离子通道与受体课件.ppt
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1、关于离子通道与受体现在学习的是第1页,共57页 离子通道离子通道现在学习的是第2页,共57页 电压门控性通道电压门控性通道 离子通道离子通道 包括包括 化学门控性通道化学门控性通道 机械门控性通道机械门控性通道 在活细胞中,离子通道可将不同刺激的能在活细胞中,离子通道可将不同刺激的能量转换成电信号,每个可兴奋细胞膜中都有量转换成电信号,每个可兴奋细胞膜中都有很多离子通道。很多离子通道。一、为什么离子不能通过脂质双分子层而必一、为什么离子不能通过脂质双分子层而必须通过离子通道?须通过离子通道?水分子是双极性分子,氧原子吸引电子带水分子是双极性分子,氧原子吸引电子带负电荷,氢原子趋向失去电子带正电
2、荷。负电荷,氢原子趋向失去电子带正电荷。现在学习的是第3页,共57页 水溶液是一种极性环境,阳离子吸水溶液是一种极性环境,阳离子吸引在氧原子上,阴离子吸引在氢原子引在氧原子上,阴离子吸引在氢原子上。离子与水相互吸引,离子被带静上。离子与水相互吸引,离子被带静电的水包绕着,被水包绕着的离子与电的水包绕着,被水包绕着的离子与细胞膜中的疏水区是不相溶的补可能细胞膜中的疏水区是不相溶的补可能从膜中自由通过。从膜中自由通过。现在学习的是第4页,共57页 二、离子通道的现代研究方法:二、离子通道的现代研究方法:结构和功能的研究结构和功能的研究(一)功能研究:(一)功能研究:膜片钳膜片钳patch clam
3、p技术应用技术应用 膜片钳技术膜片钳技术是研究单通道功能的重要方法。是研究单通道功能的重要方法。20世纪世纪70年代年代(1976年)德国的科学年)德国的科学家家 Bert Sakmann 在电压钳技术的在电压钳技术的基础上,发明了膜片钳技术,基础上,发明了膜片钳技术,80年代年代得得到进一步改进和完善。到进一步改进和完善。现在学习的是第5页,共57页 1、膜片钳技术要点:膜片钳技术要点:对被测细胞进行预处理对被测细胞进行预处理(酶消化)保持膜清(酶消化)保持膜清洁。洁。用直径用直径0.53微米尖端抛光的玻璃微电极与微米尖端抛光的玻璃微电极与被测细胞接触。被测细胞接触。封接封接 使微电极与一小
4、片细胞膜接触通过电极使微电极与一小片细胞膜接触通过电极内负压吸引而封接封接电阻可达几亿兆欧,与内负压吸引而封接封接电阻可达几亿兆欧,与细胞的其它部分在电学上完全隔离开来,用微细胞的其它部分在电学上完全隔离开来,用微电极记录到的膜电流只与这一小片膜通道分子电极记录到的膜电流只与这一小片膜通道分子功能有关。功能有关。人为钳制膜电位人为钳制膜电位可定量分析通道性质和功能。可定量分析通道性质和功能。举例:举例:现在学习的是第6页,共57页2、膜片钳构型、膜片钳构型(configuration)膜片钳是一种能测定单离子通道(膜片钳是一种能测定单离子通道(single ion channels)电生理新研
5、究技术电生理新研究技术(1)细胞贴附式)细胞贴附式(cell attached mode):这这种种构构型型适适用用于于在在完完整整的的细细胞胞膜膜上上(全全细细胞胞)测测定定单单通通道道电电流流,用用于于研研究究某某些些特特殊殊物物质质,如如神神经经递递质质(加加入入到到细细胞胞浸浸溶溶液液中中),引起通道的改变,引起通道的改变(调制或调节作用调制或调节作用)。现在学习的是第7页,共57页(2)全细胞膜片钳或称穿孔膜片钳全细胞膜片钳或称穿孔膜片钳(perforated patch whole cell mode):这种构型是将玻璃微电极下的膜吸穿这种构型是将玻璃微电极下的膜吸穿(负负压压),
