膜离子通道和细胞电生理
生命科学与技术学院研究生课程简介
生理学第二章细胞基本功能习题及答案
第一章细胞的基本功能 【习题】 一、名词解释 1.易化扩散 2.阈强度 3.阈电位 4.局部反应 二、填空题 1.物质跨越细胞膜被动转运的主要方式有_______和_______。 2.一些无机盐离子在细胞膜上_______的帮助下，顺电化学梯度进行跨膜转动。 3.单纯扩散时，随浓度差增加，扩散速度_______。 4.通过单纯扩散方式进行转动的物质可溶于_______。 5.影响离子通过细胞膜进行被动转运的因素有_______，_______和_______。 6.协同转运的特点是伴随_______的转运而转运其他物质，两者共同用同一个_______。 7.易化扩散必须依靠一个中间物即_______的帮助，它与主动转运的不同在于它只能浓度梯度扩散。 8.蛋白质、脂肪等大分子物质进出细胞的转动方式是_______和_______。 9.O2和CO2通过红细胞膜的方式是_______；神经末梢释放递质的过程属于。 10.正常状态下细胞内K＋浓度_______细胞外，细胞外Na＋浓度_______细胞内。 11.刺激作用可兴奋细胞，如神经纤维，使之细胞膜去极化达_______水平，继而出现细胞膜上_______的爆发性开放，形成动作电位的_______。 12.人为减少可兴奋细胞外液中_______的浓度，将导致动作电位上升幅度减少。 13.可兴奋细胞安静时细胞膜对_______的通透性较大，此时细胞膜上相关的_______处于开放状态。 14.单一细胞上动作电位的特点表现为_______和_______。 15.衡量组织兴奋性常用的指标是阈值，阈值越高则表示兴奋性_______。 16.细胞膜上的钠离子通道蛋白具有三种功能状态，即_______，_______和_______。 17.神经纤维上动作电位扩布的机制是通过_______实现的。 18.骨骼肌进行收缩和舒张的基本功能单位是_______。当骨骼肌细胞收缩时，暗带长度，明带长度_______，H带_______。 19.横桥与_______结合是引起肌丝滑行的必要条件。 20.骨骼肌肌管系统包括_______和_______，其中_______具有摄取、贮存、释放钙离子 的作用。 21.有时开放，有时关闭是细胞膜物质转动方式中_______的功能特征。 22.阈下刺激引_______扩布。 三、判断题 1.钠泵的作用是逆电化学梯度将Na＋运出细胞，并将K＋运入细胞。 ( ) 2.抑制细胞膜上钠-钾依赖式ATP酶的活性，对可兴奋细胞的静息电位无任何影响。 ( ) 3.载体介导的易化扩散与通道介导的易化扩散都属被动转运，因而转运速率随细胞内外被转运物质的电化学梯度的增大而增大。 ( ) 4.用电刺激可兴奋组织时，一般所用的刺激越强，则引起组织兴奋所需的时间越短，因此当刺激强度无限增大，无论刺激时间多么短，这种刺激都是有效的。 ( ) 5.只要是阈下刺激就不能引起兴奋细胞的任何变化。 ( ) 6.有髓神经纤维与无髓神经纤维都是通过局部电流的机制传导动作电位的，因此二者兴奋的传导速度相同。 ( ) 7.阈下刺激可引起可兴奋细胞生产局部反应，局部反应具有“全或无”的特性。 ( ) 8.局部反应就是细胞膜上出现的较局限的动作电位。 ( ) 9.局部去极化电紧张电位可以叠加而增大，一旦达到阈电位水平则产生扩布性兴奋。( ) 10.单一神经纤维动作电位的幅度，在一定范围内随刺激强度的增大而增大。 ( ) 11.骨骼肌的收缩过程需要消耗ATP，而舒张过程是一种弹性复原，无需消耗ATP。 ( ) 12.在骨骼肌兴奋收缩过程中，横桥与Ca2＋结合，牵动细肌丝向M线滑行。 ( ) 13.肌肉不完全强直收缩的特点是，每次新收缩的收缩期都出现在前一次收缩的舒张过程中。( )
生物膜离子通道
生物膜离子通道 生物膜离子通道示意图 生物膜离子通道（ion channels of biomembrane）是各种无机离子跨膜被动运输的通路。生物膜对无机离子的跨膜运输有被动运输（顺离子浓度梯度）和主动运输（逆离子浓度梯度）两种方式。被动运输的通路称离子通道，主动运输的离子载体称为离子泵。生物膜对离子的通透性与多种生命活动过程密切相关。例如，感受器电位的发生，神经兴奋与传导和中枢神经系统的调控功能，心脏搏动，平滑肌蠕动，骨骼肌收缩，激素分泌，光合作用和氧化磷酸化过程中跨膜质子梯度的形成等。
细胞膜离子通道 细胞膜上离子通道的功能，除了可以调节细胞内外的渗透压，也是维持细胞膜电位的重要分子，而神经细胞要进行讯号传导，便是靠离子的进出以造成膜电位的变化。虽然科学家对于细胞膜上离子通道已有相当程度的了解，对于离子通道所具有的特殊选择性，也从能蛋白质的结构大略获得解释，但是一直缺乏一套完整详细的分子作用机制。原因是，要做出膜蛋白三维结构的高解析度影像，非常不容易。1998年，麦金农做出了链霉菌的离子通道蛋白质KcsA的高解析三维结构影像，并首度从原子层次去了解离子通道的作用方式。KcsA离子通道中有一种“滤嘴”，能让钾离子（K+）通过，却不允许同族元素中体积更小的钠离子（Na+）通过，这令科学家百思不得其解。但是麦金农根据KcsA的立体结构，发现离子通道中“滤嘴”边上的四个氧原子的位置，恰好跟钾离子在水溶液中的情况一样，亦即滤嘴边上的氧与水分子的氧距离相同，所以钾离子能够安然通过通道，一如在水中一样；但钠离子尺寸较小，无法顺利接上滤嘴边上的四个氧原子，因此只能留在水溶液，而无法轻易穿过通道。