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1、2010-膜离子通道总复习汇总2010总复习一.基本定义和概念：欧姆定律：I=G x(E-Erev);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.v=RT/zF*ln(PAA/PBBL)Erev= RT/F*ln(PKKo + PNa Nao+P C1 Cl) / (pKi+PNaNai+PCiCip)动作电位产生原因：Na/Ca的内添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V rest或更低时叫复极化或超极化AP : All-or-none；阈值(去极化 10
2、-15 mV);动作电位是一种脉冲式的电信号(常见于。咱 中)。见图。Ttlma *有关动作电位的名伺：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。计算门电荷数侑效电荷：利用GV曲线的Slope得到门电荷或用方差法从【或从门电流中得到总电荷O/C
3、=exp(-(w-ZgQeE)/kBT)O/(O+C)=(1+exp(w-ZgqeE)/kBT)这里 Zg 是等效电荷数。EU冲汁项，k为gv曲线中参数bQio定义：会利用已知的Qio,计算速率常数随温度的变化；生物学中定义：Qio= k(T+10oC)/k(T),这里代表速率常数。Eyring 速率定律：k(T)= k(O)exp(-AG/RT).用近似 T=27310.任意温度间隔直口 Qat=(Q10)at/i。.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
4、质消除Rundown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，随着剌激频率的加快而增 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
5、的值大于未 阻断的水平，且时程延长。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剌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 4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A
6、DP/ATP的比增高时，通道打开。又叫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 o （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
7、；电压依赖；ATP敏感的钾通道。电流存在一定的延时性，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:激活仁）曲线（有三种方法：稳态、峰值或尾电流法）；电导定义:gNa=INa/(EENa)， Sk=Ik/(EEk) ENa和Ek电动势。Fig, 2,13 （Na峰值GV曲线和K稳态GV曲线）Jt Vtsll.igr lprndriw 瓦 Johk CondiKlnoe Itak 期.|A) jnJ Mrady-stii-i? Ex are me*Mired duraig 皿暗MOl财*员沪 niuLr u-4illA,i AMtfWi| 号wid
8、qjwnfTii3-m.4l-urd In 111 sit iRTr rinfi ;md： plfTttwl e n kigafllhrm iKtAr-咿!ml cht- pi曲nwl 荷 ihp tM pud*.I 址WM h* 池火 limthni* tunivrfflfl L-nlirie wii.Mfiviiws id n?Y per:-kikl inouase irf dnd 4 H mlr pTf -killIJh-JUikHs uf 如 Ml sdllJI dqpiJLcixxilujiiiM. A&ljpiid Ceiiii IfiL-iJkij. uiut HxixL-1 脚
9、MJ这里，因耕率在大范围成花韭常数。 所以，仅考虑Gd的情况：卜IG(Vexp(-(V-Vo 5yft)=G0*exp(-V7g 这呈，G0=exp(V7o j/s)4- dyn(G)/dV=L/S (slope).威V-AV)=G(T esptAV/s). 当或V=s时/GV-AV) = e*G(V描述函1/(1+exp(V-V0.5)/b) :a/(1+exp(V-V05)/b)+c这戛a, b（0）, c和Vo.5为待定常【时，G与Po成正比。G与几率的关系：I=nipo=GE;当n, i, E为常尾电流与IV和GV 如果有较大的尾电流的话，用尾电流测GV要好于用峰值和稳态值。稳态失活曲
10、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)FigM4.穗态失活曲线，双脉冲指令电压,前一个是条件脉神，后一个是检 验脉冲，(Ap Na CCEROTII曲 3 TYW曲 ANALYSrS描述函1/(1+exp(V-V0.5)/b) :a/(1+exp(V-V05)/b) a/(1+exp(V-V05)/b)+c这戛a, b(0), c和Vo.5为待定常失活恢复曲线；前一个是条件脉冲，后一个是检验脉冲。描述函是: 1-exp(-t/T)a*(1-exp(-t/T); a*(1-exp(-t/r)+b这戛a, b和c为待定常平均电流迹线
11、；组电流迹线2.7 A Family of VoltageClam p Cu rren M A squid gjnt ixon mmibran under volMg? clamp is Htepperd from a holding potentiid uf -60 itiV to tet-piilse patent id 3旬 g半 in 20-niV sivps fwi -40 mV to +1JM1 mV. SucuebhD tinjwl trae tlie ubcillo&copc bcretii Iiavc been supcrini- pubed p Iwtqgtj pliica
