钾通道
钾离子通道的门控动力学研究
钾离子通道的门控动力学研究1 内钾离子通道的概述内钾离子通道（也称为钾态通道）是一类重要的调节细胞功能的钠氯离子通道，能通过电位和外源钾离子浓度来调节细胞内膜电位和内质网膜交换，维持正常的兴奋性。
内钾离子通道在信号转导、病理生理学、药理学、细胞生物学等领域的研究和应用受到重视。
研究发现，由钾离子通道蛋白组成的多荷电子系统和多聚物以及其他介质联合参与的钾离子通道的门控机制受到过量的控制，以保护细胞的环境和电位稳定性。
2 钾离子通道的门控动力学门控动力学是化学反应过程最重要的因素之一，它是支配反应速率的决定性因素，其主要包括开启门控、结构门控和交互门控。
对于内钾离子通道而言，它们经历的门控动力学的活动有三个状态：待机（inactivated) ，開放（activated）和复位失活（re-inactivated）。
它们受到多种外源因素的作用，通过调节电位、调节外源钾离子浓度和分子间作用等机制，实现对细胞环境和电位稳定性的控制。
1.1 开启门控：当受紧密信号刺激时，细胞内激活物质例如肽激酶活性致细胞周围pH值降低，这时可通过这种开放门控机制实现波峰门控，从而让细胞氯离子流出，钾离子流出一些，从而增加细胞环境的电位，而k+离子流入减少了细胞环境的电位，最终实现对电位平衡的调节。
另外，也可以通过外源的钾离子的作用，以开启门控的方式达到调节细胞环境的目的，一般来说，钾离子通道的开启门控是一个由延长到缩短的时间段，即待机状态——开放状态——复位失活状态。
1.2 结构门控：也叫作电位门控，即直接受细胞电位调节。
随着细胞内电位的变化，细胞膜中钾离子通道会发生改变，当细胞处于正电位时，会出现开放门控，这样可以增加细胞中K+离子浓度，抑制Na+离子流入，最终调节细胞的电位。
反之，若细胞处于负电位，则钾离子通道会失活，这样钾离子会出现流出，而Na+离子浓度则会增加，这样就以受紧密门控抑制，以实现细胞内钾离子浓度的平衡。
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。
钾通道
Kca (钙激活的钾通道 钙激活的钾通道) 钙激活的钾通道
电压和Ca 依赖性钾通道, 电压和 2+依赖性钾通道 可被胞内钙增加或 膜去极化而开放。 膜去极化而开放。 广泛分布于各种组织细胞的质膜上，如平滑肌、 广泛分布于各种组织细胞的质膜上，如平滑肌、心（05） ） 脑、肾、内耳等。通过控制膜电位调节平滑肌的功能。 内耳等。通过控制膜电位调节平滑肌的功能。 是调节肌源性张力的主要离子通道之一。 是调节肌源性张力的主要离子通道之一。
+ Ach/Ado， 外流增加， Ach/Ado，K 外流增加，
缩短心房APD，增加MDP， 缩短心房APD，增加MDP，有效地控制室上性心动过速。 APD MDP
ATP调节的外向钾电流（ ATP调节的外向钾电流（Ik 调节的外向钾电流
ATP
）
受胞内ATP水平的调控,当胞内ATP浓度增高时， 受胞内ATP水平的调控,当胞内ATP浓度增高时， ATP水平的调控 ATP浓度增高时 通道失活； ATP浓度下降时，则通道开放， 通道失活；当ATP浓度下降时，则通道开放， 浓度下降时 钾外流，以此维持或增加RP而降低兴奋性， 钾外流，以此维持或增加RP而降低兴奋性， RP而降低兴奋性 使缺血区致心律失常的电活动受到抑制， 使缺血区致心律失常的电活动受到抑制， 对心脏有保护作用。 对心脏有保护作用。 缺血, 降低， 如 缺血, 胞内 pH 降低，Ik
钾通道的多样性和分类
超过80个人的相关钾通道基因被克隆， 超过 个人的相关钾通道基因被克隆， 个人的相关钾通道基因被克隆 按它们拓扑结构分成三类。 按它们拓扑结构分成三类。 由6 次跨膜结构 ( 6ＴMs )和一个孔道 (1Ｐ)组成 组成. Ｔ 和一个孔道 Ｐ 组成 电压依赖性、 有(Kv)电压依赖性、钙依赖性钾通道等。 电压依赖性 钙依赖性钾通道等。 Kirs： 2ＴM S 和1Ｐ组成。包括 1,KATP,KAch. ： Ｔ Ｐ组成。包括IK K2P：由4TMS/8TMS 和 双孔区 Ｐ)结构域组成。目前已 ： 双孔区(2Ｐ 结构域组成 结构域组成。 经从啮齿类动物和人体内克隆出Ｋ Ｐ通道, 经从啮齿类动物和人体内克隆出Ｋ2Ｐ通道 又分成 4 个亚型。
细胞膜钾通道及其在膜电位和信号传导中的作用
细胞膜钾通道及其在膜电位和信号传导中的作用细胞膜是细胞的外层，也是细胞与外界环境之间的重要交界处。
膜电位的调节对于细胞的正常运转至关重要。
细胞膜上存在一类特殊的蛋白质——钾离子通道，可以调节细胞膜的电压状态，从而影响信号传导和细胞功能。