而离子通道的开关会受到细胞的控制，麦金农发现，离子通道的底部有个闸门，当离子通道接收到特定的讯号，离子通道蛋白质结构便会发生改变，因此造成闸门的开关。麦金农对于钾离子通道的结构与作用机制的研究，是生物化学、生物物理等领域的一大突破，也为神经疾病、肌肉与心脏疾病的新药物开发，指引了新的方向。 离子通道蛋白和载体蛋白的异同 相同点：化学本质均为蛋白质、分布均在细胞的膜结构中、都有控制特定物质跨膜运输的功能 不同点： 1.通道蛋白参与的只是被动运输,在运输过程中并不与被运输的分子结合,也不会移动,并且是从高浓度向低浓度运输,所以运输时不消耗能量。 2.载体蛋白参与的有主动运输和协助扩散，在运输过程中与相应的分子结合，并且会移动。在主动运输过程中由低浓度侧向高浓度运动，且消耗代谢能量；在协助扩散过程中，由高浓度侧向低浓度侧运动，不消耗代谢能。（注;协助扩散也属于被动运输）
糖脂病与细胞膜通道
以下为陆江新编著的书稿《延命水》笫三章的1.2节 三：细胞膜水通道、糖脂病与微循环的奥秘 1、膜通道的科学发现对祛除糖脂病的重大意义 各种生物包括人类在内都是由细胞组成的。一个人体上的细胞数目至少一千亿个，不同的细胞联合运作形成一个精密的系统。细胞通过膜通道将有用的物质不断被运进来，废物被不断运出去。早在一百多年前，人们就猜测细胞这一微小城镇的城墙中存在着很多“城门”，它们只允许特定的分子或离子出入。生物的主要组成成分是水溶液，水占人体重量约70%。生物体内的水溶液主要由水分子和各种离子组成。它们在细胞膜通道中的进进出出可以实现细胞的很多生物性功能。生物的细胞以双层脂质膜与外界隔离。此双层脂质膜通常阻断水、离子与其它极性分子之间的通透，这些分子需要迅速且选择性地通过细胞膜上水通道、糖通道、脂通道和离子通道。这些通道与人体患糖脂病有什么关系呢？ 什么是糖脂病？糖脂病是世界卫生组织对三高四病的统称。三高即高血脂、高血黏、高血糖，四病是高血压病、冠心病、脑中风、糖尿病。据世界卫生组织统计，全世界约十亿人患糖脂病，中老年人约50%死于糖脂病。而我国60%以上的中老年人死于糖脂病。糖脂病危害巨大，病因是长期较多地摄入主食肉食，超过了自身的需要，患者可能数病并发。糖脂病患者首先病在细胞内糖类脂类过多，不能正常地代谢，所以医学上也称代谢紊乱征。 美国科学家彼得·阿格雷和罗德里克·麦金农经过研究证明，代谢紊乱的患
者是由于细胞的糖脂通道和闸门受到损伤，糖类脂类物质不能正常地进出细胞，才使糖脂代谢发生紊乱，从而形成糖脂病。这两位科学家荣获2003年诺贝尔化学奖。糖脂病引起血液和血管病变，动脉中易沉积脂质，形成动脉粥样硬化，动脉内腔逐渐狭窄，血难流通，使器官供血不足。 美国科学家彼得·阿格雷罗德里克·麦金农 细胞糖脂通道的发现，揭示了糖脂病的致病根源，破译了根治糖脂病的关键密码，开辟了防治糖脂病的新纪元。人们可能为科学防治糖脂病找到新方法，开辟新途径，使糖脂病的根治成为可能。这个重大发现开启了细菌与植物和哺乳动物水通道的生物化学、生理学和遗传学研究之门。据最新消息，目前有的国家正在研究开发药物，以求打开细胞的糖脂通道，从根源上防治糖脂病，让人类免受心脑血管病之害。对细胞膜的研究不仅有助于理解基本的生命进程，而且对我们了解许多疾病具有重要意义。[注9] [注10]
细胞膜上的水通道蛋白
细胞膜上的水通道蛋白 作者：Marokko 摘要： 物质的跨膜运输是细胞维持正常生命活动的基础之一。主要分为被动运输，主动运输，胞吞作用及胞吐作用。但是事实上细胞的物质转运过程中，透过脂双层的简单扩散现象很少，绝大多数情况下，物质是通过载体或者通道来转运的。离子、葡萄糖、核苷酸等物质有的是通过质膜上的运输蛋白的协助，按浓度梯度扩散进入质膜的，有的则是通过主动运输的方式进行转运。而维持细胞之间的跨膜运输的膜转运蛋白则主要分为载体蛋白与通道蛋白。其中通道蛋白(channel protein)是跨膜的亲水性通道,允许适当大小的离子顺浓度梯度通过,故又称离子通道。有些通道蛋白长期开放,如钾泄漏通道;有些通道蛋白平时处于关闭状态,仅在特定刺激下才打开,又称为门通道(gated channel).而水扩散通过人工膜的速率很低,所以人们推测膜上有水通道.1991年Agre发现第一个水通道蛋白CHIP28 (28 KD )，目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种,被命名为水通道蛋白（Aquaporin,AQP)。水通道蛋白广泛存在于生物体中的各组织部位，影响着生物机体水代谢的过程。随着分子生物学技术的进步，对水通道蛋白的基础研究已经比较深入和成熟。目的可以利用水通道蛋白研究的基础成果，阐释临床水代谢障碍类疾病的发病机理提供可能的解决思路。 关键词： 跨膜运输，通道蛋白，水通道蛋白 正文： 包括人类在内的大多数生物都是由细胞组成的。单个细胞就像一个由城墙围起来的微小城镇，有用的物质不断被运进来，废物被不断运出去。早在100多年前，人们就猜测细胞这一微小城镇的城墙中存在着很多“城门”，它们只允许特
临床心脏电生理基础题库1-0-8
临床心脏电生理基础 题库1-0-8
问题： [单选,A型题]关于心腔内电生理的描述，不正确的是（）。 A.高位右心房刺激可形成接近窦性心律时的心脏激动顺序 B.冠状窦内发放电刺激可代表左心房起搏 C.希氏束部位刺激形成正常QRS波群时，该部位记录到的是右束支电位 D.在右心室心尖部刺激，体表心电图常呈左束支阻滞图形 E.导管电极在心腔内某个部位记录到的波形代表该局部的电活动 希氏束部位刺激形成正常QRS波群时，该部位记录到的是希氏束电位，而非右束支电位。
