生物电及电压门控性离子通道

关于生物电及电压门控性离子通道12本节的主要内容静息电位(restingpotential)动作电位(actionpotential)电压门控性离子通道（重点：Na+通道）第2页,共42页，2024年2月25日，星期天3细胞的生物电现象静息电位(restingpotential)动作电位(actionpotential)第3页,共42页，2024年2月25日，星期天4静息电位(restingpotential)

ALHodgKinandAFHuxley,twofamousphysiologistsatUniversityofCambridgeinEnglandWinnersoftheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine1963第4页,共42页，2024年2月25日，星期天5第5页,共42页，2024年2月25日，星期天6第6页,共42页，2024年2月25日，星期天7第7页,共42页，2024年2月25日，星期天8

静息电位（RP）：细胞在安静状态下，存在于膜内外的电位差,又称跨膜静息电位。

RP为膜内较膜外为负，且长时稳定在此相对固定水平，此种内负外正的状态又称极化（polarization）状态。第8页,共42页，2024年2月25日，星期天9静息电位的产生机制JuliusBernstein1839-19171902年，Bernstein就提出膜学说：由膜结构中钠泵在消耗ATP的情况下形成的膜内高K+和膜外高Na+状态，是产生各种细胞生物电现象的基础。静息电位的产生是由于K+进行跨膜扩散，外移达到其电-化学平衡电位的结果第9页,共42页，2024年2月25日，星期天10一、膜内外离子的不平衡分布第10页,共42页，2024年2月25日，星期天11二、细胞膜对离子的选择性通透第11页,共42页，2024年2月25日，星期天12三、生电性钠钾泵维持浓度差第12页,共42页，2024年2月25日，星期天13第13页,共42页，2024年2月25日，星期天14膜在安静状态下，K+以易化扩散的形式外移：K+外移动力：浓度差。结构基础：膜在安静状态下只对K+有通透性。K+外移阻力：移到膜外的K+所造成的外正内负的电场力。当K+外移的动力与阻力相等时，膜内外不再有K+的净移动，而此时膜两侧的电位差稳定在某一数值，称为K+平衡电位。也是RP。K+平衡电位的数值，由膜两侧初始存在的K+浓度差的大小决定的。第14页,共42页，2024年2月25日，星期天15Nernst方程第15页,共42页，2024年2月25日，星期天16动作电位（actionpotential)第16页,共42页，2024年2月25日，星期天17

动作电位：是指细胞受到有效刺激后，在原有的静息电位基础上发生的一次膜两侧电位快速的倒转和复原。第17页,共42页，2024年2月25日，星期天18PropertiesoftheAP“全或无”（最重要）是可以沿细胞膜向周围迅速传播，直至整个细胞的质膜都依次发生动作电位，而且在传播的过程中是不衰减的，其幅度和波形始终保持不变发生后的一段时间内，对任何强度的刺激都不再发生反应，这段时间称为不应期，大致与锋电位持续的时间相当。第18页,共42页，2024年2月25日，星期天19动作电位的产生机制Na+的不均匀分布电压门控性Na+通道安静时内负外正的电场引起Na+快速、大量内流Na+的平衡电位（全或无）第19页,共42页，2024年2月25日，星期天20ExperimentsfromHodgkin&Kats第20页,共42页，2024年2月25日，星期天21ExperimentsfromHodgkin&Huxley电压钳技术药理学实验内向电流外向电流第21页,共42页，2024年2月25日，星期天22第22页,共42页，2024年2月25日，星期天23动作电位的传导第23页,共42页，2024年2月25日，星期天24是以“局部电流”的形式传导的。局部电流：在已兴奋的细胞膜和与它相邻的未兴奋的细胞膜之间，由于电位差的出现而发生电荷移动，称为局部电流（localcurrent）。运动方向是：在膜外的正电荷由未兴奋段移向已兴奋段，而膜内的正电荷由已兴奋段移向未兴奋段。结果：造成邻近未兴奋的细胞膜去极化达阈电位，出现它自己的动作电位。第24页,共42页，2024年2月25日，星期天25动作电位在有髓神经纤维上的传导第25页,共42页，2024年2月25日，星期天26有髓纤维受到外来刺激时，动作电位只能在邻近刺激点的郎飞结处产生，因而局部电流也只能发生在相邻的郎飞结之间，其外电路要通过髓鞘外面的组织液。使动作电位的传导表现为跨过每一段髓鞘而在相邻的郎飞结处相继出现，这称为兴奋的跳跃式传导（saltatoryconduction）。跳跃式传导时的兴奋传导速度快得多；还是一种更“节能”的传导方式。第26页,共42页，2024年2月25日，星期天27

离子通道第27页,共42页，2024年2月25日，星期天28HistoryIn1955,AlanHodgkinandRichardKeynesofCambridgeUniversityfirstproposedthatcellmembranescontainionchannels.Hodgkin第28页,共42页，2024年2月25日，星期天29HistoryDuringthelate1960sand1970s,BertilHilleoftheUniversityofWashingtonandClayArmstrnogoftheUniversityofPennsylvaniabegantoobtainevidencefortheexistenceofsuchchannels.HilleArmstrong第29页,共42页，2024年2月25日，星期天30HistoryThefinal“proof”emergedthroughtheworkofBertSakmannandErwinNeherattheMaxPlanckInstituteinthelate1970sand1980swhodevelopedtechniquestomonitortheioncurrentpassingthroughasingleionchannel.NeherSakmann第30页,共42页，2024年2月25日，星期天31离子通道的基本特性不同的离子通道是相互独立的。通道是孔洞而不是载体。离子通道的化学本质是蛋白质结构。通道对离子通透的特异性依赖于孔洞大小、离子形成氢键的能力及通道内位点相互作用的强度。第31页,共42页，2024年2月25日，星期天32第32页,共42页，2024年2月25日，星期天33第33页,共42页，2024年2月25日，星期天34

电压门控性离子通道第34页,共42页，2024年2月25日，星期天35a-亚单位（Na+、Ca2+、K+通道)第35页,共42页，2024年2月25日，星期天364domains

Na+&Ca+channels:InsinglepolypeptidechainK+channel:Tetramerof4similarsubunitsEachdomainhas6membranespanningregionsS4sequence（电压传感装置，起开关作用）Containspositivecharged

aminoacids(lysineand/orarginine)"Senses"voltageacrossmembrane:RegulatesporeopeningPloop（S5和S6之间的环，构成通道内衬，分子筛）Ionselectivity第36页,共42页，2024年2月25日，星期天37第37页,共42页，2024年2月25日，星期天38Voltage-gatedNa+channelsIn1978,thesechannelswerefirstpurified(Agnewetal.)fromelectriceelelectricorgans.Sodiumchannelswerethefirstvoltage-gatedionchannelstobecloned(Nodaetal.1984).Ithasbeenshownthatthesodiumchannelfromratbrainisaheterotrimericproteincontainingsubunitsα,β1andβ2.Whereasheartandskeletalmusclecontainjustαandβ1subunits.TTXcanblockitandin