一、细胞膜钾离子通道的分类及功能细胞膜钾离子通道是一类可以让钾离子通过细胞膜的蛋白质分子。
根据其结构和功能的不同，这类通道可以被分为多个亚型。
1. 基于电压门控和内在门控的分类根据通道的电压依赖性和内部门控机制，可以将细胞膜钾离子通道分为四类: voltage gated potassium channels(VGC，电压门控型)、inward-rectifier potassium channels(IRK，内向整流型)、two-pore-domain potassium channels(K2P，双孔型)和inwardly rectifying potassium channels(KIR，内向整流型)。
2. 功能分类细胞膜钾离子通道可以分别感受不同内外环境的信号，进行特定的功能调节，如下表所示。
表1. 细胞膜钾离子通道的分类及功能通道类型功能电压门控型（VGC）K+离子外流，决定动作电位形态，控制神经元放电和心肌收缩内向整流型（IRK）K+离子内流，控制静息膜电位，调节胰岛素释放和心律的稳定性双孔型（K2P）K+离子外流被休止态，降低静息膜电位，参与休息状态和呼吸节律扰动的维持内向整流型（KIR）K+离子内流，与细胞代谢有关，在心脏和某些神经元中参与动作电位的生成二、细胞膜钾离子通道在膜电位调节中的作用钾离子是细胞外最主要的正离子，也是主要的膜电位调节因子。
细胞内外的K+离子浓度差异与反向运输通过各类离子泵和Na+/K+-ATP酶的作用下,形成了负内外膜电位差。
这种电差由K+离子通过电压门控离子通道移动而得到调节，细胞膜上的K+通道能够控制K+离子的外流（或内流），调整膜电位的高低，从而影响细胞的活动状态。
延迟整流钾通道的机制
延迟整流钾通道的机制
延迟整流钾通道是一种特殊的钾通道，它可以抑制细胞内的钾离子流动，从而延迟细胞内的电位变化。
它的机制主要有三个方面：
首先，延迟整流钾通道的活性受到细胞内的钾离子浓度的影响，当细胞内的钾离子浓度升高时，延迟整流钾通道的活性也会增加，从而抑制细胞内的钾离子流动。
其次，延迟整流钾通道的活性也受到细胞内的电位变化的影响，当细胞内的电位变化达到一定的阈值时，延迟整流钾通道的活性会减少，从而减少细胞内的钾离子流动。
最后，延迟整流钾通道的活性也受到细胞内的钠离子浓度的影响，当细胞内的钠离子浓度升高时，延迟整流钾通道的活性会减少，从而减少细胞内的钾离子流动。
总之，延迟整流钾通道的机制主要是通过受到细胞内的钾离子浓度、电位变化和钠离子浓度的影响而抑制细胞内的钾离子流动，从而延迟细胞内的电位变化。
动作电位钾离子通道的状态
动作电位钾离子通道的状态哎呀，今天咱们聊聊动作电位里的钾离子通道。
听起来挺复杂的，其实这就是咱们身体里那些神奇的“小门”，负责调控钾离子进进出出，简直就像是在搞“出入管理”。
想象一下，一座大城市，有各种各样的交通工具进进出出。
钾离子通道就像是那条高速公路，车流畅通无阻的时候，大家都能顺利到达目的地。
钾离子，这家伙可不是个省油的灯，尽管它的个头不大，但在电生理中却是个重量级选手。
它帮助神经元在兴奋和静息状态之间来回切换，简直就是让一切运行顺畅的小精灵。
想象一下，你刚吃完一顿大餐，坐在沙发上，正准备小憩。
这个时候，身体里就得有钾离子在工作，保持着平衡，保证你不至于被那顿大餐“打趴下”。
如果没它，哎呀，麻烦可就大了，神经元都忙不过来了。
咱们再来说说，钾离子通道在兴奋状态和静息状态下的变化。
正常情况下，这些通道是关着的，像是闭门谢客的饭店。
等到信号一来，哎呀，门开了，钾离子像是放飞的鸟儿，呼啦啦地往外飞。
这一瞬间，神经元的电位就会发生变化，像是开了个小派对，大家都欢天喜地。
可当这个信号过去后，通道又乖乖关上，钾离子再也不能随便出去。
它们要乖乖待在家里，等着下一个信号来临。
要知道，这个过程可不是说说而已，得靠精密的生物电活动来完成。
神经元就像是一台复杂的机器，钾离子通道是其中的重要零部件。
你想，光是开关这些小门，能让信息在神经网络中快速传递，简直像是在高速公路上飞驰的赛车，风驰电掣，绝对不容小觑。
这些小家伙们可得时刻保持警惕，别让外面的“干扰因素”影响了它们的工作。
要是遇到什么不速之客，整个交通就得堵上了，神经信号也会受影响，哎，这可就得不偿失了。
钾离子通道的调节也很微妙。
就像咱们平时看天气预报一样，变化总是悄无声息。
你可能感觉不到，但在微观世界里，钾离子的浓度、通道的状态，都会影响着你的每一次反应。
它们可能会出点小差错，像是在考试时走神一样，结果导致信号传递不畅，这时候就得小心了。
大脑也会因为这些小失误而感到“不舒服”，想象一下，有个重要的会议，结果你却因为忘词而窘迫，真是太尴尬了。