问题： [单选,A型题]关于分级递增起搏的描述，不正确的是（）。 A.是常用的一种S1S1刺激方法 B.采用比自身心率快10～20次／分的频率起搏 C.每级刺激持续30～60秒 D.每级的刺激间隔为1～2分钟 E.不适用于窦房结功能测定 分级递增起搏是常用的一种S1S1刺激方法，一般用比自身心率快10～20次／分的频率起搏，每级刺激持续30～60秒，每级递增10次／分，每级的刺激间隔为1～2分钟。
问题： [单选,A型题]关于S1S2程序刺激的描述，不正确的是（）。 A.可用于测定房室结的不应期 B.可用于测定旁路的不应期 C.可用于测定窦房结恢复时间 D.可用于检测房室结双径路 E.可用于诱发阵发性室上性心动过速 S1S2程序刺激可用于测定房室结和旁路的不应期、检测房室结双径路、诱发阵发性室上性心动过速。测定窦房结恢复时间一般选用S1S1分级递增起搏方式。 (辽宁11选5 https://www.360docs.net/doc/a012464829.html,)
问题： [单选,A型题]关于右束支电位的表述，正确的是（）。 A.A.是右束支的除极电位 B.B.时限一般为10ms左右 C.C.位于H波和V波之间 D.D.振幅比H波低，时限比H波短 E.E.以上都是
2003年诺贝尔化学奖细胞膜通道之谜
有趣的生物文章 2003年諾貝爾化學獎：細胞膜通道之謎 (1) 識癌症 (6) 抗病毒的戰爭 (10) 以毒攻毒！科學家從牛痘找到靈感，來對付要命的西尼羅病毒了！ (15) 睡眠的迷人世界 (17) 2003年諾貝爾化學獎：細胞膜通道之謎 獲獎者： 阿格雷（Peter Agre），美國約翰霍普金斯大學醫學院，美國人 麥金農（Roderick MacKinnon），美國洛克斐勒大學霍華休斯醫學研究中心，美國人 報導／張孟媛 2003年的諾貝爾化學獎，頒給了兩位美國科學家：約翰霍普金斯大學醫學院的阿格雷（Peter Agre）與洛克斐勒大學霍華休斯醫學研究中心的麥金農（Roderick MacKinnon）。他們獲獎的研究都與細胞膜上的通道有關，瑞典皇家科學院在10月8日發佈的新聞稿中指出，阿格雷是因為「發現水通道」與麥金農「在離子通
道的結構與機制上的研究」，而共享今年的諾貝爾化學獎。 神秘水通道終於現身 生命現象與水脫不了關係。與生命有關的一切生理、生化反應，都是在水中發生的。當細胞以雙層磷脂質組成的細胞膜隔出內外，阻絕了水與離子的通透，如何維持細胞膜內外滲透壓的平衡，就變得非常重要了。因為如果細胞裡的水太多（或離子濃度太低），細胞會被撐破，如果細胞裡的水太少（或離子濃度太高），細胞會變得乾癟，生化反應無法順暢進行。 長久以來，科學家便知道細胞膜上有一些蛋白質，負責細胞內外物質的通透，這些蛋白質可以說是細胞膜上的密道，能夠選擇性地讓細胞內外的物質進行交換。有些通道只是進行單純的流量管制，而有些物質的進出，因為要對抗濃度上的差異（滲透壓），則需要消耗能量（例如鈉離子與鉀離子的通交換通道，便會消耗ATP）。然而，水分子如何進出細胞，則一直是個謎。 1988年，阿格雷成功從紅血球分離出一種膜蛋白，在經過多種分析、蛋白質定序與該蛋白質cDNA的定序後，他確定這就是大家尋覓已久的水通道。阿格雷將之命名為“aquaporin”，意即「水孔」。到了2000年，阿格雷與其他的研究團隊合作，做出了aquaporin蛋白質三維結構的高解析度影像，使他們得以進一步
心脏电生理基础知识
心脏电生理检查及射频消融基本操作知识 目前，射频消融术（RFCA）已成为心动过速的主要非药物治疗方法，因此相应的心脏电生理检查实际上是RFCA中的重要部分。在此将心脏电生理检查和RFCA作为一个诊疗整体逐一描述其基本操作步骤。 病人需常规穿刺锁骨下静脉，股静脉，必要时穿动脉，常规放置心内电生理电极导管，最长的为高位右房（HR），HIS束，冠状窦CS，和右室心尖（RV）和射频导管熟称“大头”常规投照体位位左前斜位（LAO）右前斜位（RAO）前后位（AP）和后前位（PA）一、基本操作需知 病人选择及术前检查：2002射频消融指南 血管穿刺：股静脉、股动脉、颈内静脉、锁骨下静脉 心腔置管：HRA、CS、HBE、RVA、LA、PV、LV 体表和心脏内电图：HRA、CSd…CSp、HBEd…HBEp、RVA、PV、Abd、Abp 电生理检查：刺激部位：RA、CS、LA、RV、LV 刺激方法：S1S1、S1S2、S1S2S3、RS2↓ 消融靶点定位：激动顺序、起搏、靶标记录、拖带、特殊标测↓ 消融+消融方式：点消融、线消融 能量控制：功率、温度、时间 消融终点：电生理基础、心动过速诱发、异常途径阻滞、折返环离断、电隔离、其它 二、血管穿刺术 经皮血管穿刺是心脏介入诊疗手术的基本操作，而FCA则需要多部血管穿刺。心动过速的类型或消融方式决定血管刺激的部位。一般而言，静脉穿刺（右例或双侧）常用於右房、希氏束区、右室、左房及肺静脉置管；颈内静脉或锁骨下静脉穿刺则是右房、右室和冠状静脉窦（窦状窦）置管的途径；股颈脉穿刺是左室和左房的置管途径。例如房室结折返性心运过速的消融治疗需常规穿刺股静脉（放置HRA、HBE、RVA和消融导管）和颈内或锁骨下静脉（放置CS导管）；左侧旁道消融则需穿刺股动脉放置左室消融导管。三、心腔内置管及同步记录心电信号 根据电生理检查和RFCA需要，选择不同的穿刺途径放置心腔导管。 右房导管常用6F4极（极间距0.5～1cm）放置於右房上部，记录局部电图为HRA1,2和HRA3,4图形特点为高大A波，V波较小或不明显。 希氏束导管常用6F4极（极间距0.5～1cm）放置於三尖瓣膈瓣上缘，记录局部电图为HBE1,2和HBE3,4，HBE1,2的H波高大，HBE3,4的A/V≥1，H波清楚。
