备课素材：机械敏感性离子通道的生理功能.docx

机械敏感性离子通道的生理功能据诺贝尔奖官网消息，北京时间4日下午，2021年诺贝尔生理学或医学奖率先揭晓，美国科学家大卫朱利叶斯(David Julius)和阿登帕塔普蒂安(Ardem Patapoutian)因在“发现温度和触觉感受器”方面的贡献获奖。今年诺贝尔生理或医学奖获得者对TRPV1、TRPM8和Piezo通道的开创性发现使我们理解了热、冷和触觉是如何启动了神经冲动，使我们能够感知和适应我们周围的世界。TRP通道使我们能够感知温度，Piezo2通道使我们能够感知触觉和动觉，而且TRP 和 Piezo 通道还有助于许多其他生理功能的发挥。这一研究发现正被用于开发各种疾病的治疗方法，包括慢性疼痛的治疗。那么，机械敏感性离子通道有哪些生理功能？。本体感觉是如何产生的？试题解析试题：（2020年山东高考题）听毛细胞是内耳中的一种顶端具有纤毛的感觉神经细胞。声音传递到内耳中引起听毛细胞的纤毛发生偏转，使位于纤毛膜上的K+通道打开，K+内流而产生兴奋。兴奋通过听毛细胞底部传递到听觉神经细胞，最终到达大脑皮层产生听觉。下列说法错误的是（ ）A静息状态时纤毛膜外的K+浓度低于膜内B纤毛膜上的K+内流过程不消耗ATPC兴奋在听毛细胞上以电信号的形式传导D听觉的产生过程不属于反射解析：根据题意，静息状态时纤毛膜外的K+浓度高于膜内，A错误；纤毛膜上的K+内流过程通过通道蛋白，不消耗ATP，B正确；兴奋在听毛细胞上以电信号的形式传导，C正确；听觉的产生过程，没有完整的反射弧，不属于反射，D正确。故答案为A。今年的诺贝尔生理奖可以了解更多的离子通道蛋白，纤毛膜上的离子通道和高中生物教材中的离子通道不同（当时许多学生在解题时想当然的认为K+外流不消耗ATP），它是机械刺激引起的敏感性离子通道，试题中的已知是位于纤毛膜上的K+通道打开，K+内流而产生兴奋。触觉感知机械力受体1.2021年诺贝尔生理学或医学奖简介帕塔普蒂安与朱利叶斯几乎同时在研究触觉受体的问题。帕塔普蒂安在发现了凉爽（薄荷素）、芥末油以及温热的受体后，决定对更具挑战性的机械力受体的寻找发起冲击。机械力的研究极其困难，一是需要找到合适的刺激方式，二是很难记录产生的电流。帕塔普蒂安课题组的博后Bertrand Coste寻找到一种可在实验室培养皿中生长的胶质瘤细胞系的细胞，这些细胞通过产生电信号来响应轻触带来的压力变化。然后从人类的2万多个编码基因中精心挑选出300多个在该种细胞中高表达的候选基因，然后培养逐一缺少（敲低）这些基因的细胞。接着对样本们进行逐一测试，寻找缺失时会导致细胞失去感应电流的基因。经过三年多的不懈努力，最终确定清单上的72号候选基因确定具此功能。他们把这个基因取名为PIEZO，在希腊语里是压力的意思。同时期在帕塔普蒂安课题组从事博士后研究的肖百龙博士见证了这一激动人心的发现过程，并在后续的研究中证明了PIEZO蛋白形成一类全新的压力敏感离子通道。Piezo1和Piezo2离子通道帕塔普蒂安很快确认了PIEZOs为哺乳动物体内压力感应的必需基因。他的研究表明，PIEZOs可形成离子通道，它们直接负责皮肤内默克尔细胞（Merkel cells）和触觉终端，以及本体感受器（感觉神经末梢位于肌肉内的感受器，可以感受身体在空间的位置、姿势和运动并做出反应）的压力感测。PIEZOs 还能通过分布在血管和肺部的神经末梢感知压力，并影响红细胞体积、血管生理，引发多种人类遗传疾病。PIEZOs的发现打开了力学生物学的大门，这是一个与生物学、工程学和物理学交叉的新兴科学领域，侧重于研究细胞和组织的物理作用力和力学特性的变化如何对健康和疾病造成影响。2.机械敏感性离子通道机械敏感阳离子通道是一类能够响应机械力刺激而引起阳离子通透的新型离子通道，研究表明，可能是非选择性离子通道蛋白，有别于传统的电压敏感，以及配体门控类型的离子通道，它感受细胞形变等方式导致的膜张力的变化，引起细胞内外离子的跨膜运输，能感受机械刺激并将其转化为电信号，在诸如触觉感受、本体感受、听觉感受、血管发育与血压调节等基本生命活动中承担重要作用。2010年前，Piezo基因家族(包括Piezo1和Piezo2) 被发现编码哺乳动物机械敏感阳离子通道的必要分子组成。Piezo蛋白是一类复杂的跨膜蛋白，每个亚基包含2500多个氨基酸，预测跨膜30-40次。3.以本体感觉为例本体感受器指的是位于肌肉、肌腱、关节囊和韧带等运动器官处的感觉神经末梢等装置。本体感受器能够感受肌肉张力和压力的变化，感受关节伸展程度，并将这些感受变化的刺激信号转化为神经冲动传入大脑皮质躯体运动中枢，以调节骨骼肌的运动，使人感受到身体在空间的位置、姿势、运动的变化等。本体感受器受到机械刺激时，感受器细胞膜的某些阳离子通道通透性增加，造成膜电位去极化，产生感受电位或发生器电位。这两种电位会经传入神经，产生神经冲动并上传，这个过程中主要以电紧张扩布的形式传导。例如，机械牵拉会使肌梭感觉末梢的Ca2+通道开放时，Ca2+内流产生去极化感受器电位，然后它以电紧张扩布的形式作用于感觉纤维，激活Ca2+通道开放，引起Ca2+内流增加，产生肌梭电位，进一步激活Na+通道，产生传入神经纤维上的神经活动。