钾离子通道主要类型
钾离子通道主要类型离子通道的开放和关闭，称为门控(gating)。
根据门控机制的不同，将离子通道分为三大类:(1)电压门控性(voltagegated)，又称电压依赖性(voltagedepen dent)或电压敏感性(voltagesensitive)离子通道:因膜电位变化而开启和关闭，以最容易通过的离子命名，如K+、Na+、Ca2+、Cl-通道4种主要类型，各型又分若干亚型。
(2)配体门控性(ligandgated)，又称化学门控性(chemicalgated)离子通道:由递质与通道蛋白质受体分子上的结合位点结合而开启，以递质受体命名，如乙酰胆碱受体通道、谷氨酸受体通道、门冬氨酸受体通道等。
非选择性阳离子通道(non-selectivecationchannels)系由配体作用于相应受体而开放，同时允许Na+、Ca2+或K+通过，属于该类。
(3)机械门控性(mechanogated)，又称机械敏感性(mechanosensitive)离子通道:是一类感受细胞膜表面应力变化，实现胞外机械信号向胞内转导的通道，根据通透性分为离子选择性和非离子选择性通道，根据功能作用分为张力激活型和张力失活型离子通道。
此外，还有细胞器离子通道，如广泛分布于哺乳动物细胞线粒体外膜上的电压依赖性阴离子通道(voltagedependentanionchannel，VDAC)，位于细胞器肌质网(sarcoplasmicreticulum，SR)或内质网(endoplasmicreticulum，ER)膜上的ryanodine受体通道、IP3受体通道。
细胞膜表面受体的共同特点是由多亚基组成受体/离子通道复合体，除本身有信号接受部位外，又是离子通道，其跨膜信号转导无需中间步骤，反应快，一般只需几毫秒。
分为二类，一类是配体（非电压）依赖性复合体，另一类是电压依赖性复合体。
配体依赖性离子通道配体依赖性离子通道配体依赖性离子通道常见于神经细胞和神经肌接头处，属于此类受体的有烟碱型乙酰胆碱受体（nAchR）、γ-氨基丁酸受体（GABAR）、甘氨酸受体等。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Iks
激活及失活均慢，是AP复极过程的主要离子 流，也是Ⅲ 类抗心律失常药的重要靶点， 主 要 参 与 快 HR 时 AP 的 复 极 过 程 ， 在 快 HR 时 Iks可蓄积，因其慢失活及失活不完全之故， 此时阻Iks 使APD 延长明显，作用强，呈频 率依赖性。
Effect of PKA and PKC stimulations on IKs in adult guinea pig ventricular myocytes.
SK（ 低电导）
---------------------------------------------------------------------------------------------------
2 配体/受体激活的钾通道:
IkATP IkAch
电压依赖性钾通道
延迟整流钾通道（Ik）：
心脏主要复极化电流，与APD及ERP 的长短关系密切。 是Ⅲ类抗心律失常药作用的靶部位。 去极化时被激活，其活性随去极化 而增强。
Ikr
阻Ikr，延长APD，抗心律失常。过度延长 APD可引起Tdp （尖端扭转型室性心动过 速），VF和猝死。
Ikur（ultra-rapid）
心房细胞所具有，心室上几乎无， 激活速度比Ikr还快，在平坡范围（－14 mV） 快速激活 ，失活较慢，参与AP的复极过程。 被异丙肾上腺素所增强. 是不致室性
心律失常危险的、安全有效药的作用靶点。
也， 是抗AF和AFI新药的作用靶点
瞬时外向钾通道（Ito）：
Ion channels and AP 心脏
1 ICa 2
INa-Ca
ITo 0 Ito1 Ito2
IKr
IKs
IK1
3
INa
IK1 4
反映内向和外向电流之间的平衡。（去极与复极周期性变化） 复极化电流：
心肌钾通道
1 电压依赖性钾通道：
Ik（ Ikr Iks Ikur ）, Ik1, Ito,
The additive enhancement of IKs by PKA and PKC is illustrated by the current traces after stimulation of PKC by phorbol-12-13-dibutyrate (PDB) and for PKA by 8-chlorphenylthio-cAMP (8-CPT cAMP).
