模型实际上是数据拟和。 Na

21、是gNa（V,t）的上限；K是gK(V,t)的上限。否则就是膜破了。这里电导是正比于通道开放的几率。比如Ik=NPoik=gk(E-Ek),对K通道：IK=n4K(E-EK); 对Na通道：INa=m3hNa(E-ENa)物理意义：描述离子通透性，预言动作电位，暗示通道开放几率的粒子特性。10. 如何判断通道是电压依赖？七离子通道1 离子通道的种类：电压激活；配位；电压和配位；机械敏感通道2 Na，Ca，KV（Shaker），SK，BK，nAChR，Ih，CNG等通道特征和功能？Na，Ca（L型），SK和BK通道 的特异阻断剂？3 Cl通道的种类：GABA，GlyR，CLC和CFTR4 HVA和LVA的差别；SK和BK性质上的异同及功能异同？5 传感器离子通道有哪些？工作机制？6 光传感器中的第二信使是什麽？激活的是什麽通道？7 配位通道中的快调制和慢调制的不同在哪里？受体和受体通道有何异同？8 慢突触调制的一般路径？G蛋白的组成和性质；Gs, Gi, Gq各自的功能？ G蛋白又叫GTP结合调节蛋白：由Gabg三亚基组成。它们存在于细胞内，以共价