离子通道电流 PPT课件.ppt
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1、第四章 离子通道电流一、离子通道电流分类一、离子通道电流分类(一)携带内向电流的通道(一)携带内向电流的通道 1.钠钠通通道道电电流流:心心脏脏已已发发现现两两种种,一一是是存存在在于于心心房房肌肌、心心室室肌肌细细胞胞和和希希浦浦系系统统的的电电压压依依赖赖性性钠钠通通道道;另另外外一一种种是是存存在在于于窦窦房房结结和和房房室室结结中中的的非非电电压压依依赖赖性性通通道道(INa-B),它它所所携携带带的的背背景景内向电流具有起搏作用。内向电流具有起搏作用。2.钙钙通通道道电电流流:主主要要有有两两种种,一一是是ICa-L;另另外外一一种种是是ICa-T。3.其其它它内内向向电电流流:If
2、 是是由由Na+携携带带的的内内向向电电流流,属属于于起起搏搏电电流之一。流之一。(二)携带外向电流的通道(二)携带外向电流的通道 IK1 :内向整流钾电流:内向整流钾电流 IK :延迟整流钾电流:延迟整流钾电流(IKur,IKr,IKs)Ito :瞬时外向钾电流:瞬时外向钾电流 IKAch:乙酰胆碱敏感钾电流:乙酰胆碱敏感钾电流 IKATP :ATP敏感钾电流敏感钾电流 IKCa:钙激活钾通道电流:钙激活钾通道电流(三)(三)其它电流其它电流 ICl :氯氯离离子子电电流流,外外流流产产生生一一种种内内向向电电流流,在起搏细胞的自动除极化中起一定的作用;在起搏细胞的自动除极化中起一定的作用;
3、I Na/Kpump(I pump):钠钠钾钾泵泵电电流流,每每次次运运转转时时泵泵出出3个个Na+换换进进2个个K+,因因而而产产生生一一种种微微小小的外向电流,称泵流。的外向电流,称泵流。二、钠通道电流二、钠通道电流 INa 是是神神经经和和肌肌肉肉,包包括括心心肌肌,兴兴奋奋或或去去极极化化的的第第一一个个离离子子流流。在在心心肌肌细细胞胞,去去极极化化过过程程中中有有无无INa参参与与是是产产生生快快反反应应电电位位与与慢慢反反应应电电位位的的根根本本原原因因。所所以以,它它的的变变化化对对兴兴奋奋的的发发生生及及传播均有重要意义。传播均有重要意义。1.钠通道的全细胞记录钠通道的全细胞
4、记录人体心房肌细胞INa电流图及电流-电压曲线(I-V)2.2.钠通道电流的单通道记录钠通道电流的单通道记录 当当用用细细胞胞贴贴附附式式钳钳制制时时,在在心心肌肌细细胞胞膜膜上上可可记记录录到到在在不不同同去去极极化化电电压压下下的的钠钠单单通通道道电电流流。与与全全细细胞胞离离子子流流不不同同,通通道道电电流流在在某某一一电电压压下下,只只表表现现为为一一定定大大小小的的电电流流出出现现与与消消失失,即即单单个个通通道道的的开开放放与与关关闭闭。单单通通道道电电导导与与电电压压呈呈线线性性相相关关,与与全全细细胞胞钳钳制制及及多多细细胞胞标标本本上上电压钳制所得的结果一致电压钳制所得的结果
5、一致。Vm(mV)g/gmax3.钠通道的激活与失活曲线钠通道的激活与失活曲线(1)激活曲线激活曲线 通通常常用用激激活活曲曲线线表表示示,反反映映通通道道开开启启的的难难易易程程度度。g/gmax=1/1+exp(Vm-V1/2)/K ,gNa=INa/(E-ENa),E为为去极化钳制电位,去极化钳制电位,ENa为钠通道的平衡电位。为钠通道的平衡电位。(2)失活曲线失活曲线 失失活活曲曲线线的的测测定定,可可通通过过改改变变K K+浓浓度度,以以改改变变膜膜的的静静息息电电位位,在在不不同同静静息息电电位位水水平平进进行行刺刺激激,以以测测定定在在动动作作电电位位发发生生过过程程中中,最最大
6、大去去极极化化速速率率的的值值。若若以以所所得得到到的的最最大大值值为为1 1时时,其其它它数数值值按按最最大大值值的的百百分分数数来来表表示示,并并以以之之为为纵纵坐坐标标,相相应应的的电电位位为为横横坐坐标标作作图图,即即得得出出的的I INaNa失失活活曲曲线线,采采用用BoltzmannBoltzmann方方程程对对失失活活曲曲线线进进行行拟拟合合I/Imax I/Imax=1=1/1 1+exp+exp-(V-V-(V-V1/21/2)/k)/k。2nA20ms-50mVVh=-90mV(3 3)钠钠通通道道失失活活后后的的恢恢复复 将将后后一一脉脉冲冲刺刺激激所所得得电电流流(P2
