钾离子通道
内整流钾离子通道
内整流钾离子通道
内整流钾离子通道是一种细胞膜上的离子通道，它能够控制细胞内外钾离子的流动。
内整流钾离子通道主要存在于神经元、心肌细胞等组织中，发挥着重要的生理学和病理生理学作用。
内整流钾离子通道的功能主要表现在细胞动作电位的调节上。
当细胞膜受到刺激而产生兴奋时，内整流钾离子通道会打开，使细胞内的钾离子向外流动，从而抑制细胞动作电位的持续上升；当刺激消失时，内整流钾离子通道则会关闭，使细胞内的钾离子停止流出，从而恢复细胞的静息状态。
内整流钾离子通道的失调会导致一系列的疾病。
例如，某些突变型内整流钾离子通道会导致遗传性心律失常，表现为心跳过缓或过速等症状；另外，某些药物也会影响内整流钾离子通道的功能，从而引起心电图异常或心律失常等不良反应。
因此，对内整流钾离子通道的研究具有重要的临床意义，有助于促进相关疾病的早期诊断、治疗和预防。
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atp敏感钾离子通道工作原理
atp敏感钾离子通道工作原理ATP敏感钾离子通道是一种在细胞膜上的离子通道，它的开放和关闭受到细胞内ATP浓度的调控。
ATP敏感钾离子通道在细胞内起着重要的调控作用，参与调节细胞膜的电位和细胞内离子浓度，从而影响细胞的功能和代谢。
ATP敏感钾离子通道主要存在于胰岛β细胞、心肌细胞、平滑肌细胞等组织中。
在胰岛β细胞中，ATP敏感钾离子通道的开放和关闭对胰岛素的分泌起着重要的调控作用。
当细胞内ATP浓度升高时，ATP结合到钾离子通道上的调节亚单位上，导致通道关闭，抑制钾离子外流，使细胞膜电位保持在负值，进而抑制胰岛素的分泌。
相反，当细胞内ATP浓度降低时，ATP结合亚单位释放，导致钾离子通道开放，加速钾离子外流，使细胞膜电位变化，刺激胰岛素的分泌。
ATP敏感钾离子通道的开放和关闭受到多种因素的调控。
除了细胞内ATP浓度外，还受到细胞内ADP浓度、细胞膜内钙离子浓度的影响。
当细胞内ADP浓度升高或细胞膜内钙离子浓度升高时，都会促使ATP敏感钾离子通道的开放。
这种调控机制使得ATP敏感钾离子通道能够对细胞内能量状态和代谢状态进行敏感调节。
ATP敏感钾离子通道的开放和关闭还受到一些药物的影响。
例如，一些降糖药物如磺脲类药物和胰岛素等，可以通过与ATP敏感钾离子通道的亚单位结合，改变通道的开放状态，从而调节胰岛素的分泌。
这些药物的作用机制主要是通过改变细胞内ATP浓度，进而调控ATP敏感钾离子通道的开放和关闭。
ATP敏感钾离子通道的功能不仅局限于胰岛β细胞，还在其他组织和细胞中发挥重要作用。
在心肌细胞中，ATP敏感钾离子通道的开放和关闭对心肌细胞的兴奋-收缩耦合起着重要的调控作用。
当心肌细胞受到缺氧或缺血等刺激时，细胞内ATP浓度降低，导致ATP敏感钾离子通道的开放，加速钾离子外流，使细胞膜电位变化，最终导致心肌细胞的抑制和保护作用。
ATP敏感钾离子通道是一种重要的离子通道，在细胞内起着重要的调控作用。
它通过对细胞内ATP浓度的敏感调节，参与调节细胞膜的电位和细胞内离子浓度，从而影响细胞的功能和代谢。
分子生物学中钾离子通道研究进展
分子生物学中钾离子通道研究进展 :钾离子通道是植物钾离子吸收的重要途径之一。
近年来,已从多种植物或同种植物的不同组织器官中分离到多种钾离子通道基因,包括内向整流型钾离子通道基因(如OsAKT1,DKT1,Ktrrl,KIll,KZM1,ZMK2等)和外向整流型钾离子通道基因(如CORK,PTORK ,STORK 等)。
