钾离子通道优秀课件.ppt

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1、钾离子通道第1页，本讲稿共16页钾离子通道的发现n钾离子通道的分子生物学研究起始于ShakerK+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ShakerK+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ShakerK+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。第2页，本讲稿共16页钾离子通道的含义钾离子通道的含义n离子通道是大分子膜蛋白在细胞膜上

2、围成的含有水分子的孔道。n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。n钾离子通道是第一个人们用肉眼观察到晶体结构的离子通道，也是分布最广、类型最多的一类通道，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。第3页，本讲稿共16页离子通道的一般特征离子通道的一般特征n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。第4页，本讲稿共16页钾离子通道的分类n纵观钾离子通道的发展史，有不同的分类方法.

3、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。n在哺乳动物中钾离子通道共分为两大家族n：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。第5页，本讲稿共16页电压门控K+道n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。第6页，本讲稿共16页电压门控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

4、为三类：n1、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。n2、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。n3、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Juketcell中主要是SKCa2，SKCa3主要存在于B淋巴细胞和小鼠胸腺细胞中。第7页，本讲稿共16页电压依赖性钾电压依赖性钾通道通道n延迟

5、整流钾通道（延迟整流钾通道（KV）:KV1 KV9，外向电流，外向电流,膜复极化膜复极化n 慢激活整流钾通道慢激活整流钾通道(Ik s)n 快激活整流钾通道快激活整流钾通道(Ik r)n n 起搏电流起搏电流(Ii)n Adr Achn n 心率心率 第8页，本讲稿共16页内向整流K+通道n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。第9页，本讲稿共16页内向整流钾通道内向整流钾通道n1）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）n（2）KATP 通道：通道：心肌缺血、缺氧、心肌缺血、缺氧、

6、ATP减少减少时开放时开放n K+外流外流 APD缩短缩短 心肌收缩性心肌收缩性 耗氧耗氧保护心肌；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-开放开放C超极化超极化Ca2+内流内流血管扩张血管扩张第10页，本讲稿共16页钙依赖性钾通道钙依赖性钾通道(Kca)n高电导激活的高电导激活的BK开放开放 K+n 外外 流流 膜复极化和超极化膜复极化和超极化 血管扩张血管扩张;膜去极化和膜去极化和Ca2+内流内流血管收缩血管收缩第11页，本讲稿共16页选择性离子传导n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

7、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个相同的亚基以对称的方式围成的离子传导通路。第12页，本讲稿共16页n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

8、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

9、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。第13页，本讲稿共16页电压门控钾离子通道的门控机制n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(closed-stateinactivation)，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

10、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。第14页，本讲稿共16页膜电位感受器n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。第15页，本讲稿共16页谢谢！第16页，本讲稿共16页