1、123456 7Erwin Neher Bert Sakmann 89离子通道的发现 1890年，威廉奥斯特瓦尔德（1909年诺贝尔化学奖获得者）就推测离子进出细胞会传递信息。20世纪20年代，科学家证实存在一些供离子出入的细胞膜通道。50年代初，阿兰霍奇金和安德鲁哈克斯利发现，离子从一个神经细胞中出来进入另一个神经细胞可传递信息。他们因此获得1963年诺贝尔生理学或医学奖。但那时科学家未知离子 通 道 结 构 和 工 作 原 理 。10 1988年，罗德里克麦金农利用射线晶体成像技术获得了世界第一张离子通道的高清晰度照片，并第一次从原子层次揭示了离子通道的工作原理。这张照片上的离子通道取自青
2、链霉菌，也是一种蛋白。麦金农的方法是革命性的，它可以让科学家观测离子在进入离子通道前的状态，在通道中的状态，以及穿过通道后的状态。对水通道和离子通道的研究意义重大。很多疾病，比如一些神经系统疾病和心血管疾病就是由于细胞膜通道功能紊乱造成的，对细胞膜通道的研究可以帮助科学家寻找具体的病因，并研制相应药物。另外，利用不同的细胞膜通道，可以调节细胞的功能，从而达到治疗疾病的目的。中药的一个重要功能是调节人体体液的成分和不同成分的浓度，这些成分可以通过不同细胞膜通道调节细胞的功能。有专家认为，对细胞膜通道的研究可以为揭示中医药的科学原理提供重要的途径。 瑞典皇家科学院称“由于麦克农的贡献，我们现在能够
3、看到盐通过各个通道流动，这些通道可以用不同的细胞信号所开启和关闭。”1112第二节第二节 离子通道的基本生物物理学特性离子通道的基本生物物理学特性第三节第三节 离子通道的分子结构离子通道的分子结构第四节第四节 离子通道的门控机制离子通道的门控机制第五节第五节 离子通道功能的调控离子通道功能的调控第一节第一节 离子通道的分类离子通道的分类 第六节第六节 研究展望研究展望13学习目的与要求：学习目的与要求：14前 言由于生物物理学和分子生物学由于生物物理学和分子生物学的迅速发展，的迅速发展，膜电钳技术和分子克膜电钳技术和分子克隆及基因突变技术隆及基因突变技术等得以广泛应用，等得以广泛应用，使得对离
4、子通道的研究发生了革命使得对离子通道的研究发生了革命性变化，种类繁多的离子通道不断性变化，种类繁多的离子通道不断被发现。被发现。对离子通道的生理和药理对离子通道的生理和药理学特性、分区结构、细胞定位，以学特性、分区结构、细胞定位，以及生理作用的确定将有助于我们了及生理作用的确定将有助于我们了解这些复杂信号及其功能作用的基解这些复杂信号及其功能作用的基础础.15前 言虽然离子通道具有多样性，但其功能作用虽然离子通道具有多样性，但其功能作用的基本的的基本的分子问题是相同的：离子通道是怎分子问题是相同的：离子通道是怎样构造的，它们是怎样进行离子的跨膜运动，样构造的，它们是怎样进行离子的跨膜运动，它们
5、的特异性的基础是什么，它们是怎样被它们的特异性的基础是什么，它们是怎样被调节的？调节的？现在，人们已经有能力从分子水平现在，人们已经有能力从分子水平来解释分离能道的孔道特性、动力学过程、来解释分离能道的孔道特性、动力学过程、结构与功能的关系以及功能的表达和调节等。结构与功能的关系以及功能的表达和调节等。16前 言目前，由于研究工作目前，由于研究工作的进展，无论从心脏的临的进展，无论从心脏的临床研究或基础理论研究。床研究或基础理论研究。若想了解心脏兴奋及其传若想了解心脏兴奋及其传导的生理学、病理学以及导的生理学、病理学以及药理学，如果离开对离子药理学，如果离开对离子通道特性的理解，将无法通道特性