文章分别从结构、功能以及相关基因等三方面综述了关于植物钾离子通道的分子生物学研究进展,并对应用生物工程技术改良植物的钾营养性状进行了讨论。
:钾离子通道;结构;基因离子通道(ion channe1)是跨膜蛋白,每个蛋白分子能以高达l08个/秒的速度进行离子的被动跨膜运输,离子在跨膜电化学势梯度的作用下进行的运输,不需要加入任何的自由能。
一般来讲,离子通道具有两个显着特征:一是离子通道是门控的,即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节,并通过开关应答相应的信号。
根据门控机制,离子通道可分为电压门控、配体门控、压力激活离子通道。
二是通道对离子的选择性,离子通道对被转运离子的大小与电荷都有高度的选择性。
根据通道可通过的不同离子,可将离子通道分为钾离子(potassium ion,K )通道、钠离子(natrium ion,Na )通道、钙离子(calcium ion,Ca2 )通道等。
其中,K 通道是种类最多、家族最为多样化的离子通道,根据其对电势依赖性及离子流方向的不同,可把K 通道分为两类:①内向整流型K 通道(inward rectifier K channel;Kin),②外向整流型K 通道(outward rectifier Khannel;K out)。
K 是植物细胞中含量最为丰富的阳离子,也是植物生长发育所必需的唯一的一价阳离子,它在植物生长发育过程中起着重要的作用,具有重要的生理功能。
植物中可能存在K 通道,这一点早在20世纪6o年代植物营养学界就有人提出,而一直到80年代才被Schroeder等人[23证实,他们利用膜片钳(patch chmp)技术,首先在蚕豆(V/c/afaba)的保卫细胞中检测出了K 通道钾离子通道的结构单个钾离子通道是同源四聚体,4个亚基(subunit)对称的围成一个传导离子的中央孔道(pore),恰好让单个K 通过。
钾离子通道
电压门控钾离子通道的门控机制
对外部信号的刺激，离子通道的反应是开放或 关闭。离子通道的开放和关闭过程亦称为门控。 简单化的门控过程即通道从关闭到开放，开放 的通道再回到关闭的状态。通道从关闭到开放 的过程中，还需通过关闭中的失活过程(closedstate inactivation)，然后再进入开放的状态。 除此之外，开放的通道还可以失活后再回到关 闭的状态。门控过程对细胞电活动的产生和调 节起着重要的作用。在这个过程中，Kv电压门 控钾离子通道在细胞膜去极化时受到激活而突 然开放，而开放后的钾离子通道在瞬间内(数毫 秒至数十毫秒)自身失活关闭。电压门控Kv通道 的激活和失活的速率受膜电压的影响而改变。
内向整流钾通道
1）KIR 通道：存在于心肌细胞（心室、心房、 Pf）
（2） KATP 通道： 心肌缺血、缺氧、ATP减 少时开放
→ K+外流→ APD缩短→ ↓ 心肌收缩性 ↓耗氧→ 保护心肌；引起缺血性心律失常。血管平滑肌开放→C超极化→Ca2+内流↓→血管扩张
钙依赖性钾通道(Kca)
高电导激活的BK开放→ K+ 外 流→ 膜复极化和超极化→
血管扩张;膜去极化和Ca2+内流 →血管收缩
选择性离子传导
钾离子通道的基本功能是传导钾离子穿 过细胞膜。钠离子小于钾离子，它们的 原子半径分别为0.95埃(1埃为0.1纳米) 和1.33埃，但钾离子通道却能有效地选 择钾离子通过，其选择性是钠离子的 1000倍。钾离子通道在对钾离子有高度 选择的同时，它传导钾离子的速率亦超 常的高。钾通道的孔道是由4个相同的α 亚基以对称的方式围成的离子传导通路。
