膜離子通道總復習匯總

1、2010總復習一 基本定義和概念：歐姆定律：IG×(EErev)；膜電勢膜內(nèi)膜外；電流方向規(guī)定從胞內(nèi)流向胞外為正；膜等效電路；離子選擇性. ErevRT/zF*ln(PAAo/PBBi)ErevRT/F*ln(（PKKoPNaNao+PClCli）/ (PKKiPNaNai+PClClo)動作電位產(chǎn)生原因：Na/Ca的內(nèi)流, K的外流產(chǎn)生動作電位1. 動作電位產(chǎn)生于Na通透性的增加：電擊后，膜電位首先從Vrest增加并超過0 mV達到最大值（叫去極化）之后開始下降至Vrest或更低時叫復極化或超極化。AP：All-or-none;有閾值（去極化10-15 mV）;動作電位是一種脈沖式

2、的電信號（常見于CNS中）。見圖。有關動作電位的名詞：去極化: 極性程度的減弱；復極化；超極化；動力學名詞：激活activation:電導在一個短時間延時后急劇增加（去極化過程）；失活：電導在一個短時延時后急劇增加后掉到低值（去極化過程中通道關閉）；去激活deactivation:電導回到通道關閉的水平；尾電流：驅動力、通道開放；門電流/門電荷：位移電流，通道上電荷在電場力的策動下運動所致。一般在10ms內(nèi)消失，電流很小，可以通過阻斷所有通道電流測得。計算門電荷數(shù)/有效電荷：利用GV曲線的Slope得到門電荷或用方差法從電流中得到通道數(shù)或從門電流中得到總電荷數(shù)； O/C=exp(-(w-zgq

3、eE)/kBT)O/(O+C)=1/(1+exp(w-zgqeE)/kBT) 這里zg是等效電荷數(shù)。，k為gv曲線中參數(shù)bQ10定義：會利用已知的Q10，計算速率常數(shù)隨溫度的變化；生物學中定義：Q10= k(T+10oC)/k(T), 這里k代表速率常數(shù)。Eyring 速率定律：k(T) =k(0)exp(-DG/RT). 用近似T=273>>10.任意溫度間隔DT的系數(shù)：QDT=(Q10)DT/10.其它術語：Rundown：全細胞模式下，由于胞內(nèi)的小分子能量物質可以通過電極流失而導致通道電流在很短時間內(nèi)減小或消失，且不可恢復，可以在電極中加入ATP, Mg，cAMP等物質消除R

4、undown現(xiàn)象；Desensitization：加入Ach的幾秒鐘后，宏觀終板電導減小或微觀Ach電流減小。這個過程叫配體通道去敏感。Open Channel Block：當阻斷劑在胞內(nèi)有受體，而且僅當通道打開（去極化），才能阻斷電流，也就是說當通道關閉時，TEA不能阻斷電流，電流上升逐漸不變，所以阻斷發(fā)生在靜息電位時（關閉態(tài)）就不能進入孔內(nèi)。 Use-dependent block：局部麻藥的阻斷效應，隨著刺激頻率的加快而增強。Reopen：阻斷劑NMS可以阻止Na通道失活和去激活，使通道在復極化時仍有開放特性，可以記錄到hooker tail尾電流，且這個尾電流的值大于未阻斷的水平，且時

5、程延長。依賴狀態(tài)的阻斷：QX，從胞外（以中快速率）在通道開放時阻斷nAChR 通道，然后阻斷通道關閉，延緩電流的去敏感。Adaptation：感覺通道對于一種恒定的刺激會產(chǎn)生減少沖動發(fā)放頻率的適應性反應。它的產(chǎn)生原因：電壓依賴，胞內(nèi)的mg離子阻斷效應。1、什麼是內(nèi)向整流？它的產(chǎn)生原因？胞內(nèi)的Mg2等阻斷；（C5）內(nèi)向整流K通道（Inwared rectifier）心臟的非起博細胞。去極化時關閉。又叫Kir 通道。功能為當膜電位比靜息電位更負時Kir 通道會將膜電位拉回來。而它的小外向電流使得膜電位維持在EK。這種通道有多種，如Kir6 即KATP通道在胞內(nèi)ADP/ATP的比增高時，通道打開。又