6、的理解，将无法深入。深入。而从基础研究的角而从基础研究的角度来看，避开离子通道的度来看，避开离子通道的研究进展，则工作难以进研究进展，则工作难以进行，至少无法深入。因此行，至少无法深入。因此对离子通道及其特性的了对离子通道及其特性的了解是十分重要的。解是十分重要的。17第一节 离子通道的分类一、按激活机制划分1819第一节 离子通道的分类二、按门控的特点来划分20第一节 离子通道的分类三、按离子电流方向划分21第一节 离子通道的分类四、按有无时间依赖性划分22第一节 离子通道的分类四、按有无时间依赖性划分2324252627282930313233343536373839神经型： 、成年脑。决
7、定动作电位发生频率和式样 、成年脑。神经动作电位的传导 、胎儿至幼年期脑。肌肉型： M1、骨胳肌。动作电位发生与传导 M2、心肌，幼年骨胳肌钠通道分类40（一）钠通道的结构（一）钠通道的结构4142（一）钠通道的结构（一）钠通道的结构43钠通道的结构钠通道的结构4445（2）影响钠通道的常用药物或毒素）影响钠通道的常用药物或毒素46（2）影响钠通道的常用药物或毒素）影响钠通道的常用药物或毒素47（一）钙通道分类（一）钙通道分类484950（一）钙通道分类（一）钙通道分类51（二）钙通道的主要生理功能（二）钙通道的主要生理功能52（二）钙通道的主要生理功能（二）钙通道的主要生理功能胞内钙离子对钙
8、通道、钾通道和氯通道的门控也有明显的影响。胞内钙离子对钙通道、钾通道和氯通道的门控也有明显的影响。L型型Ca通道在心肌细胞有以下作用：通道在心肌细胞有以下作用：u构成平台期；构成平台期；uCa2+内流内流激活激活Ca2+从肌浆网中释放；从肌浆网中释放；u与慢传导与慢传导AP及某些心律失常的细胞机制（早后去极）有及某些心律失常的细胞机制（早后去极）有关；关；u为多种递质，激素、药物的作用特点。为多种递质，激素、药物的作用特点。53（三）钙通道的结（三）钙通道的结构构1985年，年，Nilius等等首次发现心肌细胞首次发现心肌细胞膜上存在着两种钙膜上存在着两种钙通道（通道（L、T型）。型）。现已明
9、了，现已明了，Ca2+通道为糖蛋白。通道为糖蛋白。 54（三）钙通道的结构（三）钙通道的结构钙通道的分子结构是由多个亚单位所组成：有钙通道的分子结构是由多个亚单位所组成：有1、2、，和和（可能为骨骼肌细胞所特有）等亚单（可能为骨骼肌细胞所特有）等亚单位。位。以以1为构成钙通道的主要亚单为构成钙通道的主要亚单但在心肌细胞上，只有但在心肌细胞上，只有L及及T两种类型。两种类型。55（三）钙通道的结构（三）钙通道的结构钙通道的钙通道的亚单位亚单位从通道功能上讲，从通道功能上讲，1最重要，它构成跨膜水通道，双氢吡啶类化合物（最重要，它构成跨膜水通道，双氢吡啶类化合物（DHP）结）结合位点也在上面。合位
10、点也在上面。56（三）钙通道的结构（三）钙通道的结构CaCB受体起着两方面的作用，受体起着两方面的作用，它既是它既是Ca2+的通道，又是从细胞的通道，又是从细胞兴奋到肌质网钙释放耦联的电压兴奋到肌质网钙释放耦联的电压感受器。感受器。n1孔道还有两个可与孔道还有两个可与Ca2+结合结合的亲和位点，在膜内侧和外侧，的亲和位点，在膜内侧和外侧，还有还有cAMP，依赖性硷酸化结合，依赖性硷酸化结合位点和糖基化位点。位点和糖基化位点。n2为一糖蛋白，无药物结合点，为一糖蛋白，无药物结合点，没有通道作用，可能有增强没有通道作用，可能有增强1的的作用。作用。57（三）钙通道的结构钙通道的结构n亚单位目前已分