在哺乳动物中钾离子通道共分为两大家族
：电压门控制通道家族和内向整流通道家 族，它们的结构功能特征有显著的差异。
钾离子通道
钾离子通道所有活细胞都被一层膜包围着,它把细胞内的液态世界与外部环境隔离开.膜质可以有效的阻止小离子通过(而且像蛋白质和核酸这样的大分子也一样),因此为细胞提供了新的机遇:可以根据离子浓度的差异进行快速的信号传导.首先,细胞可提高其内部的钾离子浓度;而后,由于瞬时刺激膜上的某些通道迅即被打开,钾离子被释放,使得整个细胞的钾离子浓度发生巨大变化,由此产生信号传导.此过程在各种细胞形式中都存在,如细菌细胞,植物细胞和动物细胞.有两个关于离子通道作用的例子:肌肉收缩(由钙离子释放起始的)和神经细胞信号传导(包含一个复杂的那钾离子交换).离子通道是神经系统中信号传导的基本元件当你闻过一朵花,你会知道这是一枝玫瑰;或者当你的手要触及炙热的东西时,你会立即把手缩回来.这都是由于人的鼻腔和手部的感觉器官通过离子释放把信号由神经传递给大脑,在由大脑做出适当的反应而完成的.其中,神经细胞摄入了大量钾离子并选择性地泵出钠离子从而进行了信号的传递,并因此在膜内外产生了一个电势差.为了传递信号,神经细胞首先打开钠离子通道,摄入钠离子,降低膜内外的电势差.然后打开钾离子通道,排出钾离子,使膜电位重新恢复到静息水平.此后通过其他通道和泵使钠钾离子在细胞内外得到重新分布.由于这种巧妙设计,这些通道对膜电位都非常灵敏,稍有变化通道就会打开.所以,神经细胞一段的通道被打开时产生的离子流会瞬时引发质膜下游通道的打开.结果导致信号通过通道开启传播波沿着质膜迅速传播直至末端.钾离子通道钾离子通道的通透特异性允许钾离子通过质膜,而阻碍其他离子通透-特别是钠离子.这些通道一般由两部分组成:一部分是通道区,他选择并允许钾离子通过,而阻碍钠离子;另一部分是门控开关,根据环境中的信号而开关通道,结构展示在蛋白库编号1bl8,展示的是一种细菌的钾离子通道的通道区部分,它由四个同源的跨膜蛋白质组成,在中心部分形成一个选择性的孔洞.钾离子(绿色)以每秒一亿个的速度自由通过.由于特异的选择性,每一万个钾离子通过才允许一个钠离子通过.在下一页的晶体图中可以看到,通道结构是如何完成特异性选择的.通道的开启与关闭活细胞中有数百种不同的离子通道,它们行使着各种不同的功能.这些通道有相似的通道区(两图例中的顶部),与专门的门控结构域相连(图例的底部).为了在图解中清楚的展示孔道,灰色条纹代表质膜,而在选择性的通道区指显示了四个同源亚单位中的两个.门控区对通道的开关是有不同信号决定的,如电位差或重要的信号分子的出现.还有一些结构上的设计被用来开关通道,正如这里展示的两个简单的细菌通道模型,与通道相连的蛋白结构域被认为是用来扭转组成通道的四条链.在蛋白库中通过对比通道"开启"结构1lnq(右侧)与"关闭"结构1k4c(左侧)可以清楚的看到(其中门控区结构来自低解析结构1f6g).在神经细胞中还有更加复杂的通道,它能通过感受膜上的电位变化来开关通道.这种通道被认为有一种被牵连的球状蛋白,此蛋白可以漂浮在通道外,也可以用来堵住通道.(注意:令人颇感意外的是,在关闭状态的通道晶体结构中有一些钾离子,显示为绿色,但在开启的通道结构中却没有钾离子存在.)。
钾通道开放药作用机制
钾通道开放药作用机制
钾通道开放药（英文缩写：KCO）是一类用于治疗各种疾病
的药物，其作用机制主要是通过促进细胞内钾离子通道的开放。