6、通过电极记录的电流是整个细胞,通过电极记录的电流是整个细胞每个通道电流的总和。因此,全细胞每个通道电流的总和。因此,全细胞膜片钳测定的电流为大电流膜片钳测定的电流为大电流(macroscopic current)(全细胞电流全细胞电流)。现在学习的是第8页,共57页(3)膜外向外膜片钳膜外向外膜片钳(outside-out patch clamp):这是微电极下膜片与细胞脱离,但膜片这是微电极下膜片与细胞脱离,但膜片与微电极尖顶仍保持高电阻封接的,研与微电极尖顶仍保持高电阻封接的,研究单通道电流的两种膜片钳中的一种。究单通道电流的两种膜片钳中的一种。这种膜片钳适用于研究配体,如神经递这种膜片钳
7、适用于研究配体,如神经递质、激素或通过膜外作用的药物对通道质、激素或通过膜外作用的药物对通道产生影响。配体必须加入浸浴液中,其产生影响。配体必须加入浸浴液中,其原因是浸浴液比微电极中的溶液更易于原因是浸浴液比微电极中的溶液更易于更换。这一种膜型适用于一些较为复杂更换。这一种膜型适用于一些较为复杂的实验研究,如剂量一效应关系等。的实验研究,如剂量一效应关系等。现在学习的是第9页,共57页 (4)膜内向外膜片钳膜内向外膜片钳 (inside-out patch clamp):这这是是膜膜片片与与细细胞胞脱脱离离,研研究究单单通通道道的的第第二二种种模模式式。通通常常用用于于特特定定细细胞胞研研究究
8、第第二二信信使使参参与与通通道道活活性性的的调调制制作作用用,将将所所要要研研究究的的物物质质加加入浸浴液,直接作用于细胞浆膜的内侧面。入浸浴液,直接作用于细胞浆膜的内侧面。现在学习的是第10页,共57页现在学习的是第11页,共57页 (二)结构研究分子生物学方法(二)结构研究分子生物学方法 生生物物膜膜上上的的离离子子通通道道是是什什么么样样子子?怎怎样样跨跨越越膜膜?通通道道开开或或关关结结构构发发生生了了什什么么变变化化?药药物物和和递递质质与与通通道道什什么么部部位位结结合合?这这是是结结构构研研究究的的主要内容。主要内容。离离子子通通道道是是较较大大的的糖糖蛋蛋白白分分子子(分分子子
9、量量2.525万万)。所所有有通通道道都都跨跨过过整整个个膜膜的的厚厚度度。有有四四级级结结构构。二二级级结结构构主主要要是是指指螺螺旋旋、折叠和折叠和转角等。转角等。现在学习的是第12页,共57页(1)结构的测定:结构的测定:通道的一级结构可用通道的一级结构可用Edman降解法和重组降解法和重组DNA方法分析方法分析测定;利用计算机可从一级结构预期二级结构;测定;利用计算机可从一级结构预期二级结构;x线晶体衍线晶体衍射图象可确定三级结构。射图象可确定三级结构。(2)结构的检验)结构的检验:免疫组化法:免疫组化法:因为抗体可选择性结合于通道分子中相应因为抗体可选择性结合于通道分子中相应的肽,从
10、抗体结合发生的部位可确定通道的特异区域在的肽,从抗体结合发生的部位可确定通道的特异区域在膜的内表面或外表面。膜的内表面或外表面。基因工程法:基因工程法:根据不同种族的同一通道基因产生想象中的通根据不同种族的同一通道基因产生想象中的通道再与最初的通道进行比较分析通道不同部分的功能。道再与最初的通道进行比较分析通道不同部分的功能。(3)制造离体定点突变制造离体定点突变(site-directed mutagenesis)现在学习的是第13页,共57页三、通道状态及开闭的控制因素三、通道状态及开闭的控制因素(一)(一)通道的状态:通道的状态:备用、激活、失活备用、激活、失活 备用备用 激活激活 失活
11、失活现在学习的是第14页,共57页(二)控制通道开闭的因素有:(二)控制通道开闭的因素有:1、门控机制、门控机制 (1)电电压压门门控控通通道道结结构构中中有有一一个个特特定定的的电电荷荷区区当当跨跨膜膜电电位位改改变变时时,电电荷荷区区受受电电场场影影响响而而移位,从而导致通道构象改变。引起开闭。移位,从而导致通道构象改变。引起开闭。(2)化化学学(配配基基)门门控控 特特定定的的化化学学物物质质与与通通道受体结合导致通道开闭。道受体结合导致通道开闭。(3)机械门控机械门控 当细胞收到牵拉时通道蛋白勾象改变。当细胞收到牵拉时通道蛋白勾象改变。现在学习的是第15页,共57页2、失活机制、失活机