11、出四个基因：亚单位目前已分出四个基因：11（骨骼肌，脑，心），（骨骼肌，脑，心），22（脑，心），（脑，心），33（脑，心），及（脑，心），及44（脑）（脑）（Buirbaumer1994Buirbaumer1994）。）。亚单位在钙通道中起调制作用。亚单位在钙通道中起调制作用。亚单位的存在是通道正常活动所必需，它对离子流的激活，亚单位的存在是通道正常活动所必需，它对离子流的激活，失活、动力学，电压依赖性等均有重要影响失活、动力学，电压依赖性等均有重要影响32,3332,33。与与1 1的的结合处均属于两亚单位的保守区结合处均属于两亚单位的保守区34,3534,35（图（图3.2-73.2-7
12、）。）。58（三）钙通道的结构（三）钙通道的结构亚基上有亚基上有-cAMP依赖的磷酸化位点。当与依赖的磷酸化位点。当与1亚单位亚单位共同表达时，钙通道的电压依赖性、动力学及电流大共同表达时，钙通道的电压依赖性、动力学及电流大小都发生改变。较单纯小都发生改变。较单纯，表达时电流要大些。，表达时电流要大些。n亚单位有利于电压感受器的运动和通道开放之间亚单位有利于电压感受器的运动和通道开放之间的偶联，提高二者的的偶联，提高二者的“偶联效率偶联效率”，对钙通道闸门起，对钙通道闸门起调节作用。调节作用。59（四）通透性（四）通透性nMn2+、Ca2+及其它重金属离子，还有及其它重金属离子，还有Verap
13、amil及及其甲氯衍生物其甲氯衍生物D600，只要毫克分子的浓度就可以阻断，只要毫克分子的浓度就可以阻断钙通道。钙通道。60（五）动力学（五）动力学nCa2+通道与通道与Na+通道的动力学有相似之处。都是随通道的动力学有相似之处。都是随着去极化出现活化与失活化过程。同样呈现着去极化出现活化与失活化过程。同样呈现S形的活化形的活化与指数式的失活化过程。与指数式的失活化过程。在同样温度下，在同样温度下，gCa的活化的活化与失活的时间常数比与失活的时间常数比gNa的时间常数慢的时间常数慢1020倍。倍。n通透性变化缓慢及电流密度较低都使及钙载流动作通透性变化缓慢及电流密度较低都使及钙载流动作电位比典
14、型的动作电位具有慢及多的特点。电位比典型的动作电位具有慢及多的特点。61（六）药理学（六）药理学许多许多2价、价、3价阳离子可阻断钙通道，按阻断强弱排列如下：价阳离子可阻断钙通道，按阻断强弱排列如下：镧离子（镧离子（La3+）钻离子（）钻离子（Co2+）锰离子（）锰离子（Mn2+）镍离）镍离子（子（Ni2+）镁离子（）镁离子（Mg2+），后来多使用镉离子（），后来多使用镉离子（Cd2+）。）。苯烷基胺类异博定和苯烷基胺类异博定和D600、苯硫氮卓类硫氨卓酮、二氢吡啶、苯硫氮卓类硫氨卓酮、二氢吡啶类硝苯吡啶和尼群地平却是著名的钙通道阻断剂，广泛地用于类硝苯吡啶和尼群地平却是著名的钙通道阻断剂，广