《细胞膜──系统的边界》教学设计说明
《细胞膜——系统的边界》教学设计 ——依托生动的经典实验资料，创设探究情景，激发学生兴趣 一、设计思路 充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用，通过教师提供的研究材料，引导学生进行科学思维，启发学生用已知去探究未知，并对自己的探究结果加以归纳总结，最终促进学生透彻理解细胞膜的成分和功能，并运用有关知识去解决实际问题。为此，教学中依托生动的经典实验资料，创设探究情景，激发学生兴趣。 教学目标 知识目标 简述细胞膜的成分和功能。 能力目标 （1）探讨问题并分析实验结果，养成科学探究的能力。 （2）尝试制备细胞膜的实验，体验制备细胞膜的方法。 情感目标 （1）认同细胞膜作为系统的边界，对于细胞这个生命系统的重要意义。 （2）通过对细胞膜结构和功能的学习，认同生物体结构与功能相统一的观点。 三、教学重点和难点 1.教学重点 （1）细胞膜的成分和功能。 （2）细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义。 2.教学难点 （1）用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法。 （2）形象的理解细胞膜的功能，体会细胞膜作为细胞这个生命系统的边界的意义。 四、课前准备 1.实验用品：烧杯、浓盐酸、淸水、培养皿、银子、大白豆（淸水浸泡和淸水浸泡后煮熟）、红色玫瑰花瓣、稀释20倍的红墨水、展示台等 2.生物课外兴趣小组的实验汇报视频
（2 ）控制物质进岀细胞 （3）进行细胞间的信息交流 实验2 分组实验、观察、 分析。 阅读教材结合已有 知识思考回答。 实验小组的同学 培养学生动手 实验的能力；探 讨问题并分析 实验结果，养成 科学探究的能 力。 利用演示文稿 中的图片和动 画来形象地说 明问题
细胞膜通道与同步辐射
第27卷 第1期 核 技 术 V ol. 27, No.1 2004年1月 NUCLEAR TECHNIQUES January 2004 —————————————— 第一作者：闫晓辉，女，1978年1月出生，复旦大学在读硕士研究生，凝聚态物理专业 通讯作者：张新夷 收稿日期：2003-12-22 细胞膜通道与同步辐射 闫晓辉1,2 田 亮1,2 张新夷1,2,3 1（复旦大学物理系 上海200433） 2（复旦大学同步辐射研究中心 上海200433） 3（复旦大学表面物理国家重点实验室 上海200433） 摘要 长期以来很多科学家致力于研究物质，如水和离子是如何穿过细胞膜从而完成细胞内外物质交换的。1988年Peter Agre 第一次发现并描述了细胞膜水通道蛋白质的特性，Roderic MacKinnon 则在1998年阐明了离子通道的结构和机理，使我们可以从原子水平了解这些精美的蛋白质结构和运行机理。由于这两位科学家在细胞膜通道研究方面的卓越贡献，他们分享了2003年诺贝尔化学奖。在他们的研究中，基于同步辐射的蛋白质结构测定发挥了很关键的作用。 关键词 同步辐射，K +通道，水通道，三维结构，细胞膜 中图分类号 Q71, O434.19 世界上每一个生物体都是由细胞组成，人体就有成千上万多如星汉的细胞。但这些细胞不是简单的堆积，它们彼此之间存在着信息的交流，而成为复杂的有机整体，相互配合，完成一系列生理功能。例如肌肉的伸缩、大脑信号的传递都是由细胞间的信号交换和细胞内外物质和能量交换来协调完成的，它们的实现是一个复杂的过程，所以一直是科学家们探索的热点。 人们早就已经认识到水和其他物质，如K +、Na +、Ca 2+、Cl ?等离子能够经过一些孔道通过细胞壁，但是它们的结构和功能如何实现却一直不为人所知。1988年Peter Agre 第一次成功地分离出一 种膜蛋白CHIP28[1]， 分子量为28kDa （千道尔顿），大约一年多以后，他意识到这就是人们长期以来人们一直在寻找的水分子通道（Water channel ，以下简称水通道），他把这种水通道蛋白质命名为aquaporin ，后来人们就用AQPs 来命名水通道家族中的每一个成员，CHIP28即被叫做AQP1，从此打开了对水通道生物化学、生理和基因方面的全面研究。 2000年Agre 公布了他和他的同事应用场发射电子源的电子衍射方法得到AQP1水通道电子衍射图，为了减少辐射损伤和收集大量的数据，他们同时应用了He 冷却的电镜来协助提高分辨率，最后 他们得到了分辨率3.8?的电子密度图[2]， 就在同时另一位科学家Robert M. Stroud 和他的同事在 Lawrence Berkeley 国家实验室的Advanced Light Source （简称ALS ），用同步辐射X 衍射的方法得到了一种和水通道具有相似结构的甘油通道GlpF 分辨率为2.2?的电子密度图[3]。 关于膜蛋白离子通道的结构，是 Roderic MacKinnon 第一次得到的，他在美国Cornell 大学高能同步光源（Cornell High Energy Synchrotron Source ，简称CHESS ）通过X 射线衍射解出了一种称为KcsA 的K +通道（Potassium ion channel ）的原子结构，分辨率为3.2?[4]。他的这一研究成果震惊了整个科技界。水通道和K +通道的结构是理解这些通道功能如何实现的基础，证实并在原子水平解释了这些通道的特性，如选择性、开关性等。 Peter Agre 和Roderic MacKinnon 关于膜蛋白分子和离子通道的研究成果开创了化学、生物化学和生理学的一个崭新的研究领域。2003年的诺贝尔化学奖授予Peter Agre 和Roderic MacKinnon ，以表彰他们在探索细胞膜通道上做出的创造性贡献。图1是瑞典皇家科学院公布该奖时用的一张示意图[5]。这是1997年获得诺贝尔化学奖的ATP 合酶[6]三维结构后又一次和同步辐射有关而获得诺贝尔奖的重大成果，再一次显现了同步辐射在研究膜蛋白、病毒、核糖体等大分子结构上的优势。同步辐射光源的高通量，高准直以及波长连续可调的优点可以解决其它X 射线源在生物大分子结构研究上无法解决的问题[6]。 万方数据
