最新 离子通道综述文章

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1、1.离子通道发展研究历程1.1生物膜早期研究离子通道的早期研究主要来源于电生理学研究。早在1890年,德国的物理化学家WilhelmOstwald（1909年诺贝尔化学奖获得者），基于人工合成的胶质膜实验，提出活细胞产生的电信号可使离子在细胞中穿梭理论。到了1900年，他的这种电化学思想才被认可，后来研究表明，膜电位本质上是电化学。到了上世纪初期（1902-1912年）伯恩斯坦（J．Betnstein，1902）最先提出“膜学说”并用此解释生物电的产生。他认为静息时细胞膜只对钾离子有通透性，由于细胞内外钾离子浓度

2、不同，因此两侧出现内负外正的电位差。当细胞受到刺激而兴奋时，细胞膜暂时失去对离子的选择性，所有离子都能通过，因此，膜两侧的电位差暂时消失。到了1925年，Michaelis提出可能存在窄离子通道。在早期膜生物物理研究阶段，兴奋膜离子理论从未经试验验证的假说发展成为公认的理论，这一时期的主要贡献在于确定生物点活动与离子通透性的关系，但尚未明确建立离子通道的概念。1.2离子通道经典研究时期在1950-1960期间，两位英国科学家Hodgkin和Huxley，基于乌贼大轴突为材料作的生理实验,使用电压钳位技术，证实跨膜

3、电位决定于细胞膜的离子通透性，从而对钾、钠离子通透性变化作了详细的分析并提出著名的“Na+，K+双通道模型”和离子学说。Hodgkin和Huxley的离子学说解释了生物电的起源。他们也因此共同获得1963年的诺贝尔生物医学奖。到了1965-1975年：Hille基于药理学的方法，研究钠钾通道结构以及选择性通透机制，同时Armstrong基于有关肌肉兴奋收缩偶联的实验，研究门控与膜电压之间的关系。俩人皆因对离子通道选择通透性及门控机制的突出研究贡献共同获1999年拉斯克医学奖。这一时期是离子通道的经典研究时期，离子

4、通道模型的建立以及通道选择性和通透性机制的研究都有了很大突破，为离子通道的进一步飞跃发展研究做了很好的铺垫。1.3生物膜离子通道飞跃发展时期1981年，德国科学家Neher和Sakrmann发明了膜片钳技术，使用这项技术可以直接记录离子单通道电流从而证实细胞膜上离子通道的存在，阐释单个离子通道的功能。膜片钳技术为从分子水平上研究离子通道提供直接手段。两位科学家也因为发明膜片钳技术获得一九九一年诺贝尔医学奖。1990年，美国科学家P.Agre通过细胞对比实验发现并描述了第一个水通道蛋白质。1998年，美国科学家Ma

5、ckinnon（2003年诺贝尔化学奖获得者）从链霉菌中获得了第一个离子通道的高精度结构（KcsA）首次在原子水平上解释了离子通道功能结构及机制。这一时期是生物膜离子通道的飞跃发展时期，随着膜片钳技术的使用以及生化技术的进步，人们已经分离纯化出许多不同的通道蛋白,开始直接研究离子通道的结构与功能关系，使离子通道的研究有了飞跃发展。2.离子通道本质特征与分类所谓离子通道，其实质就是细胞膜上的一种蛋白结构，其结构类似细胞内外之间的门和通道，故称离子通道。其功能是选择性让一些离子进出细胞。离子通道的主要特性有：选择性②

6、开关性（可控性）③饱和性。即不同的离子通道对不同离子的通透性有明显差别，运输速度和细胞膜上离子通道密度有关？？离子通道是一种具有对离子选择性孔和门控机制的结构。因此根据门控机制的不同，可以把离子通道分为:电压门控离子通道、配体门控离子通道、环核苷酸门控离子通道、机械力敏感的离子通道。根据不同离子通道对离子的选择性不同，可以把离子通道分为钠离子通道、钙离子通道、钾离子通道、TRP通道、水通道。3．离子通道的实验研究方法3.1电压固定（Voltage-Clamp）技术1949～1952年,Hodgkin和Huxley

7、发明了“电压固定技术”。电压固定技术的原理是用负反馈的电子线路将膜电位固定在实验所希望的一定值上，同时测量膜电流的变化，以电压与电流之比求出膜电导的变化。这项技术的发明为离子通道的通透性的研究提供了技术条件。同时成为可兴奋细胞膜电生理研究的基本手段与分析方法。Hodgkin和Huxley也因用此技术在乌贼神经轴突上测得了的离子流获得1963年诺贝尔生物医学奖。3.2膜片钳（patchclamp）技术1976年德国细胞生理学家Neher和Sakmann独创了“膜片钳技术”。膜片钳技术的原理是利用负反馈电子线路，通过

8、微电极与细胞之间形成紧密接触的方法，将微电极尖端所吸附的一个至几个平方微米的细胞膜的电位固定在一定水平上，对通过通道的微小离子电流作动态或静态观察，从而研究其功能。这项技术的发明为研究离子单通道的门控动力学特征及通透性、选择性膜信息提供了最直接的手段。膜片钳技术的创立取代了电压钳技术，是细胞电生理研究的一个飞跃，使得离子通道的研究，从宏观深入到微观。Neher和Sakma