15、泛地用于临床。异搏定的阻断作用有明显的活动依赖性，从钙通道内侧临床。异搏定的阻断作用有明显的活动依赖性，从钙通道内侧阻断之。阻断之。DHP类的阻断作用则无明显的活动依赖性，与钙通道类的阻断作用则无明显的活动依赖性，与钙通道的亲和力极高，常用作钙通道蛋白的工具药。的亲和力极高，常用作钙通道蛋白的工具药。62（六）药理学（六）药理学圆锥贝壳毒素是钙通道的专一阻断剂。钠通道阻断剂箭毒蛙圆锥贝壳毒素是钙通道的专一阻断剂。钠通道阻断剂箭毒蛙毒素和藜芦碱对钙通道的亲和性反而高于钠通道。毒素和藜芦碱对钙通道的亲和性反而高于钠通道。某些某些DHP类类BayK8644、CGP28392和和YC-170不仅不阻断
16、钙不仅不阻断钙通道，反而激活之。主要激活通道，反而激活之。主要激活L型钙通道，与硝苯吡啶的拮抗作型钙通道，与硝苯吡啶的拮抗作用为竞争性，而与异搏定的拮抗作用为非竞争性。使通道处于用为竞争性，而与异搏定的拮抗作用为非竞争性。使通道处于长开放、短关闭状态，显著延长通道的平均开放时间。长开放、短关闭状态，显著延长通道的平均开放时间。某些热带鱼吞食浮游生物，被人类食后产生中毒症状，就是某些热带鱼吞食浮游生物，被人类食后产生中毒症状，就是因为浮游生物中含有因为浮游生物中含有maitotoxin（MTX）之故，）之故，MTX对钙通道对钙通道的作用类似于的作用类似于BTX对钠通道的作用。对钠通道的作用。63
17、（一）钾通道分类（一）钾通道分类与其它通道相比、与其它通道相比、K+通道无论在遗传上或功能上最具多样性。通道无论在遗传上或功能上最具多样性。钾离子通道种类最多，是最复杂的一大类离子通道。它们可钾离子通道种类最多，是最复杂的一大类离子通道。它们可分为分为电压门控的，配体门控的，电压门控的，配体门控的，ATP敏感的，钙激活的和钠激敏感的，钙激活的和钠激活活的等不同的类型，仅电压门控钾通道就已克隆出几十种亚型，的等不同的类型，仅电压门控钾通道就已克隆出几十种亚型，其余类型的钾通道结构尚未完全搞清。目前，根据以上各种类其余类型的钾通道结构尚未完全搞清。目前，根据以上各种类型通道的特性（电压门控、配体门
18、控、动力学特性等）以及药型通道的特性（电压门控、配体门控、动力学特性等）以及药理学性质的不同，在药理学上钾离子通道被分为理学性质的不同，在药理学上钾离子通道被分为4组，即组，即电压门电压门控的、钙敏感的、受体偶联的以及其余类型，包括控的、钙敏感的、受体偶联的以及其余类型，包括ATP敏感的敏感的钾通道钾通道等（表）。等（表）。64656667（二）、钾通道的结构及分子生物学分类（二）、钾通道的结构及分子生物学分类电压门控性电压门控性K+通道在酵母和原生物都共同拥有。而通道在酵母和原生物都共同拥有。而电压门控电压门控Ca2+通道始见于较高等的原生生物。通道始见于较高等的原生生物。Na+通通道则仅见
19、于多细胞机体。可见道则仅见于多细胞机体。可见K+通道在系统发生上最通道在系统发生上最原始的，原始的，Na+、Ca2+通道都是从它进化而来的。通道都是从它进化而来的。68（二）、钾通道的结构及分子生物学分类（二）、钾通道的结构及分子生物学分类钾通道与钠通道的分子结构比较钾通道与钠通道的分子结构比较n相似之处相似之处是钾通道也是由是钾通道也是由4组蛋白质分子所构成，而每个组蛋白质分子所构成，而每个蛋白质由蛋白质由6个个螺旋所组成（螺旋所组成（S1-S6）。）。 n其其重要差别重要差别则是则是该该4组蛋白质并不相连，而各自独立存在组蛋白质并不相连，而各自独立存在。但也有个别钾通道与上述不同，如但也有