心肌细胞膜钾离子通道研究进展
中国医药报/2005年/7月/16日/第006版 医疗卫生 心肌细胞膜钾离子通道研究进展 聂松义 细胞膜在维持细胞稳态方面起着主要作用。心肌细胞膜中含有各种离子转运蛋白，包括多种钾离子通道。这些钾离子通道依靠和其他蛋白质的相互作用发挥正常功能和生理作用。Kv4.2钾离子通道（编码瞬时外向钾通道）和蛋白质KCHiP2具有相互作用。由加拿大McGill大学A.Shrier 教授第一次发现的KCHiP2增强Kv4.2表达需要和Kv4.2的羧基端直接作用的机制，引起与会专家的高度关注。Shrier教授介绍了他在心肌细胞膜钾离子通道方面的研究成果。 Shrier教授等研究人员采用膜片钳技术，免疫共沉淀、免疫组化和GST折叠式分析发现Kv4.2电流增加可能是Kv4.2表达加强及Kv4.2和KCHiP2相互作用增加通道稳定的结果。他们还发现一个新的心肌细胞膜蛋白组学特性和另一钾离子通道HERG通道（编码Ikr钾电流）。 心肌细胞膜富含蛋白质和离子通道，他们通过亚细胞分段分离技术，包括差异和密度梯度离心法及免疫分离法，纯化介于中层的成分，并采用十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳和凝胶胰岛素消化液分离；使用串连的MS-MS光谱测定法鉴定多肽。在有或没有免疫提纯的情况下，他们发现600多种蛋白质有40%与细胞膜和伴随的细胞支架有关；大约65%和细胞信号，运输和细胞之间粘附相关。此外，他们还发现30种蛋白质尚无确定的功能。 据介绍，他们研究的第一阶段是进一步分析心肌细胞膜在病理情况下蛋白质的改变，包括局部缺血，心衰和糖尿病。在最近的研究中，他们用蛋白组学方法研究Kv4.2和HERG通道相互作用的配偶体。其方法是转染HA标记的HERG和Kv4.2到HL-1心肌细胞系。随后，他们用HA 抗体通过十二烷基硫酸钠聚丙烯酰胺凝胶电泳，胰岛素消化和MS-MS光谱测定法使离子通道和伴随的蛋白质免疫沉淀。 如今他们在HERG分析方面获得了很大成功，已确定了50多种有可能的HERG相互作用的蛋白质，并发现是这种相互作用在通道运输、定位和调节中具有重要作用。这项研究最有启迪意义的是发现新的配偶体HERG通道，它可提供有关通道生成和调节方式的信息。 第1页共1页
细胞膜系统的边界教案
第三章第一节细胞膜——系统的边界（教案） 一、教学目标 1．知识目标：简述细胞膜的成分和功能，解释细胞膜在维持细胞结构和功能中的重要作用。 2．能力目标：进行用哺乳动物红细胞制备细胞膜的实验，体验制备细胞膜的方法。 3．情感目标：认同细胞膜作为系统的边界，对于细胞这个生命系统的重要意义。 二、教学重点和难点 1．教学重点 （1）细胞膜的成分和功能 （2）理解细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义 2．教学难点 （1）用哺乳动物红细胞制备细胞膜的方法 （2）理解细胞膜对于细胞这个生命系统的重要意义 三、教学方法 讲授与学生讨论相结合、问题引导法、资料分析法 四、教学用具 多媒体视频、课件、教科书、黑板、粉笔 五、课时安排 1课时 六、教学过程 1、导入：有位专家这样说：“我确信哪怕一个最简单的细胞，也比现在设计出的任何智能电脑精巧！”他为什么会这样说呢？在前面的学习中，我们认识了细胞这个基本的生命系统的物质成分，我们可以将水、无机盐、糖类、脂质、蛋白质和核酸物质机械地组装起来形成一个细胞吗？答案是否定的，细胞的各组分之间并不是简单的堆砌，而是通过形成结构和功能都密切联系的各基本结构，今天我们就进入第三章：细胞的基本结构的学习。 提问：我们学校的校园与校外环境是以什么作为界限呢？（自由发言） 师：细胞作为生命活动的基本单位，也有结构使细胞和外界隔绝开来，那就是细胞膜。我们首先进入第一节的学习（板书：细胞膜—系统的边界） 2、教学目标达成：对于细胞膜作为系统的边界，同学们有没有这方面的感性认识？也就是说你能不能列举出一些证据来证明细胞膜这个系统边界的存在？ S：直接借助光学显微镜、电子显微镜观察得到。
离子通道概述