7、)与与前前一一脉脉冲冲刺刺激激所所得得者者(P1)之之比比值值对对应应时时间间间间隔隔作作图图,采采用用单单指指数数方方程程Y=A+Bexp(-X/)拟拟合合 Y=P2峰峰电电流流与与P1峰电流的比值;峰电流的比值;X=P1P2的间隔时间;的间隔时间;(tau)=恢复时间常数恢复时间常数(4 4)通道闸门)通道闸门 快快Na+电电流流是是Na+通通过过通通道道时时的的离离子子电电流流。故故其其动动力力学学取取决决于于Na+通通道道的的开开放放状状态态。根根据据Hodgkxin-Huxley的的闸闸门门学学说说来来解解释释INa的的激激活活与与失失活活过过程程。设设想想,Na+通通道道有有两两组
8、组带带电电粒粒子子起着门控作用。起着门控作用。一个是激活粒子(闸门),又称m门、A闸门 ,另一个是失活粒子(闸门),又称h门、I闸门5.钠通道的电流特点钠通道的电流特点(1)特点)特点 膜去极化达阈电位(约膜去极化达阈电位(约70mV)时此电流出现;)时此电流出现;膜去极化达膜去极化达Na+平衡电位时消失(约平衡电位时消失(约30mV););具具有有时时间间依依赖赖性性(1ms),即即使使膜膜电电位位维维持持在在Na+通通道道开开放放所所需需的的电电位位水水平平,Na+电电流流亦亦可可作作为为时时间间的的函数而消失;函数而消失;在在膜膜完完全全去去极极阶阶跃跃(full depolaring
9、step)之之前前将将膜膜维维持持在在一一低低电电压压状状态态,则则Na+电电流流失失活活,此此时时再再经经一一去去极极化电流也不能激活化电流也不能激活Na+电流。电流。(2)心肌细胞钠电流的类型)心肌细胞钠电流的类型 近近年年来来发发现现除除了了上上述述主主要要INa以以外外,还还有有两两种种较较小小的的INa,其其特特点点与与主主要要INa不不同同。Carmeliet在在兔兔蒲蒲氏氏纤纤维维上上发发现现,INa除除了了快快速速失失活活的的主主要要成成分分外外,还还有有失失活活很很慢慢的的成成分分。Saint等等人人在在大大鼠鼠单单个个心心室室肌肌细细胞胞上,记录到对上,记录到对TTX敏感的
10、慢失活敏感的慢失活INa。最最近近在在大大鼠鼠心心室室肌肌细细胞胞上上,发发现现另另一一种种钠钠离离子子流流,它它与与Ca 2+共共同同通通过过一一种种钠钠通通道道。TTX可可抑抑制制这这种种通通道道活活动动,不不论论它它是是由由Na+还还是是Ca2+介介导导的的离离子子流流。这这种离子流称为种离子流称为I Ca(TTX)。(3 3)钠电流的亚状态)钠电流的亚状态 近近年年来来的的工工作作发发现现,INa还还可可以以出出现现一一种种亚亚状状态态(substate)。它它表表现现为为在在通通道道开开放放后后,不不回回到到完完全全关关闭闭状状态态,而而在在一一种种新新的的“关关闭闭”状状态态下下重
11、重新开放。新开放。INa的的单单通通道道电电导导为为21pS,而而亚亚状状态态的的电电导导为为3.1pS。目前对亚状态的意义尚不清楚。目前对亚状态的意义尚不清楚。6.6.毒素与药物对钠电流的影响毒素与药物对钠电流的影响钠通道上毒素受体的位点位点毒素效应1河豚毒河豚毒(Tetrodotoxin,TTX)河蚌毒素河蚌毒素(Saxitoxin,STX)食鱼螺毒素食鱼螺毒素(-Concotoxin)抑制离子电导抑制离子电导2藜芦定藜芦定(Veratridine)蟾毒素蟾毒素(Batrachotoxin,BTX)乌头碱乌头碱(Aconitine)木木藜芦藜芦毒素毒素(Grayanotoxin,GTX)持
12、续激活持续激活3-蝎毒素蝎毒素(-Scorpin toxins)Sea anemone toxins抑制失活,促进持续激活抑制失活,促进持续激活4-蝎毒素蝎毒素(-Scorpin toxins)改变激活的电压依赖性改变激活的电压依赖性5短裸甲藻毒素(短裸甲藻毒素(Brevetoxins)西加血毒素(西加血毒素(Ciguatoxins)反复发放,改变激活的电压依赖性反复发放,改变激活的电压依赖性 钠钠通通道道蛋蛋白白的的提提纯纯,就就是是利利用用它它与与毒毒素素选选择择性性的的结结合合而而进进行行的的。TTX和和STX为为含含胍胍基基的的水水溶溶性性毒毒素素。作作用用的的受受体体部部位位在在通通