20、个别钾通道与上述不同，如内向整流钾电流内向整流钾电流IK1，它，它的的4组蛋白质，每组均只有两个组蛋白质，每组均只有两个螺旋。另一种螺旋。另一种缓慢延迟整缓慢延迟整流钾电流流钾电流ISK则只有一个则只有一个螺旋，而由多少亚单位组成一个螺旋，而由多少亚单位组成一个通道则尚不明确（图通道则尚不明确（图3.2-12）。）。 69（二）、钾通道的结构及分子生物学分类（二）、钾通道的结构及分子生物学分类第一个钾通道分子结构是从果蝇克隆出来的。来至第一个钾通道分子结构是从果蝇克隆出来的。来至shaker基因基因51，52。此后发现，从海兔到人类，。此后发现，从海兔到人类，shaker基因在进化上是很保守的
21、。基因在进化上是很保守的。以后又从果绳分出以后又从果绳分出shab，shal及及shaw基因。在它们基因。在它们之间，之间，S4及及P具有高度的相似。哺乳动物也有相类似的具有高度的相似。哺乳动物也有相类似的基因。基因。70根据电生根据电生理学特性理学特性（失活），（失活），钾通道家钾通道家族可分为族可分为以下各组以下各组53。7172n钾通道活动是一种外向电流。钾通道活动是一种外向电流。Sh族钾通道活动的特点不外族钾通道活动的特点不外两种：有失活与无失活过程。两种：有失活与无失活过程。以哺乳动物以哺乳动物Shaw族钾通道活动为族钾通道活动为例例,（ShIKV1哺乳类基于相关于哺乳类基于相关于S
22、haker，ShIIKV2，相，相当于当于Shab，ShKV3相当于相当于Shaw，ShKV4相当于相当于Shal）。）。nSh族有族有4种基因（种基因（KCNC1，KCNC2，KCNC3及及KCNC4）。）。4种相应的通道分别为种相应的通道分别为KV3.1，KV3.2，KV3.3及及KV3.4。其中。其中KV3.1和和KV3.2无失活，无失活，KV3.3及及KV3.4为有失活。从其中可得为有失活。从其中可得出激活及失活曲线。从上述出激活及失活曲线。从上述SH族钾通道的活动可反映出其主要族钾通道的活动可反映出其主要活动方式。活动方式。73n以上介绍了由克隆表达出来的各种钾通道的结果。以上介绍了
23、由克隆表达出来的各种钾通道的结果。至于天然至于天然钾通道与克隆钾通道之间的差别及其相关，则是目前研究的课钾通道与克隆钾通道之间的差别及其相关，则是目前研究的课题。钾通道的题。钾通道的4个亚单位，可能来自不同基因个亚单位，可能来自不同基因，其实际性质可能，其实际性质可能是各个亚单位的综合作用。例如是各个亚单位的综合作用。例如KV1.4为快失活，而为快失活，而KV1.2为慢为慢失活，两者合在一起时则其失活情况居其间。失活，两者合在一起时则其失活情况居其间。74一个跨膜区即是一一个跨膜区即是一个个亚基，四个亚基，四个亚亚基由非共价键连接基由非共价键连接成功能性钾通道成功能性钾通道（图（图3-7）。）
24、。其门控其门控机制与钠通道相似，机制与钠通道相似，至少由至少由两个两个“门门”决定通道的状态：决定通道的状态：一个是电压感受器一个是电压感受器（S4），控制通道），控制通道的电压依赖性开放；的电压依赖性开放；另一个是失活门，另一个是失活门，控制通道开放的时控制通道开放的时程。程。75 每一个跨膜区每一个跨膜区即是一个即是一个亚基，四亚基，四个个亚基由非共价键亚基由非共价键连接成功能性钾通连接成功能性钾通道（图道（图3-7）。）。其门其门控机制与钠通道相控机制与钠通道相似，至少由似，至少由两个两个“门门”决定通道的决定通道的状态：一个是电压状态：一个是电压感受器（感受器（S4），控），控制通道的