12、制电电压压门门控控通通道道和和化化学学门门控控通通道道都都有有不不应期。应期。处处于于不不应应期期则则为为失失活活状状态态。备备用用状状态态和失活状态通道的构象是不同的。和失活状态通道的构象是不同的。3、通道开闭的速度、通道开闭的速度 小于小于10 s现在学习的是第16页,共57页四、离子通道的特性四、离子通道的特性1、无论是电压门控通道还是配基门控通道、无论是电压门控通道还是配基门控通道 其其“开放开放”和和“关闭关闭”都是突然发生的。都是突然发生的。2、通道只有、通道只有“开开”和和“关关”两种状态很少有两种状态很少有 “半开半开”或部分或部分“开开”的情况。的情况。3、离子通过通道都是被
13、动的,不消耗能量。、离子通过通道都是被动的,不消耗能量。4、通过通道的离子流有饱和性。、通过通道的离子流有饱和性。5、通道可被某些物质阻断。、通道可被某些物质阻断。6、离子通道有电荷选择性(特异性)。、离子通道有电荷选择性(特异性)。现在学习的是第17页,共57页五、电压门控通道五、电压门控通道(1)Na+通道通道 由由一一个个亚亚单单位位和和2个个亚亚单单位位构构成成。亚亚单单位位是是一一个个跨跨膜膜多多肽肽,可可与与河河豚豚毒毒结结合合,从从而而阻阻断断Na+通通道道。2个个亚亚单单位位附附在在亚亚单单位位上上。Na+通通道道有有、型型,在在CNS中多为中多为型。型。Na+通通道道有有备备
14、用用、激激活活和和失失活活三三种种状状态态。有髓纤维有髓纤维Na+通道主要密集在郎飞氏结处通道主要密集在郎飞氏结处现在学习的是第18页,共57页(2)K通道通道 有电压依赖性有电压依赖性K通道通道如延迟外向整流如延迟外向整流K通道(与通道(与AP 复极有关)内向整流复极有关)内向整流K通道通道Ca2激活激活K通道、通道、受体耦联受体耦联K通道、通道、其它其它K通道(如通道(如ATP敏感敏感K通道)通道)Na激活激活K通道通道细胞容积敏感细胞容积敏感K通道(细胞肿胀时开放)通道(细胞肿胀时开放)现在学习的是第19页,共57页(3)Ca2通道通道电压依赖性电压依赖性Ca2通道通道有有L-型、型、T
15、-型、型、N-型、型、P-型型。受体活化受体活化Ca2通道通道第二信使活化第二信使活化Ca2通道通道机械活化机械活化Ca2通道通道静息活化静息活化Ca2通道通道 现在学习的是第20页,共57页(4)电压依赖性钙通道的分子生物学电压依赖性钙通道的分子生物学在在各各种种钙钙通通道道中中,对对L-型型通通道道的的分分子子结结构构研研究究较较深深入入。利利用用与与双双氢氢吡吡啶啶类类化化合合物物(DHP)特特异异性性结结合合的的特特性性,将将通通道道蛋蛋白白纯纯化化、克克隆隆,进进行行分分子子结结构构分分析,初步弄清了析,初步弄清了L-型钙通道的结构。型钙通道的结构。现在学习的是第21页,共57页 L
16、-型钙通道是由型钙通道是由3种蛋白质亚单位(种蛋白质亚单位(、)构成的高分子糖蛋白复合体。清除双硫构成的高分子糖蛋白复合体。清除双硫键后,键后,亚单位可分为亚单位可分为1和和2。除了除了、亚单位外,还有亚单位外,还有亚单位附着于亚单位附着于2上。上。1亚单位含有亚单位含有1873个氨基酸,分子量为个氨基酸,分子量为170 KD;2有有1106个氨基酸,分子量为个氨基酸,分子量为150 KD。与与分别有分别有524和和222个氨基酸,分个氨基酸,分子量分别为子量分别为55 KD和和32 KD,亚单位为非亚单位为非糖多肽,糖多肽,亚单位为亚单位为18.4 KD的糖多肽,氨的糖多肽,氨基酸数目不明。
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