离子通道概述 离子通道是神经、肌肉、腺体等许多组织细胞膜上的基本兴奋单元。它们产生和传导电信号，具有重要的生理功能。由于生物物理学和分子生物学的迅速发展，新的研究技术包括膜片钳技术、分子克隆及基因突变技术等的广泛应用，人们开始从分子水平来解释离子通道的孔道特性、动力学过程结构与功能的关系以及功能的表达和调节等。 第一节离子通道的分类 离子通道必须能够开放和关闭才能实现其产生和传导电信号的生理功能。至尽为止离子通道还没有一个系统的分类法。 1、按激活机制划分：①.电压门控性通道(Voltage-gated channel)或电压敏感性通道、电压依赖性通道、电压操作性通道。其开、关一方面由膜电位（电压依赖性）所决定，另一方面与电位变化的时间有关（时间依赖性）。这类通道在维持兴奋细胞的动作电位方面起重要作用。如Na、K、Ca、Cl 通道等。②.化学门控性通道或递质敏感性通道(Transmitter-sensitive channels)、递质依赖性通道、配体门控性通道(Ligand-gated channel)其开、关取决于与该通道相耦联的受体的状态，直接受该受体的配体的调控。如Ach激活的K+通道，突触后膜的受体离子通道，谷氨酸受体、甘氨酸受体、Υ-氨基丁酸受体等。③.感觉受体通道(Sensory-receptor channels)分布于精细的膜结构上或神经末梢上。许多感觉末梢很小，故任何对代谢或细胞外介质产生的微小干扰都会很快导致膜内物质浓度的变化。这类通道无特异阻断剂，对离子选择性很差，阳离子或阴离子均可通过。 感觉受体有两类：一类是受刺激后受体本身作为通道直接开或关。另一类则要经过第二信使，才能使通道开或关。 某些神经递质可以影响电压门控性通道，而某些化学门控性通道也受膜电位的影响，形成离子通道的“双闸门机制”。 2、按门控的特点来划分①三门控性通道、②双门控性通道(I Na、I to、I si)、③单门控性通道(I k、 I f)、④无门控性通道(I k1、I b)。 3、按离子电流方向划分：①.内向电流通道(I Na、I si、I f、)。②.外向电流通道(Ik1、I k、I to、I kAch、 I kca)。 4、按有无时间依赖性划分：①时间依赖性通道(I Na、I si、I k、I f)。②非时间依赖性通道(I k1、I b、)。 第二节离子通道的分子结构 70年代初期，细胞膜的液态镶嵌模型确立后，就设想离子通道是镶嵌在脂质双分子层中的α型蛋白质。近年的分子生物学研究已证实所有的离子通道都由跨膜蛋白构成。它们形成的亲水性孔道使离子得以进行跨膜转运。研究表明，决定通道机能的主要分子结构在进化过程中具有高度保守性。所有离子通道都从一个共同的古老通道进化而来。电压门控性K+通道在酵母和原生生物都共同拥有，而电压门控性钙通道始见于较高等的原生生物，Na+通道则仅见于多细胞机体。可见。K+通道在系统发生上最原始的，Na+、Ca2+通道都是从它进化而来的。所有电压门控性阳离子通道都有大致相同的蛋白质结构，离子通道蛋白是由许多亚基构成的复合体，其中构成孔道部分的是α（或α1）亚基。各种电压依赖的离子通道的亚基均在膜上形成四个跨膜区（结构域domains），每个跨膜区由6个呈α
细胞膜 生物膜 生物膜系统的概念及作用
细胞膜的概念 细胞膜又称细胞质膜。细胞表面的一层薄膜。有时称为细胞外膜或原生质膜。主要由脂类、蛋白质和糖 类组成。各成分含量分别约为50%、42%、2%~8%。此外，细胞膜中还含有少量水分、无机盐与金属离子等 。 作用: （1）分隔、形成细胞和细胞器，为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境，膜的面积大大增加，提高了 发生在膜上的生物功能 （2）屏障作用，膜两侧的水溶性物质不能自由通过 （3）选择性物质运输，伴随着能量的传递 （4）生物功能：激素作用、酶促反应、细胞识别、电子传递等 （5）识别和传递信息功能 （6）物质转运功能：细胞与周围环境之间的物质交换，是通过细胞膜的砖运动功能实现的，其主要转运 方式有以下四种。 生物膜概念\ 细胞就像一台复杂而精巧的生命机器，各个部件虽然作用不同，但是衔接得非常巧妙，因而整台机器能 够灵活运转。细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等细胞器，就是这台“机器”中一些功能相 关的“部件”，它们都由膜构成，这些膜的化学组成相似，基本结构大致相同，统称为生物膜。 生物膜的作用 生物膜的形成对于生物的物质贮存及细胞间的通讯起着关键作用。膜的生物活性来自于膜自身 显著的特性：膜连接紧密但有弹性；膜自我封闭，对极性分子有选择性通透；膜的弹性允许膜在细胞生 长和运动中改变形状；暂时破裂且可自封闭的能力可保证两个细胞或两个膜状包裹物的融合。 膜不仅仅是被动的屏障，膜上含有一系列的特化蛋白质启动或催化一定的分子事件；膜上的泵 可以逆跨膜梯度移动（运送）特定的有机物和无机离子；能量转化器可以把一种形式的能量转化为另一
种形式的能量；质膜上的受体能够感受胞外信号，并转化为细胞内的分子事件。 生物膜系统概念 细胞生物膜系统是指由细胞膜、细胞核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等有膜围绕而成的细胞器，在 结构和功能上是紧密联系的统一整体，由于细胞膜、核膜以及内质网、高尔基体、线粒体等由膜围绕而 成的细胞器都涉及到细胞膜或细胞器膜，所以通常称此系统为生物膜系统。 生物膜系统的作用 使细胞具有一个相对稳定的内环境，在细胞与环境之间进行物质运输、能量交换和信息传递的过程 中也起着决定性的作用。细胞的许多重要的化学反应都生物膜内或者膜表面进行。细胞内的广阔的膜面 积为酶提供了大量的附着位点，为各种化学反应的顺利进行创造了有利条件。第三，细胞内的生物膜把 细胞分隔成一个个小的区室，这样就使得细胞内能够同时进行多种化学反应，而不会相互干扰，保证了 细胞的生命活动高效、有序地进行。
细胞膜上“水通道”和“离子通道”的发现
