第四章离子通道电流
电生理
一． 心肌细胞的跨膜电位及其形成机制：（1） 静息电位：人及哺乳动物-90mv k +电流是构成静息电位的主要成分，方向是从膜内流向膜外。
静息电位的构成：k +的平衡电位；（少量Na+内流↓和生理性Na +-K +泵活性↑）→影响小（2） 动作电位：1. 去极化过程（0期）：从-90mv →+30mv 。
速度快，约1-2ms 。
在外界适当刺激时由静息电位到达去极化。
机制：有Na +内流而导致，当刺激作用引起少量Na +通道开放→到达阈电位（-70mv ）→引起Na +通道的大量开放（正反馈），大量Na +内流→去极到0mv→Na +通道的关闭，可去极到+30mv 。
Na +通道开放时间很短，约1ms 。
由快Na +通道引起的快速去极化的细胞称快反应细胞，如心房肌，心室肌和浦肯野细胞，引起的动作电位称快反应动作电位。
2．复极化过程：时间200-300ms ，包括1期，2期，3期（1） 快速复极初期：+30mv →0mv ，10ms ，快速复极初期，峰电位。
主要原因：K +负载的I to （一过性外向电流），I to 通道在膜电位复极到-40mv 时被激活，开放5-10ms 。
1期：快Na +通道失活→I to 被激活→K +一过性外流→快速复极化。
（2） 2期(平台期)：100-150ms ,是心肌细胞动作电位特殊的主要原因。
该期电流：外向电流（K +外流），内向电流（Ca 2+内流），总的结果是形成一种随时间推移而逐渐增强的微弱的外向电流。
a) K +外流：K +外流的通道有I K 和I K1等多种。
I K1在静息电位时通透性很高。
0期去极化过程中，I K1通透性↓，这种I K1通道因膜的去极化而通透性↓的现象称内向整流。
I K 在2期，K +外流的主要通道。
b) Ca 2+内流：L-型钙通道（慢通道，电压门控），去极化到-40mv 时被激活，这时Ca 2+内流（去极化）。
K +外流（复极化），但随着时间推移Ca 2+通道逐渐失活。
电化学反应中离子迁移与传导机制初步分析
电化学反应中离子迁移与传导机制初步分析电化学反应是指在电解质溶液中，通过电流的作用将化学反应转化为电能或者反过来将电能转化为化学反应的过程。
在电化学反应中，离子迁移与传导机制起着关键作用。
本文将对电化学反应中离子迁移与传导机制进行初步分析。
电化学反应中离子迁移是指在电场作用下，离子在电解质溶液中的移动。
这种迁移过程是通过离子在电解质溶液中的扩散实现的。
扩散是指溶液中粒子或分子的自发性移动，它使更高浓度的物质分散到较低浓度的区域，从而实现平衡。
在电场的作用下，离子会自发地迁移到电势梯度较低的区域，从而产生电流。
离子在电解质溶液中的迁移过程可以通过离子迁移率来描述。
离子迁移率是指在单位电势梯度下，离子在电解质溶液中的迁移速率。
离子迁移率与离子的电荷量、电场强度和溶液中的粘度有关。
一般来说，离子迁移率越大，离子迁移速度越快。
离子传导机制是指在电化学反应过程中，离子在电解质溶液中的传导方式。
离子的传导主要有两种方式，即溶剂辅助传导和晶格传导。
溶剂辅助传导是指在电解质溶液中，离子通过溶剂分子的陪同下传导。
当离子与溶剂分子形成溶合物时，溶剂分子会包围离子，形成溶合离子。
溶合离子具有较高的迁移率和较低的活化能，因此能够有效地传导电流。
晶格传导是指在晶体中，离子通过晶格的排列传导电流。
晶体中的离子会沿着晶格的空隙或者缺陷迁移，从而形成电流。
晶格传导主要存在于固体电解质中，其中离子以晶格的形式存在。
除了溶剂辅助传导和晶格传导，还存在其他形式的离子传导机制，如固体／液体界面传导和离子通道传导等。
固体／液体界面传导是指在固体电解质的表面与电解质溶液的接触界面上，离子通过界面扩散传导。
离子通道传导是指离子通过特定的通道或孔隙传导电流，这种传导方式具有高选择性和高迁移率。
综上所述，电化学反应中离子迁移与传导机制是通过离子的扩散和传导实现的。
离子在电解质溶液中受到电场的作用，自发地迁移到电势梯度较低的区域，从而形成电流。
离子的迁移与传导速率与离子迁移率、电场强度、溶液粘度等因素相关。
离子通道的三大特征
离子通道的三大特征
1. 离子通道的特征：
(1) 双模性：离子通道包含有电荷正极和负极，它们之间的极化可以在原子和分子水平上产生相互作用。
(2) 选择性：离子通道是特定的，它们可以选择性地选择某些离子而不是其他离子。
(3) 调节性：离子通道可以调节物质或信号在细胞内传输。
2. 离子通道的功能：