钾通道是细胞膜上的一种离子通道，它在细胞内外之间调节钾离子的流动，从而参与维持细胞的电位平衡和兴奋性调节。
钾通道开放药可以通过多种机制促进钾通道的开放，其中一些常见的机制包括：
1. 直接作用于钾通道蛋白：某些药物可以直接与钾通道蛋白结合，改变通道的构象，从而增加钾离子的通过率，促进离子通道的开放。
2. 改变细胞膜的电位：细胞内外的电位差是钾通道开关的一个重要因素。
一些药物可以改变细胞膜上的电位，使其更接近钾通道的开放电位，从而间接促进钾通道的开放。
3. 改变细胞内的信号转导：某些药物可以改变细胞内的信号转导通路，从而影响钾通道的开放。
例如，一些磷酸化酶抑制剂可以抑制激酶的活性，进而减少钾通道蛋白的磷酸化，促进钾通道的开放。
总之，钾通道开放药的作用机制主要是通过直接或间接促进钾通道的开放，以调节细胞的电位平衡和兴奋性调节。
这种药物可以在多种疾病的治疗中发挥重要作用，如心律失常、高血压和癫痫等。
钾离子通道
钾离子通道的发现
钾离子通道的分子生物学研究起始于 Shaker K+通道基因的发现，在乙醚麻醉下， 该基因缺陷的果蝇自发地、强烈地抖动肢体， 这种表现型的果蝇取名为Shaker(颤抖)突变 子。1988年，简(L. Jan)研究组根据对果蝇 Shaker突变子表现型的观察，首次从果蝇脑 中克隆出了Shaker K+通道基因。这一突破性 成果，曾掀起了一场空前的离子通道分子生 物学研究的热潮。自Shaker K+通道基因发现 后的短短几年里，从人到不同种属的动物， 人们克隆并发现了上百种钾离子通道基因。
电压依赖性钾通道
▶ 延迟整流钾通道（KV）: KV1～ KV9，外向电流, 膜复极化
慢激活整流钾通道 ( Ik s )
快激活整流钾通道(Ik r)
▶ 起搏电流 ( Ii )
Adr
Ach
↑心率↓
内向整流K+通道
它有两次穿膜螺旋和夹于其间 的H段构成，为四跨膜单孔道， 即相当Kv分子的后半部分,它没 有闸门和电压感受器结构。
在哺乳动物中钾离子通道共分为两大家族
：电压门控制通道家族和内向整流通道家 族，它们的结构功能特征有显著的差异。
电压门控K+道
电压门控K+道，为六跨膜结构单孔道， 经6次跨膜，在S5和S6之间夹一个相当 于钠通道P段的H5段，每个通道拥有4 个如此重复的成分。此种成分与钠、钙 离子通道相同。通道的活化闸门也有4 个S4构成。所不同的是钾离子通道每个 亚单位含有1或2个功能区，而钠、钙离 子通道则有4个。
骨骼肌钾离子通道
骨骼肌钾离子通道
骨骼肌钾离子通道，也称为钾离子通道，是一种在人体骨骼肌细胞中广泛存在的离子通道。
这种离子通道的主要功能是调节骨骼肌细胞内外的钾离子浓度，维持细胞内外离子平衡，维持细胞的正常生理功能。
骨骼肌钾离子通道的主要特点是能够选择性地允许钾离子从细胞内流到细胞外，同时阻止钠离子和氯离子的流入。
这种选择性通透性使得骨骼肌细胞在受到刺激时能够迅速产生收缩反应，这也是骨骼肌在人体运动中起着重要作用的原因之一。
骨骼肌钾离子通道的开放和关闭受到多种信号通路和调节因子的调控，包括钙离子、钠钾泵、钠钙泵、钙调蛋白、钙调素等。
这些调节因子的作用可以影响骨骼肌钾离子通道的开放和关闭，进而影响骨骼肌细胞内外的离子浓度，最终影响骨骼肌的收缩功能。
总之，骨骼肌钾离子通道是人体骨骼肌细胞中的一个重要离子通道，对骨骼肌细胞的收缩功能和离子平衡起着重要的调节作用。
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钙依赖性钾通道(Kca) 钙依赖性钾通道
