暨南大学高级生理学研究课程讲义离子通道20091030.ppt

离子通道(ion channel) 第一节 离子通道概述 一、离子通道的分类 二、离子通道的结构 三、离子通道的特点 四、通道的激活 五、影响离子转运速率的因素 六、通道转运的特点 七、 K＋、Na+、Ca2+、 Cl-通道 第二节 离子通道研究方法与技术 一、膜片钳技术 二、通道药理学 三、通道蛋白分离、通道重建 四、通道蛋白表达水平的检测 五、基因结构 六、Ｘ射线晶体成像技术 第三节 离子通道的生理功能 第四节 离子通道与疾病 第五节 离子通道的应用及展望 The Structure of the Cell Membrane Transport of Substances Through the Cell Membrane Simple diffusion Membrane protein mediated transport Endocytosis and exocytosis Simple diffusion Membrane Protein Mediated transport Facilitated diffusion via Carrier Facilitated diffusion via Channel Primary active transport Secondary active transport Secondary active transport Endocytosis and exocytosis(need energy from ATP) Endocytosis Phagocytosis; Pinocytosis Exocytosis 第一节 离子通道概述 概念： 离子通道是细胞膜上的一类特殊的蛋白质， 可以选择性让离子进行跨膜转运。 离子通道的发现 1890年，德国物理化学家 Wilhelm?Ostwald首先提出，生物体内的电信号是离子进出细胞膜而产生的。 1909年诺贝尔化学奖 20世纪20年代，科学家证实存在一些供离子出入的细胞膜通道。 1950年代初，两位英国科学家Alan?Hodgkin和 Andrew?Huxley用枪乌鰂大神经轴突的电压钳等技术发现，钾离子和钠离子进出神经细胞的细胞膜，从而让神经信号传递下去。 他们因此获得1963年诺贝尔生理学或医学奖。但那时科学家未知离子通道结构和工作原理。 电压钳技术记录膜电流 20多年前，德国科学家萨克曼（Bert Sakman）和内尔（Erwin Neher）用膜片钳技术发现了细胞膜上单离子通道，发现当离子通过细胞膜上的离子通道的时候，产生十分微弱的电流。他们因此重大成就而获1991年诺贝尔生理学奖。 获2003年诺贝尔化学奖的两位科学家是美国人阿格雷（Peter?Agre）和麦金农（Roderick?MacKinnon），他们的发现都涉及到了“细胞膜上的通道”。 1998年罗德里克·麦金农利用Ｘ射线晶体成像技术获得了世界第一张离子通道的高清晰度照片，绘制出了世界上第一张离子通道（钾离子通道蛋白质）的三维结构图。第一次从原子层次揭示了离子通道的工作原理。这张照片上的离子通道取自青链霉菌。麦金农的方法是革命性的，它可以让科学家观测离子在进入离子通道前在通道中，以及穿过通道后的状态。 1980年代中期，阿格雷发现了镶嵌在细胞膜上的一种专门供水分子进出的蛋白质。这种蛋白质就是30多年来科学家一直寻找的“水通道”——水分子进出细胞的通道。 一、分类 门控: 控制通道功能状态的通道蛋白分子内部“闸门”样结构的运动过程 根据门控机制的不同而分: 电压门控通道(voltage-gated) 化学门控通道(ligand-gated) 机械性通道 (stress-activated) 根据离子选择性的不同而分为： 钠通道 钾通道 钙通道 氯通道 1 电压门控性通道(voltage gated) ---由膜两侧电位差而控制开启和关闭的通道。 膜内负电荷减少 Na+通道开放 胞外Na +进入胞内 以最容易通过的离子命名： K+、Na+、Ca 2+、Cl-通道4种主要类型。 2 化学门控通道 (chemical gated) 由化学信号控制开启和关闭的通道。 又称配体门控性通道(ligand-gated) 由化学物质与通道蛋白质受体分子上的结合位点结合而开启。