(1) 调节离子浓度：离子通道可以控制离子浓度，从而保持细胞静息电位的稳定。
(2) 调节细胞活动：离子的流入流出通过离子通道可以控制细胞的电流，使其运动成果轮换。
(3) 传输信号：离子通道可以传递神经电流或其他信号从一个细胞传输到另一个细胞，促使细胞间通信。
(4) 激活反应：离子通道也能参与细胞代谢反应，如ATP，胞间调节物质或激素，从而促进周期性活动或信号传导。
3. 离子通道的构成：
(1) 结构构成：离子通道是由一系列特殊的氨基酸残基组成的蛋白链，这些氨基酸残基的组合和分布决定了离子通道的结构和功能。
(2) 活性构成：离子通道可以根据非电极变化开启和关闭，它们内
部装备有一个活性位来控制通道对离子所进行的选择和传输速率。
(3) 调节构成：离子通道可以被激活或抑制，它们的活性可以受到外界因素的影响，有利于细胞的代谢平衡。
if离子通道
if离子通道If离子通道引言：If离子通道（Inward rectifier potassium channel）是一类跨膜蛋白通道，它能够调节细胞膜上的离子通道活性，从而控制细胞内外离子的平衡。
它在神经系统、心脏肌肉和其他组织中起着重要的生理功能。
本文将从结构、功能和调控三个方面介绍If离子通道的特点和作用。
一、结构If离子通道是由多个亚单位组成的，每个亚单位都包含了六个跨膜螺旋结构。
这种特殊的结构使得通道能够在细胞膜上形成一个孔道，让离子能够通过。
If离子通道主要通透钾离子，因此也被称为“内向整流钾通道”。
它的特殊结构使得它具有特定的通道特性，如电压依赖性和选择性。
二、功能If离子通道的功能主要是调节细胞膜上的离子通道活性，从而控制细胞内外离子的平衡。
它在心脏肌肉细胞中起着重要的作用，调节心脏的节律和收缩。
当细胞膜电压低于阈值时，If离子通道会打开，允许钾离子从细胞外流入细胞内，从而使细胞内电位变得更负。
这种电流的变化会导致心脏肌肉细胞动作电位的形成和心脏收缩的产生。
除了在心脏肌肉中的重要作用外，If离子通道还在神经系统中发挥着重要的功能。
它参与了神经细胞的兴奋性调节和信号传导。
通过控制细胞膜上的离子通道活性，If离子通道能够调节神经细胞的兴奋性，从而影响神经信号的传导速度和强度。
三、调控If离子通道的活性受到多种因素的调控。
其中最重要的是细胞膜电压的变化。
当细胞膜电压低于阈值时，If离子通道会打开，允许离子通过。
当细胞膜电压高于阈值时，通道会关闭，离子不能通过。
这种电压依赖性使得If离子通道能够在特定的电压范围内起作用。
If离子通道的活性还受到药物的调节。
一些药物能够选择性地作用于If离子通道，改变其活性。
这些药物可以用于治疗心脏病和神经系统疾病。
通过调控If离子通道的活性，这些药物可以调节心脏的节律和收缩，或者影响神经信号的传导。
结论：If离子通道是一类重要的跨膜蛋白通道，它能够调节细胞膜上的离子通道活性，从而控制细胞内外离子的平衡。
离子通道电压依赖性研究
离子通道电压依赖性研究离子通道是存在于细胞膜上的蛋白质通道，通过控制离子在细胞内外之间的流动，调节神经传导、肌肉收缩、代谢调节等生命过程。
离子通道具有高度的选择性和特异性，可对不同种类的离子表现出强烈的选择性。
而离子通道的活动则受到细胞外环境（离子浓度、pH等）以及细胞内信号分子（内源性物质、药物等）的影响。
另外，离子通道的活动还受到细胞膜电位的影响，即所谓的电压依赖性。
离子通道的电压依赖性是指，在细胞膜上存在特定的电压梯度时，离子通道的活动状态会发生改变。
这可通过记录离子通道的电流、禁闭状态（closed）、打开状态（open）以及失活状态（inactivated）等参数来反映。
目前，大部分离子通道都被发现具有不同程度的电压依赖性。
通过研究离子通道电压依赖性，可以揭示离子通道的生理功能、分子结构和药物作用等方面的机制。
离子通道电压依赖性的实验方法为了研究离子通道电压依赖性，通常采用两种方法。
一种是电生理学方法，即利用电生理学技术记录离子通道的电流变化以及禁闭状态、打开状态和失活状态等，从而反映离子通道在不同电压下的活动状态和机制。
另外，也可以利用分子生物学技术，构建人工表达离子通道的细胞模型，通过扩散电位（patch clamp）等技术研究其电压依赖性。
不同类型离子通道的电压依赖性钠通道-Sodium channel钠通道是物质运输通道中最重要的类型之一，它们是神经肌肉各细胞的基础。
钠通道的电压依赖性是关键的，因为这决定了钠通道的开放和关闭。
