细胞电生理学与膜片钳技术

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1、cellelectrophysiology&patchclamptechniques小林/forry祝你科研学习顺利1991Nobel基金会的颁奖评语：膜片钳技术点燃了细胞和分子水平的生理学研究的革命之火，为细胞生理学的研究带来了一场革命性的变化，它和基因克隆技术并驾齐驱，给生命科学研究带来了巨大的前进动力。2、膜片钳技术及其应用3、离子通道药理学1、细胞电生理学OUTLINE细胞电生理学Electrophysiology细胞生理学：揭示细胞的生理过程，用电生理方法记录生物电活动测量离子、离子通道细胞

2、兴奋生物电信号细胞生理学膜的“流动镶嵌模型”细胞膜和离子学说建立（Hodgkin，etal.1946年）磷脂双层的屏蔽作用Na-K泵[K+]o<<[K+]i[Na+]o>>[Na+]i离子的跨膜分布离子通道(ionchannels)离子通道是细胞膜上的一种特殊整合蛋白，对某些离子（K+、Na+、Ca2+等）能选择通透，其功能是细胞生物电活动的基础。特性：通透性（permeation）选择性（selectivity）门控性（gating）研究技术：膜片钳技术和分子克隆技术配体门控通道阳离子通道：乙酰胆碱

3、、谷氨酸、五羟色胺受体阴离子通道：甘氨酸和γ－氨基丁酸受体通道蛋白——离子通道乙酰胆碱受体电压门控通道：钾、钠、钙离子通道通道蛋白——离子通道电压门控钾离子通道环核苷酸门控通道气味分子与G蛋白偶联型受体结合，激活腺苷酸环化酶，产生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道（cAMP-gatedcationchannel），引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。机械门控通道一类是牵拉活化或失活的离子通道，另一类是剪切力敏感的离子通道，前者几乎存在于所有的细胞膜，研究较多的有血管内皮细胞、

4、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水通道2003年诺贝尔化学奖：PeteAgre、RoderickMacKinnon通道蛋白——离子通道2、膜片钳技术及其应用3、离子通道药理学1、细胞电生理学OUTLINE电生理学研究简史：二千年前，观察到电鳐鱼放电现象。1825年，Nobili发明了电流计，用其证实了肌肉有电流存在。1912年，Bridge确定了AP的“全或无”现象。同年，Oxford提出了突触的概念及反射弧的生理学研究，获1932年Nobel奖。1937年，Hodgkin

5、和Huxley在枪乌贼巨大神经轴突细胞内实现细胞内电记录，获1963年Nobel奖。1946年，凌宁和Gerard创造拉制出尖端直径小于1μm的玻璃微电极，并记录了骨骼肌的电活动。玻璃微电极的应用使的电生理研究进行了革命性的变化。Voltageclamp（电压钳技术）由Cole和Marmont发明，并很快由Hodgkin和Huxley完善，真正开始了定量研究，建立了H－H模型（膜离子学说),是近代兴奋学说的基石。1948年，Katz利用细胞内微电极技术记录到了终板电位；1969年，又证实N－M接触后的

6、Ach以“量子式”释放，获1976年Nobel奖。1976年，德国的Neher和Sakmann发明PatchClamp（膜片钳）。并在蛙横纹肌终板部位记录到乙酰胆碱引起的通道电流。1980年，Sigworth、Hamill、Neher等在记录电极内施加负压吸引，得到了10~100GΩ的高阻封接(gigaseal)，大大降低记录噪声，实现了单根电极既钳制膜电位又记录单通道电流。获1991年Nobel奖。HistoryofIonChannelStudy1955年，Hodgkin和Keens应用电压钳(Vo

7、ltageclamp)在研究神经轴突膜对钾离子通透性时发现，放射性钾跨轴突膜的运动很像是通过许多狭窄空洞的运动，并提出了“通道”的概念。1963年，描述电压门控动力学的Hodgkin-Huxley模型（简称H-H模型），荣获诺贝尔医学/生理学奖。1976年，Neher和Sakmann建立膜片钳(Patchclamp)技术。1983年10月，《Single-ChannelRecording》一书问世，奠定了膜片钳技术的里程碑。1991年，Neher和Sakmann的膜片钳技术荣获诺贝尔医学/生理学奖。1

8、963年诺贝尔生理学/医学奖发现了神经细胞膜的周边和中央部分与兴奋和抑制有关的离子机制艾克尔斯SirJohnCarewEccles澳大利亚澳大利亚国家大学1903年--1997年霍奇金AlanLloydHodgkin英国英国剑桥大学1914年--1998年赫克斯利AndrewFieldingHuxley英国英国伦敦大学1917年--TheNobelPrizeinPhysiologyorMedicine(1991)ErwinNeherBertSakmann