6、叫ATP 阻斷。Kir3 在G蛋白被激活時打開。在心臟中它們又叫KAch（GIRK4）。 Kir 通道的GV曲線的上升斜率較緩慢。所以其等效門電荷較Na通道為小。內(nèi)向整流來自胞內(nèi)的多價離子，如Mg2。什麼是外向整流？復極化期突觸前和突觸后間隙的連接通道：像一個二極管。電流是外向整流的。信號傳導的單方向性。這也意味著突觸前和突觸后細胞的不對稱性。所以兩邊的通道不同。延遲整流通道的含義？（C3）延遲整流鉀通道。（delayed rectified potassium channel）不同的鉀通道對TEA有不同靈敏度；不同激活特性（快，慢，很慢）；失活；Ca依賴；電壓依賴；ATP敏感的鉀通道。電流存

7、在一定的延時性，快（縮短動作電位），慢（幫助動作電位復極化）。二 實驗中設計指令電壓的方案設計得到以下結果：激活（GV）曲線（有三種方法：穩(wěn)態(tài)、峰值或尾電流法）；電導定義：gNa=INa/(E-ENa)，gK=IK/(E-EK)ENa和EK 電動勢。描述函數(shù)為：1/(1+exp(V-V0.5)/b)或為a/(1+exp(V-V0.5)/b)或a/(1+exp(V-V0.5)/b)+c這里，a, b(>0), c和V0.5 為待定常數(shù)。G 與幾率的關系：I=nipo=GE; 當n, i, E為常數(shù)時，G與Po成正比。 尾電流與IV和GV 如果有較大的尾電流的話，用尾電流測GV要好于用峰值和

8、穩(wěn)態(tài)值。穩(wěn)態(tài)失活曲線；gNa是由兩個動力學過程組成.激活和失活一旦通道失活，通道的再打開必須要經(jīng)過去激活過程。（超極化）描述函數(shù)為：1/(1+exp(V-V0.5)/b)或為a/(1+exp(V-V0.5)/b)或a/(1+exp(V-V0.5)/b)+c這里，a, b(<0), c和V0.5 為待定常數(shù)。失活恢復曲線；前一個是條件脈沖，后一個是檢驗脈沖。描述函數(shù)是：1-exp(-t/t)；a*(1-exp(-t/t); a*(1-exp(-t/t)+b這里，a, b和t為待定常數(shù)。平均電流跡線；一組電流跡線IV曲線的尾電流法；膜電容簡易測量方法；膜平均電容：CM1 mF/cm2膜電容：

9、CQ/E; dE/dt=Ic/C 這里C=ee0A/d。 dE/dt= Ic/C=-E/RC E=E0exp(-t/RC)= E0exp(-t/t阻斷劑的對通道阻斷的IC50濃度實驗：多種濃度測量法和單一濃度測量法。1 單一毒素濃度測定Kd值法求阻斷劑的KD：每隔一個固定時間比如10秒，膜電壓從保持電壓跳到檢驗電壓以得到電流的蜂值，然后加藥測量電流峰值隨時間的改變至一相對穩(wěn)態(tài)，然后用沒有毒素的溶液灌洗至基本完全恢復。2 藥和毒素和受體作用：受體：含有結合位點的分子。 k1T+RçèTR （這里，假定只有一個結合位點） k-1d(TR)/dt=k1TR-k-1TR=0 （平衡

10、態(tài)） Kd=k-1/k1=TR/TR受體結合Toxin的比率（通道被阻斷的比率）：y=TR/(TR+R)=1/(1+Kd/T)自由受體率：1-y=1/(1+T/Kd)另一種看法： k1TOß-àB k-1dPO/dt=-k1TPO+k-1(1-PO)；PB=1-PO平衡時有 -k1TPO+k-1(1-PO)0POk-1/(k1T+k-1)=1/(1+T/Kd); PB= k1T/(k1T+k-1)=1/(1+Kd/T)多次重復上述計算后，我們有：Hill 方程（n個結合位點）： y=1/(1+(Kd/T)n) 協(xié)同性; n 是Hill 系數(shù) Kd=IC50, EC50Fig

11、. 3.3Na通道阻斷劑量曲線電壓依賴的阻斷的測量方法：在不同電壓下阻斷電流。得到IC50（V）µExp（qV）其中Ca電流，Na電流，K電流，nAChR電流的Protocol各不相同，原因是它們的失活和反轉電位各異。比如, HVA和LVA不同的是LVA有失活，HVA卻沒有失活等等。問：如何記錄LVA電流？如何記錄nAChR電流（靜息時加Ach刺激）？電壓分類：HVA（高電壓激活，無失活或部分失活，慢失活）. LVA （低電壓激活，完全失活，快失活）確定離子通透性的GHK方程：ErevRT/F*ln(PKKo+PNaNao+PClCli)/(PKKI+PNaNai+PClClo)。這