不同的细胞具有不同的钠通道亚型，它们的电压依赖性也不同。
钾通道-Potassium channel钾通道的电压依赖性被广泛研究。
钾通道的电压依赖性和不同的细胞有关，它们可以在不同的细胞中表现出不同的工作方式。
在神经细胞中，不同类型的钾通道可以组成复杂的钾通道族群，以实现对膜电位的精细调节。
不同的钾通道亚型可以通过修改蛋白质的电荷、长度和交互结构等方式来调节其电压依赖性。
生物膜离子通道
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1111111111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。
三种离子通道的异同及其存在的部位
三种离子通道的异同及其存在的部位1. 引言离子通道是细胞膜上一类特殊的蛋白质通道，能够调控细胞内外离子的平衡，对维持细胞内稳态和正常功能发挥着重要作用。
在生物体中，存在着多种类型的离子通道，其中三种主要类型为钠离子通道、钾离子通道和钙离子通道。
本文将从结构、功能、调节机制以及存在的部位等方面对这三种离子通道进行详细介绍和比较。
2. 钠离子通道2.1 结构钠离子通道是一种膜蛋白复合物，由多个亚基组成。
其中主要的亚基有α亚基、β亚基和γ亚基。
α亚基是钠离子通道的主要组成部分，具有电压感应性和选择性。
β亚基参与调节钠离子通道的活性，而γ亚基则与信号转导途径相关。
2.2 功能钠离子通道在神经传导过程中起着关键作用。
当神经细胞兴奋时，钠离子通道打开，使细胞内外的钠离子发生扩散，产生电流，从而引起细胞膜的去极化。
这种去极化过程是神经冲动形成和传导的基础。
2.3 调节机制钠离子通道的活性可被多种因素调节，包括电压、细胞内钠离子浓度、温度等。
一些药物和毒素也能影响钠离子通道的功能。
2.4 存在部位钠离子通道广泛存在于神经组织中，特别是在神经元的轴突和突触区域。
在心肌细胞和其他肌肉组织中也有钠离子通道的存在。
3. 钾离子通道3.1 结构钾离子通道也是一种膜蛋白复合物，由多个亚基组成。
其中主要的亚基有α亚基、β亚基和γ亚基。
α亚基是钾离子通道的主要组成部分，具有选择性和电压感应性。
3.2 功能钾离子通道在维持静息膜电位和调节细胞兴奋性方面起着重要作用。
当细胞处于静息状态时，钾离子通道打开，使细胞内的钾离子发生扩散，从而维持细胞内外的电位差。
钾离子通道还参与调节动作电位的复极化过程。
3.3 调节机制钾离子通道的活性可被多种因素调节，包括电压、细胞内钠离子浓度、ATP等。
许多药物和激素也能影响钾离子通道的功能。
3.4 存在部位钾离子通道广泛存在于各种细胞中，包括神经元、心肌细胞、肌肉组织和其他非神经组织。
不同类型的钾离子通道在不同组织和器官中表达量和分布方式有所差异。
离子通道与受体主讲
P2Y受体分子结构及特性： P2Y受体由308－377个氨基酸组成的蛋 白质。 与其它G蛋白耦联受体一样具有7个跨膜 结构域。有较长的胞外N末端，和胞内 C末端。
P2Y受体 胞内转导机制： 大多数P2Y受体经G蛋白耦联，激活PLC， 导致IP3形成和胞内Ca2+动员。少数 P2Y受体经G蛋白耦联，激活AC。
1、膜受体 水溶性物质与膜受体结合 （1）环状受体 即配体门控离子通道 神经递质 （2）七个跨膜α螺旋受体 蛇型受体 其胞浆面第三个环能与鸟苷酸结合 蛋白相偶联
鸟苷酸结合蛋白（简称G蛋白）是一类和 GDP或GTP结合、位于细胞膜胞浆面的 外周蛋白 由三个亚基组成α、β、γ 两种构象 活化型(GDP)、非活化型(GTP) 效应酶 腺苷酸环化酶（AC） 磷脂酶C（PLC）
2、膜片钳构型(configuration) 膜片钳是一种能测定单离子通道（single ion channels）电生理新研究技术 （1）细胞贴附式(cell attached mode)： 这种构型适用于在完整的细胞膜上 ( 全细 胞)测定单通道电流，用于研究某些特殊 物质，如神经递质(加入到细胞浸溶液中)， 引起通道的改变(调制或调节作用)。
（二）胞内受体 胞内受体多为反式作用因子 类固醇激素、甲状腺素、维甲酸 1. 结构：高度可变区 N端 转录激活 作用 2. DNA结合区 富含半胱氨酸 3. 激素结合区 C端 配体结合区 激活转录
(三)受体作用的特点 1. 结构高度专一性 2. 高度亲和力 3. 可饱和性 4. 可逆性 5. 特定的作用模式 6. 具有放大效应