12、Uy. The tiEiiecourse m)d direction ot ioiik currcnis varies- with fhe pDlentLil of th。test puls- T = 6.6QC- From Armstrong 1969.tUU tftVLiEEic-1 i-t bhr irc-ns Ly*kE% N J /iriil 给 E ht*; 同t*E rttr pld 点 Ihf- tMihiLp：旬第*呐 唁、占riMFXrurjili Mg pH m Ihrte *iiert.innrh hbwBd bjjrnMnnrtlirjr flf * 由布尸 +rid
13、 grnp wi出 n pKd sn81! Ed K rTpwl ilh i pKtf ir 4 4 Thr fijpinwnl ib.+wiIm jppwrcirrjlw CmuhrlJimf rtf mpmnrHd fiir lu|.：p iLpc:Li nxtkrn 4n 际 ,估 rrlVFsng Hitt tWRb/IWI, 1 听SrNa通道中的一个氨基酸的质子化形成的阻断，其pK-5.2所于阻曲的电压依赖性栏线来g Woodhllll模型计算E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
14、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影响高子通道电导的主要因素是什么？通道两端电荷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0mV的时间仍为10 mso 依次推，这样就得到关闭态时的阻断速率。在0 mV时，通道开放，可用
15、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。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
16、，a-螺旋和P-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洞类比对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，AAAB，AABB，ABBB和 BBBBO 假定 PA和PB分别是A和B出现的几率，它们的
17、混合应满足二项分布（Pa+Pb）七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N = 1, 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（N = 4）和 0.590。试验结果是0.65，这说明是四个亚基组成一个有功能的通道。六. 基本建模
18、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Mv）的一般形式；浓度依赖的速率常数AX的一般形式。如果有N个态，则有N-1个时间常Shaker K通道动力学模型所有的电压依赖的速率常数为：kiAB（EM）=kAB（mV）eXP（0A
19、BZgABqeET）0AB是门电荷ZgAB的前进方向上至跃迁位垒之前的分数；1-0AB是相反方向的分3 .掌握MWC等建模的基本方法。4 .稳态模型的Po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 .位垒法中的浦含义？（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？9HH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。编是gNa（v，t）的上限；戢是gK（v，t）的上限。否则就是膜破了。这里电导是正比
20、于通道开放的几率。比如Ik=NPoik=gk（E-Ek）,对K通道：IK=n4gK（E-EK）;对Na通道：上=皿*编（E-Eq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高子通道的种类：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通道的特昇阻断剂？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
21、. 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昇 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GaPynnl 它们存在于细胞内，以 共价键简或恐水性相连在一起，没有跨膜部分。在静息态Ga所带着GDP与其 aal在-起。当剌激剂结合受体时，GDP被胞内GTP取而代之。这时 Ga所口 ZE:Ga-GTP和GPy二聚体一G蛋白的激活形式。Gas-GTP环 化酶+ATP综合cAMP （磷酸二酯酶），而Gas-GTP被GTP
22、ase切去GTP代 以GDP,这时的Gas-GTP和GPyl进入它的失活态。cAMP综合停止后， Gas-GDP 与 GpyO l;DDZE八. 内钙释放1影响胞浆内钙浓度的因素有哪些？动作电位引起内钙增加胞内钙库的释放外膜通道（配体门控、感受器相关通道、电压依赖的钙通道） 高子交换系统（钠钙交换器，PMCA）2 . IP3R引起内钙的双相释放的机制？什麽是SOC或CRAC通道？IP3作用于IP3R可以引起ER的释放，形成第一相。同时，外膜上的Icrac （Ca2+-release-activated Ca2+ current）或者叫 SOC （store-operated Ca channel） 当钙库长时间释放钙时，内钙库能打开这类钙通道，从而使外钙流入膜内， 形成第二相。如果激活剂产生IP3或宣接从电极加呜，都会引起双向开 放，再加thapasigargin阻断SERCA泵或BAPTA只激活第二相（即打开 SOC。）3膜电压如何通过调控肌质网上的RyR,引起胞内钙释放？骨骼肌膜是套入横肌管 (T-tubules ),它将动作电位引进纤维内部。SR-T-SR 连接，16 nm 的间隙一叫 junctional feet。T-SR连接膜形成 700feet/皿的网格。各feet间有许多RyR通道。T-Tubules有一个电压感受器。