缩短心房APD，增加MDP，有效地控制室上性心动过速。
ATP调节的外向钾电流（Ik ATP ）
受胞内ATP水平的调控,当胞内ATP浓度增高时， 通道失活；当ATP浓度下降时，则通道开放， 钾外流，以此维作用。
如 缺血, 胞内 pH 降低，Ik ATP 开放。
在平台期，过度延长APD，可致EAD。 尤其 在低钾、慢心率者、合用延长Q-T药或
原有心脏疾病（肥厚，心梗），QTc大于 0.46s者，更易致Tdp。
Ikr
Ikr不同于其他多数钾电流，其电流的幅度随 [K+]0的升高而加大。因提高[K+]0可增加Ikr的 单通道电导；缩短APD，治疗长Q-T综合征。用 钾通道开放剂等也可以。
钾通道（09.10）
钾通道
钾通道是位于兴奋性和非兴奋性细胞膜上的 跨膜糖蛋白;
1 种类多，亚型多，最复杂。 2 分布广：如 心、血管、神经、腺体、
胃肠道、骨骼肌、气管、CNS等。
钾通道
3 功能多： 如 参于心脏电活动，维持 RP及膜电位。直接影响APD 的长短和复极化速率 。调节平滑肌的张力和舒缩活动。 调节激素（生物活性分子）分泌、神经冲动的传播、 肌肉收缩，细胞的激活及神经元的兴奋性等。 在CNS中钾通道在调节细胞兴奋性方面起关键作用。 也是治疗许多疾病的潜在性治疗靶点。
Kca (钙激活的钾通道)
电压和Ca2+依赖性钾通道, 可被胞内钙增加或 膜去极化而开放。 广泛分布于各种组织细胞的质膜上，如平滑肌、心（05） 脑、肾、内耳等。通过控制膜电位调节平滑肌的功能。
是调节肌源性张力的主要离子通道之一。
KCa 类型
特性
BK ,maxi K（ 高） IK （中）
内向整流钾通道（Ik1）
在较负的膜电位时，电流大（电导大），为内向 电流（翻转电位-80mV,接近于钾的平衡电位）。 Ik1在心室的密度高于心房，在窦房结和房室结其 密度极低或缺乏 。Ba2＋是Ik1的强拮抗剂， 其他如胺碘酮、普罗帕酮、氯喹等也阻滞Ik1 。
配体/受体激活的钾通道：
Ik ATP
在血管，K ATP 对药物更为敏感，它是某些扩血管 物质（CGRP、 PG12、VIP 、NO）及抗高血压药 物作用的靶点,它们通过激活钾通道，促钾外流， 使细胞膜超极化而发挥扩管降压作用
相反，一些内源性缩血管物质如NE、ET1、Ang II 等则通过抑制KATP通道，使细胞膜去极化,致血管 收缩。
是动作电位早期复极（1相）电流, 也是复极离子流中
的主要成分，该电流大小对APD和形状有较大影响。
Ito： Ito1、 Ito2 。
特性：；1电压 、时间、 频率依赖性。
Ito二成分缺乏，APD显著延长，出现EAD ，引
起过速性心律失常。
内向整流钾通道（Ik1）
具有强内向整流特性，在心动周期各期均有，是AP 3 相快速复极末期的主要离子流，参与形成和维持 RP 和 AP 复极。 该电流去极化时失活，如在较正膜电位时（如-20mv， 平台期），由于内向整流的出现,使Ik1的电导（gk） 变小，有利于平台期的维持；是胞内多胺类物质 阻塞了通道所致。
Ik Ach/Ado
Ik ATP
乙酰胆碱激活的钾通道（Ik Ach/Ado）
Ach和腺苷分别作用于窦房结、房室结和心房细胞的 M2及 A-受体，激活与G蛋白相偶联的钾通道，使胞膜 超极化，减慢4相去极化速率而降低自律性，发挥保 护作用。 缺血时，腺苷释放，激活Ik Ach/Ado，K+外流增加，