12、里PA/PB是通透比注意尾電流法中的瞬時電流值的選取的原則是避免電容電流的最近點，而非Peak值。用非穩(wěn)態(tài)方差法求通道總數(shù)N和單通道電流的要點時：各Trace是非平均Trace；消除漏電流；三 通道結構（第十三章和第十七章）1 nAChR，Na, K, Ca 以及陽離子通道的一級拓撲分子結構特點2 nAChR，Na, K, Ca 以及陽離子通道中的pore結構特點，阻斷及離子選擇性機制。3 鉀通道過濾器的氨基酸序列特征序列是什麼？TXXTXGYG；該序列的排列相當于水合離子結構。這被叫作Signature Sequence。四個TXGYG在前腔形成K離子過濾器。至少有兩個跨膜部分的P環(huán)就可形成

13、孔道。4 探測通道孔區(qū)結構的方法：即用Cysteine，Alanine等突變結合氧化劑MTS和其他阻斷劑的方法 SCAM (substituted-cystein accessibility method)方法：（如果必要的話，去除所有的原生型cysteine）1） 逐一用半胱氨酸Cysteine替換到所希望的各殘基，但要保持功能不變。2） 再用MTS檢驗是否有永久性阻斷（-SS-引起永久型阻斷）。5 比較KV，KATP和KCNQ等離子通道的輔助亞基與其亞基的結合方式異同和亞基的功能。四 阻斷機制（第十六章和第十七章）1 阻斷速率的單通道鑒別；阻斷劑在通道結構研究中的應用？三種time sca

14、le 2 Hill方程y=1/(1+(Kd/T)n); Hill系數(shù)n的含義？ Hill 方程（n個結合位點）： y=1/(1+(Kd/T)n)； k1T+RçèTR （這里，假定只有一個結合位點） k-1d(TR)/dt=k1TR-k-1TR=0 （平衡態(tài)） Kd=k-1/k1=TR/TR受體結合Toxin的比率（通道被阻斷的比率）：y=TR/(TR+R)=1/(1+Kd/T)自由受體率：1-y=1/(1+T/Kd)3 質子阻斷Na通道的機制；TEA和失活的競爭機制要點；QA阻斷nAChR通道機制；表面電荷理論：通過降低pH來減少負表面電荷，從而影響單通道電導酸基理論：通

15、過降低pH使孔內(nèi)重要的酸基得以改變，從而影響單通道電導因為質子的結合點在電場中，它的結合和釋放速率常數(shù)均是電壓依賴的。4 影響離子通道電導的主要因素是什么？通道兩端電荷數(shù)；5 什麼是關閉態(tài)阻斷？關閉態(tài)阻斷實驗的要點在哪里？將shaker的S6的下半至C端逐個突變?yōu)閏ysteine。MTSET與cysteine的結合產(chǎn)生永久性的阻斷。為得到關閉態(tài)的阻斷速率，保持電壓為-90 mV，每隔一段時間 (比如每隔10 秒)，電壓從-90 mV跳至檢驗電壓為0 mV，時間為10 ms。 但在第四次跳至0 mV檢驗電壓前500 ms 時加含MTSET的溶液直至電壓再到0 mV之前，在0 mV的時間仍為10

16、ms。依次類推，這樣就得到關閉態(tài)時的阻斷速率。在0 mV時，通道開放，可用正常方法得到開放態(tài)的阻斷速率。但也可用上法得到，取決于阻斷的速率。五 搜尋新基因（第十三章）1 目前搜尋新基因的常用方法不精確雜交（low-strigency hybridization） 用部分probe搜索cDNA庫并用較低溫度來雜交以便較差的匹配其它序列。（目前，已不經(jīng)常使用了。）PCR法（Polymerase chain reaction）用高溫下穩(wěn)定的聚合酶以及被合成序列的Primers（開頭和結尾），利用PCR的選擇性復制來得到。（快的方法）利用Database進行同源搜索。從此發(fā)現(xiàn)許多不同動物的基因的同源性