高电导激活的BK开放 高电导激活的 开放→ K+ 开放 膜复极化和超极化→ 外 流→ 膜复极化和超极化 血管扩张;膜去极化和 膜去极化和Ca2+内流 血管扩张 膜去极化和 内流 →血管收缩 血管收缩
选择性离子传导
钾离子通道的基本功能是传导钾离子穿 过细胞膜。钠离子小于钾离子，它们的 原子半径分别为0.95埃(1埃为0.1纳米) 和1.33埃，但钾离子通道却能有效地选 择钾离子通过，其选择性是钠离子的 1000倍。钾离子通道在对钾离子有高度 选择的同时，它传导钾离子的速率亦超 常的高。钾通道的孔道是由4个相同的α 亚基以对称的方式围成的离子传导通路。
膜电位感受器
细胞膜离子通道对不同离子的通透性决定了细胞 膜的膜电位。对电压门控离子通道来说，细胞膜 电位也控制着通道的开放或关闭。因此，离子通 道的活动对细胞膜电位的调节提供了一个反馈的 机制，这对细胞电信号的产生起着至关重要的作 用。从理论上讲，膜电位调节通道开放的原理非 常简单。当电压门控通道开放时，S4内带正电 荷的氨基酸亦称门控电荷在细胞膜电场中移动。 移动的电荷除了产生门控电流外还导致通道构象 的改变而引起通道的开放，即电荷的移动功与通 道开放的偶联过程。
钾通道的离子高度选择性和超高的传导速率似乎自相矛盾。 高度的离子选择性不仅需要离子间相互作用的精确协调、离 子与结合位点非过紧的结合，同时又要防止离子过快扩散。 从结构上看，目前有以下两个原因可以解释离子高度选择性 和超高传导速率似乎矛盾的现象。第一，离子传导过程中选 择性过滤器含有一个以上的离子。相同离子之间由此所产生 的排斥作用可以克服并降低离子与其结合位点的内在亲和力。 选择性过滤器的四个钾离子结合位点，在特定的时间点只有 两个钾离子可与其受点结合，即结合在1、3或2、4的位置上。 此传导过程重复进行，致使钾离子不断从细胞外运送到细胞 内，反过来亦如此。这一结果与50年前霍奇金(A. Hodgkin) 等提出的单排列离子传导学说恰好吻合。第二个解释是在高 度选择性下的超高传导速率取决于选择性过滤器的结构与细 胞内钾离子的浓度。当细胞内钾离子远低于正常浓度时，选 择性过滤器内的钾离子由原来的两个降低为一个，并伴有过 滤器结构构象的改变。正常过滤器传导离子的结构构象需要 两个钾离子的维持，第二个钾离子一旦进入通道便引起构象 的变化。这一现象是简单的热力学结果，即极少部分离子结 合的能量用来改变过滤器的结构，其结果是离子轻松地与过 滤器结合，而不像构象改变之前离子结合得那样紧密。这种 微弱的离子结合是超高传导速率的前提。
电压门控钾离子通道的门控机制
对外部信号的刺激，离子通道的反应是开放或 关闭。离子通道的开放和关闭过程亦称为门控。 简单化的门控过程即通道从关闭到开放，开放 的通道再回到关闭的状态。通道从关闭到开放 的过程中，还需通过关闭中的失活过程(closedstate inactivation)，然后再进入开放的状态。 除此之外，开放的通道还可以失活后再回到关 闭的状态。门控过程对细胞电活动的产生和调 节起着重要的作用。在这个过程中，Kv电压门 控钾离子通道在细胞膜去极化时受到激活而突 然开放，而开放后的钾离子通道在瞬间内(数毫 秒至数十毫秒)自身失活关闭。电压门控Kv通道 的激活和失活的速率受膜电压的影响而改变。
内向整流钾通道