细胞膜上“水通道”和“离子通道”的发现 细胞是构成生物体的基本构成要素。一般认为人的身体大约有一千亿个细胞组成，其数量可以与银河系的天体数量相匹敌。 细胞有血液细胞（血球）、肌肉细胞、肝细胞、神经细胞等很多种类，它们都在高度复杂的生物体系统中各负其责。 细胞由细胞膜来把彼此还有周围的基质分离开来。 细胞膜通常不让水、离子还有其他的分子通过，尽管如此，每个细胞都是“开放的体系”。因为它们会与其他的细胞进行信息交换，还和周围环境和物质进行交换和交流。 但要进行星系或物质的交换，就必须要让各种各样的分子从细胞内到外、外到内移动的通道和泵。担当这个任务的是细胞膜里的特殊形状的蛋白质。 2003年，两位美国的科学家发现并研究了这个作为通道的蛋白质，并共同获得了诺贝尔化学奖。他们是发现了水通道的彼得·阿格雷和发现了离子通道的罗德里克·麦金农 彼得·阿格雷在美国东部马里兰州巴尔的摩的约翰·霍普金斯医学院开始研究的时候，对后被称为“水通道”或“水通道蛋白”的东西还一无所知。这样的词也是听都没听说过的。但20年后，阿格雷不但成为这个领域的先驱，还成为了诺贝尔奖获得者。 在诺贝尔奖的获奖演说中，阿格雷这样叙述水通道的重要性。 “水被认为是生命的溶剂”。因为我们的身体的70%是水。人类以外的所有的脊椎动物、无脊椎动物、微生物，还有植物的身体也主要是由水构成的。构成生命体的小房间也主要是水，水对生命来说是必不可少的，而水通道蛋白是细胞的给水和排水系统。 水通道蛋白可以告诉我们：我们的大脑是怎样分泌或吸收脑脊髓液的，眼睛里的水状物是怎样产生的，眼泪、唾液、汗水、胆汁是怎样分泌的，肾脏为什么可以很有效的浓缩尿液，等等。这种蛋白质不仅对发挥哺乳动物的生理机能必不可少，同时对微生物、植物的生存也是至关重要的。 阿格雷的两人研究小组在220世纪80年代中期开始了研究。他学的专业是血液学，研究课题是Rh因子血型的抗原。 抗原是免疫系统认知应答的分子，多数时候被免疫系统当作体内的入侵者而受到攻击，其大部分都是蛋白质的Ph抗原。可当人们对于这种分子的特征却一无所知，所以被看作是有可能领先的研究领域。 其他科学家已经认为这个分子的分子量是32道尔顿的蛋白质。 因此阿格雷的最初的课题就是从血液细胞中分离出Rh蛋白质。只要能分离出来，就能确定构成它的要素。 当时的阿格雷用他自己话说就是“因为是充满热情的年轻科学家”，所以精制了大量Rh 蛋白质。可是调查结果显示，这种蛋白质的纯度并不是100%，其中还掺杂了5%~10%的32千道尔顿之外的蛋白质，是被“污染”了的蛋白质。 这种“污染蛋白质”的质量是28千道尔顿，比抗原小一些。就像阿格雷在诺贝尔奖的讲演中回想的一样，当时的他“完全是幸运的”得到了构成细胞膜里的水通道的蛋白质。 最初，他把这第二种蛋白质当成污染源而除去了，然后利用周末打工的时间又进行了调查。在得出了这个蛋白质与Rh没有关系的结论后，他又继续进行了研究。 在2009年夏天德国林道举办的诺贝尔奖获奖者的聚会上，阿格雷这样说道：“如果是聪明的科学家，也许会无视这个问题了。”但阿格雷并不聪明。他花了四年时间重复这个新的蛋白质的实验，而终于慢慢兴奋起来。
关于离子通道及其医疗应用
关于离子通道及一些医疗利用 生物的任何生理活动都离不开生命最基本的表达形式，如呼吸的正常运转，心脏的跳动，都是由其独特的结构和微观生理活动决定的。在生物体的微观世界里，细胞膜电位的变化起着信息传递的重要作用，与之相关的是离子在细胞膜内外的分布的差异。由于细胞膜内外离子浓度的不同，细胞膜对于不同离子的通透性也不同，所以随着离子的扩散在细胞膜两侧形成电荷的积累进而形成一个电位差。在细胞膜上形成的电位差又进一步对离子的扩散形成阻力。当阻力与扩散度在数值上达到相等时，就形成一个稳定的电势差，这个电势差就叫做静息电位。当细胞膜受到刺激时，膜外的Na离子大量涌入膜内，引起膜内电势的升高，同时细胞膜对K离子的通透性也增加使之大量外流，电位降到稍低于静息电位然后又恢复到静息电位。形成的电位波动就叫做动作电位。 1952年A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎用电压钳技术在枪乌贼巨神经轴突上对细胞膜的离子电流和电导进行了细致地定量研究，结果表明Na+和K+的电流和电导是膜电位和时间的函数,并首次提出了离子通道的概念。另一方面，1955年,卡斯特罗和B.卡茨对神经-肌肉接头突触传递过程的研究发现：突触后膜终板电位的发生,是由于神经递质乙酰胆碱(Ach)作用于终板膜上受体的结果,从而确认了受化学递质调控的通道。1973年和1974年，C.M.阿姆斯特朗、F.贝萨尼利亚及R.D.凯恩斯、E.罗贾斯两组分别在神经轴突上测量到与离子通道开放相关的膜内电荷的运动，称为门控电流，确认了离子通道的开放与膜中带电成分运动的依从性。 因离子通道的存在，物质与信息的传递才能有序稳定的进行保障生命体正常的生理代谢活动，同时依据其微观原理能够对一些疾病的治疗建立模型从而在实际应用中做出建设性的突破，一些以往难以治愈的疾病的难题有希望被完全攻克。例如心律失常，近年来的研究取得了很大的进展。 心肌细胞膜上具有多种离子通道,在心动周期各个不同时相中，细胞膜通过各种离子通道的规律性开放与关闭，使细胞膜产生选择性通透的特征。最初认为每一时相中只有一种离子穿梭于细胞内外。经过近年来的研究发现，在心动周期的各个时相中，都会有许多离子同时参与活动。然而其中总有一种离子最主要，
“通道蛋白”