（4）膜内向外膜片钳 (inside-out patch clamp)： 这是膜片与细胞脱离，研究单通道的第二种 模式。通常用于特定细胞研究第二信使参与 通道活性的调制作用，将所要研究的物质加 入浸浴液，直接作用于细胞浆膜的内侧面。
生物膜离子通道
研究方法
离子通道结构和功能的研究需综合应用各种技术，包括：电压和电流钳位技术、单通道电流记录技术、通道 蛋白分离、纯化等生化技术、人工膜离子通道重建技术、通道药物学、基因重组技术及一些物理和化学技术。
电压钳位技术
一般而言，膜对某种离子通透性的变化是膜电位和时间的函数。通过玻璃微电极与细胞膜之间形成紧密封接， 利用电子学技术施加一跨膜电压并把膜电位固定于某一数值，可以测定该膜电位条件下离子电流随时间变化的动 态过程。利用药物或改变细胞内外的溶液成分，使其他离子通道失效，即可测定被研究的某种离子通道的功能性 参量，分析离子电流的稳态和动力学与膜电位、离子浓度等之间的关系，可推断该种通道的电导、活化和失活速 率、离子选择性等，并能测量和分析通道的门控电流的特性。
通道简介
生物膜离子通道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。
钠通道
从电鳗电板分离的钠通道蛋白质分子量是208321，是由1820个氨基酸组成的多肽序列，可分为4个相似的区 段，每个区段中分别有较集中的正电性和负电性的氨基酸序列节段。多种钠通道构象模型的共同特征是：由多个 α螺旋跨膜排列组成通道，通道内侧应富含极性的氨基酸残基侧链，每个通道的控制部分由离子选择性滤器、活 化闸门和失活闸门3部分组成，其实体是氨基酸侧链的极性基团。膜电位变化时，电场诱导极性基团运动，使通道 局部构象发生变化，导致通道的开放、失活或关闭，并产生门控电流。
最新研究
离子通道和转运蛋白非各自为战
IBS与离子通道
离子通道
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离子通道的生理功能
1.形成细胞生物电现象(静息电位、动作电 位等)
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2.介导兴奋-收缩耦联和兴奋-分泌耦联 肌肉及腺体等可兴奋细胞 细胞膜去极化---兴奋
兴奋-收缩耦联和兴奋-分泌耦联 肌肉收缩或腺体分泌
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钙离子通道的开放，Ca2+ 内流是耦联的 关键环节
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3.参与细胞跨膜信号传导过程 神经-肌肉接头的信号转导： 递质释放(电压门控钙通道) 递质作用(乙酰胆碱化学门控性通道) 中枢神经系统的突触传递过程： 电压门控钙通道、钾通道 配体门控离子通道
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曲美布汀对L型钙通道电流（pA）的影响
曲美布汀(μmol.L-1) 钳制电位-40mV 钳制电位-60mV 钳制电位-80mV 0 11.90 59.48 118.96 －27.74±7.98 －23.70±2.66 －21.05±2.20 －17.10±5.79 －43.07±7.71 －38.70±3.45 －32.60±3.89 －26.97±5.48 －66.91±11.05 －57.24±2.01 －51.90±5.45 －46.83±9.87
曲美布汀对L型钙通道电流有抑制作用
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对照组
118.96umol.L–1曲美布汀
59.48umol.L–1曲美布汀
11.90umol.L–1 曲美布汀
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对照组
Bay K8644
L型钙通道激动剂Bay K8644能增强 钙电流，曲美布汀对激动剂作用后 的钙电流有抑制作用
曲美布汀
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钙激活钾通道激动剂NS1619可以增大电流， 由于钙激活钾通道在维持细胞静息电位中 有重要作用，当电流增大时，这种平衡被 打破，使细胞处于超极化状态。而曲美布 汀对这种增大的电流有抑制作用，并呈浓 度依赖性