1）KIR 通道：存在于心肌细胞（心室、心房、 ） 通道：存在于心肌细胞（心室、心房、 Pf） ） 通道： 心肌缺血、缺氧、 （2） KATP 通道： 心肌缺血、缺氧、ATP减 ） 减 少时开放 → K+外流 APD缩短 ↓ 心肌收缩性 ↓耗氧 外流→ 缩短→ 耗氧→ 外流 缩短 耗氧 保护心肌；引起缺血性心律失常。血管平滑肌保护心肌；引起缺血性心律失常。血管平滑肌 开放→C超极化 超极化→Ca2+内流 血管扩张 内流↓→血管扩张 开放 超极化 内流
钾离子通道的含义
离子通道是大分子膜蛋白在细胞膜上围成的 含有水分子的孔道。 它通过残基侧链与离子相互作用，发挥专一 性屏蔽通透功能。 钾离子通道是第一个人们用肉类通道，它存在于所有的真核细胞并发 挥着多种至关重要的生物学功能。
离子通道的一般特征
电压依赖性钾通道 电压依赖性钾通道
▶ 延迟整流钾通道（KV）: KV1～ KV9， 延迟整流钾通道（ ） ～ ， 外向电流, 外向电流 膜复极化 慢激活整流钾通道 ( Ik s ) 快激活整流钾通道(Ik 快激活整流钾通道 r) ▶ 起搏电流 ( Ii ) Adr Ach ↑心率 心率↓ 心率
内向整流K+通道 它有两次穿膜螺旋和夹于其间 的H段构成，为四跨膜单孔道， 即相当Kv分子的后半部分,它没 有闸门和电压感受器结构。
电压门控K+道
电压门控K+道，为六跨膜结构单孔道， 经6次跨膜，在S5和S6之间夹一个相当 于钠通道P段的H5段，每个通道拥有4 个如此重复的成分。此种成分与钠、钙 离子通道相同。通道的活化闸门也有4 个S4构成。所不同的是钾离子通道每个 亚单位含有1或2个功能区，而钠、钙离 子通道则有4个。
电压门控K+道又称电压依赖性钾通道，是已知通道最 多的家族，又可以分为三类： 1、延迟整流钾通道。膜去极化时经过延迟才能激活， 失活也缓慢，时间从数百毫秒至数十秒不等。 2、A 型瞬时钾通道。它的激活和失活都迅速，由于活 化后约1ms灭火闸门就启动，故又称瞬时快K+通道。 3、钙激活钾通道。它受电压和钙离子双重门控。其结 构略有不同，有两个功能独特的区域，为二跨膜结构 单孔道。由去极化激活，但还受胞内钙离子浓度调控。 KCa又分为三类：BKCa, SKCa 和IKCa。每一类中有 可以分为不同的亚类，在人类淋巴细胞中主要是IKCa ， 在Juket cell中主要是SKCa2， SKCa3主要存在于B淋 巴细胞和小鼠胸腺细胞中。
谢谢！
一是离子通道是门控的，即离子通道的活性 由通道开或关两种构象所调节，并通过开关 应答相应的信号。根据门控机制，离子通道 可分为电压门控、配体门控、压力激活离子 通道。 二是通道对离子的选择性，离子通道对被 转运离子的大小与电荷都有高度的选择性。
钾离子通道的分类
纵观钾离子通道的发展史，有不同的分类 方法.分类依据有：电导、电压与电流特征， 生物种系，通道分子结构，氨基酸的分子 系列，通道蛋白的同源性等。 在哺乳动物中钾离子通道共分为两大家族 ：电压门控制通道家族和内向整流通道家 族，它们的结构功能特征有显著的差异。
钾离子通道
细胞膜上的“晶体” 细胞膜上的“晶体”管
钾离子通道的发现
钾离子通道的分子生物学研究起始于 Shaker K+通道基因的发现，在乙醚麻醉下， 该基因缺陷的果蝇自发地、强烈地抖动肢体， 这种表现型的果蝇取名为Shaker(颤抖)突变 子。1988年，简(L. Jan)研究组根据对果蝇 Shaker突变子表现型的观察，首次从果蝇脑 中克隆出了Shaker K+通道基因。这一突破性 成果，曾掀起了一场空前的离子通道分子生 物学研究的热潮。自Shaker K+通道基因发现 后的短短几年里，从人到不同种属的动物， 人们克隆并发现了上百种钾离子通道基因。