背景材料 通道蛋白是一类横跨细胞膜磷脂双分子层的蛋白质，能使适宜大小的分子及带电荷的分子通过简单的扩散运动。 通道蛋白分为水通道蛋白和离子通道蛋白，它们参与的只是被动运输，在运输过程中并不与被运输的分子结合，也不会移动。 100多年前，人们就猜测细胞存在着很多“城门”，它们只允许特定的分子或离子出入。 20世纪50年代中期，科学家发现细胞膜中存在着某种通道只允许水分子出入，称之为水通道。 20世纪80年代中期，美国科学家彼得?阿格雷研究了不同的细胞膜蛋白，经过反复研究，他发现一种被称为水通道蛋白的细胞膜蛋白就是人们寻找已久的水通道。2000年，彼德?阿格雷与其他研究人员一起公布了世界第一张分辨率为0.38纳米的高清晰度的立体结构图，详细解释了水分子是如何通过该通道进入细胞膜的（如上图），而其他分子或离子无法通过的原因。 科学家发现水通道广泛存在于动物、植物和微生物中。到目前为止，在哺乳动物至少发现有13种水通道蛋白，即aqp 0～12。 离子通道是由蛋白质复合物构成的。一种离子通道只允许一种离子通过，并且只有在特定刺激发生时才瞬间开放。 1988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（取自青霉）的高清晰度照片，并第一次从原子层次揭示了离子通道的工作原理。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的状态，在通道中的状态，以及穿过通道后的状态。 很多疾病是由于细胞膜通道功能紊乱造成的。哮喘发作时，水分子运动在气道阻塞中起重要作用，特别在冷哮喘或运动哮喘时，上皮黏膜下血管（含aqp1）、气管及支气管（含aqp3和aqp4）的肿胀是形成气道阻塞的重要原因。脑中风病人神经细胞膜上的谷氨酸nmda型受体会被过度活化，钠离子通道、钙离子通道大量进入神经细胞，膜电压发生变化并以正反馈的方式引发更多钙离子的进入，结果使得神经细胞大量死亡。 试题链接 1.生物膜的基本特点之一是能够维持相应环境内的物质浓度，这对于完成不同的生命活动具有重要作用，这种维持依赖于生物膜的运输。根据是否需要能量，将物质的跨膜运输分为两大类，即被动运输和主动运输。请回答： （1）被动运输包括三种类型，除外，另外两类都需要膜蛋白的协助：通道蛋白和载体蛋白，其中，可在膜两侧进行移动运输的是。 （2）离子载体是一些能够极大提高对某些离子通透性的物质，目前发现的大多数离子载体是细菌产生的抗生素，它们能够杀死某些微生物。其中短杆菌肽a是一种十五肽的离子载体，它能有选择地将单价阳离子顺浓度通过膜，如h+、nh4+、k+、na+等，最终使膜内外部分单价阳离子浓度趋于平衡。据此推测这类抗生素的杀菌机理是。 （3）人工合成的仅由磷脂双分子层构成的封闭球状结构称为脂质体，所有带电荷的分子不管它多小，都很难通过脂质体，即使脂质体外离子浓度很高。这是因为磷脂双分子层的（内部、外部）是疏水的。缬氨霉素是一种十二肽的抗生素，若将它插入到脂质体的脂双层内，可使k+的运输速度提高100，000倍，但却不能有效提高na+的运输速率，由此可以得出：①；②。 （4）主动运输所需的载体蛋白实际上是一些酶蛋白复合体。与被动运输不同，该类膜蛋白都能水解，但与普通的酶不同的是，它不对所转运的分子进行催化。
生物膜离子通道
生物膜离子通道 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
生物膜离子通道 百科名片 生物膜离子通道示意图 生物膜离子通道（ion channels of biomembrane）是各种无机离子跨膜被动运输的通路。生物膜对无机离子的跨膜运输有被动运输（顺离子浓度梯度）和主动运输（逆离子浓度梯度）两种方式。被动运输的通路称离子通道，主动运输的离子载体称为离子泵。生物膜对离子的通透性与多种生命活动过程密切相关。例如，感受器电位的发生，神经兴奋与传导和中枢神经系统的调控功能，心脏搏动，平滑肌蠕动，骨骼肌收缩，激素分泌，光合作用和氧化磷酸化过程中跨膜质子梯度的形成等。 目录 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 展开 生物膜离子通道 简介
活体细胞不停地进行新陈代谢活动,就必须不断地与周围环境进行物质交换,而细胞膜上的离子通道就是这种物质交换的重要途径.人们 已经知道,大多数对生命具有重要意义的物质都是水溶性的,如各种离子,糖类等,它们需要进入细胞,而生命活动中产生的水溶性废物也要离开细胞,它们出入的通道就是细胞膜上的离子通道. 离子通道由细胞产生的特殊蛋白质构成,它们聚集起来并镶嵌在细胞膜上,中间形成 水分子占据的孔隙,这些孔隙就是水溶性物质快速进出细胞的通道.离 子通道的活性,就是细胞通过离子通道的开放和关闭调节相应物质进出细胞速度的能力,对实现细胞各种功能具有重要意义.两名德国科学家 埃尔温·内尔和贝尔特·扎克曼即因发现细胞内离子通道并开创膜片 钳技术而获得1991年的诺贝尔生理学奖. 研究简史 在生物电产生机制的研究中发现了对离子通透性的变化。1902年J.伯恩斯坦在他的膜学说中提出神经细胞膜对钾离子有选择通透性。 1939年A.L.霍奇金与A.F.赫胥黎用微电极插入枪乌贼巨神经纤维中，直接测量到膜内外电位差。1949年A.L.霍奇金和B.卡茨在一系列工作基础上提出膜电位离子假说，认为细胞膜动作电位的发生是膜对纳离 子通透性快速而特异性地增加,称为“钠学说”。尤其重要的是,1952 年A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎用电压钳技术在巨神经轴突上对细胞膜的离子电流和电导进行了细致地定量研究，结果表明Na+和K+的电流和 电导是膜电位和时间的函数,并首次提出了离子通道的概念。他们的模型 (H-H模型)认为，细胞膜的K+通道受膜上4个带电粒子的控制，当4