13、道道外外侧侧口口。心心肌肌对对其其敏敏感感性性低低。心心肌肌细细胞胞的的钠钠通通道道,由由于于对对其其敏敏感感性性不不同同,分分为为快快钠通道与慢钠通道。钠通道与慢钠通道。快快钠钠通通道道激激活活所所需需电电压压绝绝对对值值高高,失失活活速速度度 快快,引引起起0期去极,对期去极,对高浓度高浓度TTX、奎尼丁、利多卡因敏感。、奎尼丁、利多卡因敏感。慢慢钠钠通通道道激激活活所所需需电电压压绝绝对对值值低低,失失活活速速度度慢慢,参参与与2期平台,对期平台,对低浓度低浓度TTX、奎尼丁、利多卡因敏感。、奎尼丁、利多卡因敏感。豚鼠心室肌细胞I Ca 三三 钙通道电流钙通道电流 豚鼠心室肌细胞I Ca
14、(1)它触发胞内钙储藏释放,从而促进兴奋收缩偶联;)它触发胞内钙储藏释放,从而促进兴奋收缩偶联;(2)它它是是维维持持心心肌肌细细胞胞动动作作电电位位有有个个较较长长平平台台的的主主要要内内向向电流;电流;(3)由由于于它它维维持持较较长长时时的的去去极极化化电电位位水水平平,从从而而为为其其它它电电流的活动提供适合的电位条件;流的活动提供适合的电位条件;(4)为心肌细胞动作电位有较长有效不应期提供电位条件。)为心肌细胞动作电位有较长有效不应期提供电位条件。钙钙离离子子流流是是在在继继钠钠离离子子流流引引发发的的心心肌肌细细胞胞膜膜去去极极化化基基础础上上,发发生生活活动动的的第第二二个个内内
15、向向电电流流。它它在心肌细胞动作电位中起重要作用。在心肌细胞动作电位中起重要作用。目目前前已已知知心心肌肌细细胞胞膜膜上上有有两两种种钙钙通通道道:L型型钙钙通通道道及及T型型钙钙通通道道。L型型钙钙通通道道是是最最早早在在心心肌肌细细胞胞上上发发现现的的钙钙通通道道,也也是是首首次次在在细细胞胞膜膜上上发发现现的的除除钠钠和和钾钾以以外外的的新新通通道道。豚鼠心室肌细胞I Ca 的I-V曲线(一)钙通道的激活与失活(一)钙通道的激活与失活 和和快快Na+内内向向电电流流相相似似,慢慢内内向向电电流流也也有有激激活活过过程程,其其激激活活曲曲线线呈呈S型型,大大约约在在0mV电电位位时时,激激
16、活活曲曲线线达达最最大大值值。Ca2+通通道道的的激激活活、失失活活以以及及再再复复活活所所需需时时间间均均比比Na+通通道道要要长长,经经Ca2+通通道道跨跨膜膜的的Ca2+内内向向电电流流,起起始始慢慢,平平均均持持续续时时间也长,因而称为慢通道和慢内向电流。间也长,因而称为慢通道和慢内向电流。(二)通道的离子选择性和门控特性(二)通道的离子选择性和门控特性 Ca2+通通道道的的离离子子选选择择性性较较差差,Ca2+、Na+、K+等等可可通通过过。动动作作电电位位平平台台期期的的内内向向离离子子流流,主主要要由由Ca2+负负载载,仅仅有有Na+参参与与。慢慢Ca2+通通道道具具有有电电压压
17、依依赖赖性性,由由激激活活门门(d门门)和和失失活活门门(f门门)双双重重控控制制。慢慢Ca2+通通道道也也具具有有时时间间依依赖赖性性,其其激激活活时时间常数约比间常数约比Na+通道的时间常数长通道的时间常数长20倍。倍。(三)(三)L L型型CaCa2+2+电流电流1.门控电流门控电流 与与钠钠通通道道的的门门控控电电流流的的特特点点相相似似,在在钙钙通通道道上上也也有有关关于于门门控控电电流流的的报报道道。一一般般使使用用Ca2+及及La3+阻阻断断钙钙通通道道以以观观察察在在去去极极化化时时细细胞胞膜膜内内电电荷荷的的运运动动。钙钙通通道道门门控控电电流流受受有有机机钙钙通通道道阻阻断
18、断剂剂的的抑抑制制性性影影响响。ICa-L的的记记录录去去极极化化时时间间为为6ms,而而门门控控电流的去极化时间为电流的去极化时间为20ms。2.L2.L型钙通道的离子流型钙通道的离子流 ICa-L各各项项参参数数的的测测定定方方法法与与INa完完全全相相同同,只只是是维维持持电电压压与与试试验验电电压压略略有有差差异异。在在ICa-L的的稳稳态态激激活活与与失失活活曲曲线线之之间间,有有一一个个明明显显的的窗窗流流区区。在在此此区区域域的的电电压压范范围围内内,ICa-L是是处处于于既既激激活活而而又又未未完完全全失失活活的的状状态态。因因此此,在在此此电电压压范范围围内内可可以以有持续的
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