17、。2 通道氨基酸序列的拓撲結構一般特點膜內(nèi)外的分布，跨膜特性，a-螺旋和b-折疊的數(shù)目，角度等；疏水圖，恐水區(qū)：LSS（leading signal sequence），M1，M2、M3 和M4；ED（Extracellular Domain），CL（Cytoplasmic loop），SS橋；CL（Cytoplasmic loop）;M2 形成孔3 研究3D晶體結構的方法提純結晶X-ray；NMR和EPR；EM;同類比對4 化學法(Stoichiometry)確定通道的亞基數(shù)目的方法 可用毒素對它們的阻斷和失活的不同來推斷鉀通道是幾聚體。技巧是：兩種不同的亞基A和B有五種不同的表達AAAA，

18、AAAB，AABB，ABBB和BBBB。假定PA和PB分別是A和B出現(xiàn)的幾率，它們的混合應滿足二項分布（PA+PB）N，就可以預知上述各組合的通道的幾率，從而給出回答。Shaker 通道和其D431N突變體。突變體對蝎毒的親和相差250倍。通道中只要有一個野型亞基，蝎毒就能阻斷該通道電流，即毒素不能阻斷完全由突變亞基組成的通道。假設我們有，突變體：野型9：1。這里設PA是野型亞基出現(xiàn)的幾率（0.1），PB是突變體出現(xiàn)的幾率(0.9)。假定通道由N1，2，3，4，或5亞基組成，則完全由突變亞基組成的分數(shù)PBN=0.9, 0.81, 0.729, 0.656（N4）和0.590。試驗結果是0.65

19、，這說明是四個亞基組成一個有功能的通道。六 基本建模方法（第十八章，第十六章，第十二章和第二章）1 經(jīng)典動力學假設基礎；平衡態(tài)原理。（第十八章） Markov過程：與歷史無關。一級躍遷方程。如果有多指數(shù)，則引入多態(tài)。統(tǒng)計力學精細平衡原理：平衡態(tài)是每一個細部向前的速率等于向后的速率。物理學的微觀可逆性原理：物理學定理對時間的反演是不變的。因此，對一個封閉的環(huán)，順時針速率常數(shù)的積等于反時針速率常數(shù)的積。（請自己證明!）2 狀態(tài)數(shù)和時間常數(shù)的個數(shù)的關系；電壓依賴的速率常數(shù)k(v)的一般形式；濃度依賴的速率常數(shù)kX的一般形式。如果有N個態(tài)，則有N1個時間常數(shù)Shaker K通道動力學模型所有的電壓依賴

20、的速率常數(shù)為：kiAB(EM)=kAB(0mV)exp(qABzgABqeEM/RT)qAB是門電荷zgAB的前進方向上至躍遷位壘之前的分數(shù)；1qAB是相反方向的分數(shù)。濃度依賴？3 掌握MWC等建模的基本方法。4 穩(wěn)態(tài)模型的P0的計算：證明穩(wěn)態(tài)時，正向速率之積等于反向速率之積。5 如何解決動力學模型的不確定性？6 位壘法中的d的含義？（第十六章）結合點的相對位置7 單通道中有關“壽命”的定義：所有離開速率和的倒數(shù)（第十二章）8 通道產(chǎn)生亞電導的原因什麼？9 HH模型中的物理解釋，及其物理意義。（第二章） Hodgkin-Huxley 模型：說明通透性改變模型，但整個模型實際上是數(shù)據(jù)擬和。 Na

21、是gNa（V,t）的上限；K是gK(V,t)的上限。否則就是膜破了。這里電導是正比于通道開放的幾率。比如Ik=NPoik=gk(E-Ek),對K通道：IK=n4K(E-EK); 對Na通道：INa=m3hNa(E-ENa)物理意義：描述離子通透性，預言動作電位，暗示通道開放幾率的粒子特性。10. 如何判斷通道是電壓依賴？七離子通道1 離子通道的種類：電壓激活；配位；電壓和配位；機械敏感通道2 Na，Ca，KV（Shaker），SK，BK，nAChR，Ih，CNG等通道特征和功能？Na，Ca（L型），SK和BK通道 的特異阻斷劑？3 Cl通道的種類：GABA，GlyR，CLC和CFTR4 HVA和LVA的差別；SK和BK性質上的異同及功能異同？5 傳感器離子通道有哪些？工作機制？6 光傳感器中的第二信使是什麼？激活的是什麼通道？7 配位通道中的快調(diào)制和慢調(diào)制的不同在哪里？受體和受體通道有何異同？8 慢突觸調(diào)制的一般路徑？G蛋白的組成和性質；Gs, Gi, Gq各自的功能？ G蛋白又叫GTP結合調(diào)節(jié)蛋白：由Gabg三亞基組成。它們存在于細胞內(nèi)，以共價