25、电压依赖制通道的电压依赖性开放；另一个是性开放；另一个是失活门失活门，控制通道，控制通道开放的时程。开放的时程。76研究认为研究认为S5-S6之间的连接之间的连接（又称（又称E5）是钾通道孔道形）是钾通道孔道形成和药物及毒素的结合部位。成和药物及毒素的结合部位。最近发现最近发现S6段或段或S4-S5间的间的连接（环）除了与灭活有关连接（环）除了与灭活有关外，也有决定通道的离子通外，也有决定通道的离子通透性和对阻断剂的敏感性方透性和对阻断剂的敏感性方面起重要作用。面起重要作用。772.IRK类类 不同于不同于KV类钾通道和钠、钙通道，类钾通道和钠、钙通道，IRK类的每个类的每个亚基只有两个跨亚基
26、只有两个跨膜肽段（膜肽段（M1和和M2），其间由），其间由H5连接（图连接（图3-7）。因为）。因为M1、M2和和H5的序列与的序列与KV类的类的S5、S6和和H5相似，所以这两类钾通道可能具有相同的基本孔道结构。相似，所以这两类钾通道可能具有相同的基本孔道结构。由于没有由于没有S4样结构，样结构，IRK类虽仍有一定的电压依赖性和门控，但已与类虽仍有一定的电压依赖性和门控，但已与KV类大类大不相同。不相同。IRK类的门控机制主要与钾离子的跨膜电化学驱动力关系密切，在膜类的门控机制主要与钾离子的跨膜电化学驱动力关系密切，在膜电位低于钾的平衡电位（电位低于钾的平衡电位（Ek）时其电导更大，使）时其
27、电导更大，使K+易于从膜外流入细胞内。易于从膜外流入细胞内。当细胞外钾离子浓度改变时，当细胞外钾离子浓度改变时，Ek按按Nernst公式改变而使通道的电压依赖性也公式改变而使通道的电压依赖性也相应发生改变。相应发生改变。IRK的内向整流特性，部分是由于细胞内的内向整流特性，部分是由于细胞内Mg2+进入孔道内阻进入孔道内阻断钾离子内流所致；断钾离子内流所致；另外还有一个内源性的门控机制，使得其在细胞内无另外还有一个内源性的门控机制，使得其在细胞内无Mg2+的情况下仍具有内向整流特性的情况下仍具有内向整流特性，该，该“门门”不仅受钾的跨膜电化学梯度不仅受钾的跨膜电化学梯度影响，也对胞内影响，也对胞
28、内Mg2+浓度敏感。浓度敏感。IRK类既是电压依赖的，又是受体依赖的钾类既是电压依赖的，又是受体依赖的钾通道通道，如，如KACh、及其它、及其它G蛋白调节的钾通道也属于这一类型的通道。蛋白调节的钾通道也属于这一类型的通道。78798081828384氯通道是在心肌细胞上研究较晚的一个离子通道。氯通道是在心肌细胞上研究较晚的一个离子通道。虽然氯离子在心肌电活动中的作用，虽然氯离子在心肌电活动中的作用，早在早在60年代就已年代就已经为人们所注意。并认为它是对经为人们所注意。并认为它是对1期复极起作用的离子期复极起作用的离子流。这在流。这在70年代及到普遍承认。但是后来有很多证据年代及到普遍承认。但
29、是后来有很多证据表明，该期的复极电流是一种钾离子流表明，该期的复极电流是一种钾离子流Ito。直到直到85（一）氯通道分类（一）氯通道分类u1、cAMP激活的激活的Icl、cAMP、（、（CFTR）；）；u2、钙激活的、钙激活的Icl.Ca；u3、胞外、胞外ATP激活的激活的Icl.purinergic；u4、细胞肿胀引起的、细胞肿胀引起的Icl.swell；u5、蛋白激酶、蛋白激酶C激活的激活的Icl.PKC；u6、背景基础电流、背景基础电流Icl.b。u目前研究最深入和详细的是目前研究最深入和详细的是Icl.cAMP。86（二）氯通道的分子结构（二）氯通道的分子结构n氯通道广泛地分布于各种细
30、胞，包括可兴奋及非可兴奋细胞，氯通道广泛地分布于各种细胞，包括可兴奋及非可兴奋细胞，而在非可兴奋细胞上，研究的更多。而在非可兴奋细胞上，研究的更多。n目前研究最深入的是目前研究最深入的是Icl.cAMP ,主要特点是主要特点是外向整流性质和时间外向整流性质和时间不依赖性，对细胞外不依赖性，对细胞外Na+变化敏感变化敏感，Cl-通道的活动受细胞内通道的活动受细胞内cAMP依赖性蛋白激酶依赖性蛋白激酶A（PKA）的调节。研究表明，）的调节。研究表明， Icl.cAMP在在调节心调节心肌动作电位时程和静息电位方面起主要作用肌动作电位时程和静息电位方面起主要作用，结果还提示，结果还提示Icl.cAMP
31、可能与病理状态下某些心律失常的发生有关。可能与病理状态下某些心律失常的发生有关。87（二）氯通道的分子结构（二）氯通道的分子结构按照功能，氯通道分大体分为按照功能，氯通道分大体分为4种类型：种类型：u背景（或电压依赖性）氯背景（或电压依赖性）氯通道通道u双屏障氯通道双屏障氯通道u大电导氯通道大电导氯通道u配体门控氯通道及配体门控氯通道及CFTR氯氯通道通道背景氯通道背景氯通道的分子结构主要有的分子结构主要有5类：类：CIC-0，CIC-I，CIC-2CIC-3, CIC-K1。88（二）氯通道的分子结构（二）氯通道的分子结构心肌上的心肌上的cAMP依赖性氯通道与囊性纤维变依赖性氯通道与囊性纤维
32、变性跨膜电导调节体的性质相似，且高度同源。性跨膜电导调节体的性质相似，且高度同源。CFTR首先发现于上皮细胞上，其本质是一首先发现于上皮细胞上，其本质是一种种Cl-通道。通道。囊性纤维变性（囊性纤维变性（CF）患者，由）患者，由于基因突变，氨基酸组成及序列发生改变，于基因突变，氨基酸组成及序列发生改变，导致上皮细胞膜对的导致上皮细胞膜对的Cl-通透性发生障碍。通透性发生障碍。 CFTR是由两个跨膜区及其间的连接区是由两个跨膜区及其间的连接区（称为（称为R区）构成（图），每个跨膜区也是区）构成（图），每个跨膜区也是由由6个跨膜肽段，（个跨膜肽段，（TS及及TS）用其让的连接组成，但每个区还有一个
33、核苷用其让的连接组成，但每个区还有一个核苷结合位点（结合位点（NBD1和和NBD2）。其中，）。其中，TS含有含有CFTR的孔道区的孔道区，R区可能是区可能是通道的失活门。通道的失活门。通道的开放需要通道的开放需要ATP和水解和水解和和R区的磷酸化区的磷酸化。因而，通道的门控受细胞。因而，通道的门控受细胞内内cAMP及及PKA的调节，并与的调节，并与G蛋白有直接蛋白有直接关系。关系。89（二）氯通道的分子结构（二）氯通道的分子结构 从电鳐获得的电压依赖性从电鳐获得的电压依赖性Cl-通道称为通道称为CIC-0，于，于1990年通过功年通过功能表达而克隆。推测有能表达而克隆。推测有12个跨膜区。基
34、于与个跨膜区。基于与CIC-0的同源性，骨骼的同源性，骨骼肌内肌内Cl-通道通道CIC-1也被克隆，随后是也被克隆，随后是CIC-2、CIC-K1和和CIC-3。CIC-1在骨胳肌中随发育调节并特异表达在骨胳肌中随发育调节并特异表达,起突变可致先天性肌强直。起突变可致先天性肌强直。CIC-2在胰腺、肺、肝、脑及肌肉中表达，参与容量性调节。在胰腺、肺、肝、脑及肌肉中表达，参与容量性调节。CIC-3在大脑中表达，在信号转导中起重要作用。在大脑中表达，在信号转导中起重要作用。CIC-K1主要在肾中表主要在肾中表达，参与调节尿中电解质浓度。达，参与调节尿中电解质浓度。90化学门控性离子通道化学门控性离
35、子通道91 （一）配体门控性离子通道（一）配体门控性离子通道92化学门控离子通道的分子结构化学门控离子通道的分子结构93化学门控性离子通道化学门控性离子通道94细胞可以接受各种各样的机械刺激包括摩擦力、压力、细胞可以接受各种各样的机械刺激包括摩擦力、压力、牵引力、重力、剪切力等。牵引力、重力、剪切力等。细胞将机械刺激的信号转化为细胞将机械刺激的信号转化为电化学信号最终引起细胞反应的过程称为机械力信号转导。电化学信号最终引起细胞反应的过程称为机械力信号转导。95目前比较明确的有两种感受机械刺激通道n一种是牵拉活化或失活的离子通道一种是牵拉活化或失活的离子通道n另一种是剪切力敏感的离子通道。前者几
36、乎存在于所有细胞膜，另一种是剪切力敏感的离子通道。前者几乎存在于所有细胞膜，研究较多的有血管内皮细胞、心肌细胞以及内耳中的毛细胞等。后研究较多的有血管内皮细胞、心肌细胞以及内耳中的毛细胞等。后者仅发现于内皮细胞和心肌细胞。牵拉敏感性的离子通道是指能直者仅发现于内皮细胞和心肌细胞。牵拉敏感性的离子通道是指能直接被细胞膜牵拉所开放或关闭的离子通道。其特点为对离子的无选接被细胞膜牵拉所开放或关闭的离子通道。其特点为对离子的无选择性、无方向性、非线性以及无潜伏期。这种通道为择性、无方向性、非线性以及无潜伏期。这种通道为1价或价或1价的阳价的阳离子通道，有离子通道，有Na+、K+、Ca2+，以，以Ca2
37、+为主。研究表明，为主。研究表明，96目前比较明确的有两种感受机械刺激通道a、当内皮细胞被牵拉时，由于通道开放致、当内皮细胞被牵拉时，由于通道开放致Ca2+内流，使内流，使Ca2+介介导的血管活性物质分泌增多，导的血管活性物质分泌增多，Ca2+还可作为第二信使导致进一步的信还可作为第二信使导致进一步的信号转导。号转导。b、内耳毛细胞的高纤毛侧壁上也存在对牵张敏感的离子通道，每、内耳毛细胞的高纤毛侧壁上也存在对牵张敏感的离子通道，每根纤毛约有根纤毛约有56个，纤毛间有顶部连接，当声波振动时，由于顶部连个，纤毛间有顶部连接，当声波振动时，由于顶部连接被牵拉使通道开放，造成锂离子的跨膜流入。，接被牵
38、拉使通道开放，造成锂离子的跨膜流入。，c 、牵拉敏感的离子通道还参与低渗透压时细胞容积的调节。、牵拉敏感的离子通道还参与低渗透压时细胞容积的调节。97电生理方法已经在电生理方法已经在3030多种动物细胞中记录到机械敏感多种动物细胞中记录到机械敏感通道的存在，对线虫的遗传分析表明，其触摸反应蛋白可通道的存在，对线虫的遗传分析表明，其触摸反应蛋白可能是一种通道样的结构。然而第一和唯一的能是一种通道样的结构。然而第一和唯一的1 1个机械力门个机械力门控道是从大肠杆菌中克隆出来的，称为机械力敏感性大电控道是从大肠杆菌中克隆出来的，称为机械力敏感性大电导通道。导通道。9899100101102103104105106107108109110111112113114115116117118119120121Thanks！
