离子通道综述

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1、离子通道研究综述摘要:近年来，随着分子生物学、电生理学和离子通道的结合研究，人们已经能从植物细胞中单独分离并克隆出离子通道基因，从而对离子通道有了进一步的了解。结合过去的经典研究实验以及国内外的最新研究成果，本文将从离子通道的主要检测手段、主要种类、药物研究、最新进展以及前景展望等几个方面进行综述。关键词：离子通道植物K+离子通道药物设计中图法分类号：Q952.5文献标识码：AAbstract:Inrecentyears,withthecombinationofmolecularbiology,electrophysiologyandionchannelresearch,p

2、eoplehadseparatedandclonedsingleionchannelgenefromtheplantcells,andhavehadafurtherunderstandingabouttheionchannels.Combinedwiththepastclassicresearchlaboratoryandthelatestresearchresultshomeandabroad,thispaperwillmainlyintroducethetestingmethods,themaintypes,drugresearch,thelatestprogressa

3、ndprospectoftheionchannel.Keywords:ionchannel;PlantK+ionchannels;drugdesign离子通道是细胞膜（包括细胞质膜和细胞内膜）上具有特殊功能的跨膜蛋白质，由于带电的离子不能自由通过磷脂双分子层，只能通过细胞膜上的离子通道进行转运，因此离子通道在生物体的生命活动中起着至关重要的作用。20世纪40年代末，Hodgkin等学者最先提出了“Na+--K+双通道模型”[1]振撼了神经生理学界，随后科学家们不仅对动物和人体细胞上的离子通道开展了研究，而且对植物、昆虫细胞[2,3,4]上的离子通道也进行了探索。离子通道具有

4、选择性、饱和性、可控制性等多种特性[5]，同时又受到多种因素的调控，如膜电压、机械刺激、配体刺激和G蛋白活化[6]等。1、离子通道的主要检测手段离子通道的主要检测手段有电压固定技术和膜片钳技术，电压固定技术[7]的基本思想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率的变化。该方法是用离子通道电导特性的变化来描述生物膜的兴奋与变化，以及解释有关的各种生理现象。这一技术现已成为可兴奋细胞膜上电生理研究的基本手段与分析方法。膜片钳技术，最早又称斑片电压固定技术，是在电压固定技术基础上发展起来的一种新技术。其原理是将尖端

5、为1um的玻璃微电极吸附到细胞表面，使微电极与细胞膜形成高阻封接，从而可记录到膜上pA级的离子通道电流。很明显，高阻封接是实现膜电位固定的关键，其实质是使电极尖开口处与相接的细胞膜小区域（膜片）形成不管是在机械上还是在电学上都极为紧密的封接，从而可反映细胞上单一（或多数）离子通道的分子活动[8]。随着膜片钳技术的出现，目前有四种不同的记录方式：细胞吸附式、内面向外模式、外面向外模式和全细胞模式[9]。细胞吸附式(cell-attachedpatch)：将两次拉制后,经热抛光的微管电极置于清洁的细胞膜表面，形成高阻封接，在细胞膜表面隔离出一小片膜，即通过微管电极对膜片进行电压

6、钳制，从而测量膜电流。内面向外模式(inside-outpatch)：高阻封接形成后，将微管电极轻轻提起，使其与细胞分离，电极端形成密封小泡，在空气中短暂暴露几秒钟后，小泡破裂再回到溶液中，使小泡的外半部分破裂即得。外面向外模式(outside-outpatch)：高阻封接形成后，继续以负压抽吸，膜片破裂，再将玻管慢慢从细胞表面提起，断端游离部分自行融合成脂质双层而得到。全细胞模式(whole-cellmode)：在细胞吸附式的基础上，继续以负压抽吸，使电极管内细胞膜破裂，电极内液与胞内液直接相通而得到，这种方式既可以记录膜电位又可以记录膜电流。膜片钳技术广泛用于研究细胞离

7、子通道，逐渐成为细胞水平生理功能的常用技术；膜片钳技术还可准确监测出微小的与细胞分泌有相关性的膜电容变化，因而它还是一种研究细胞分泌机制的电生理学新方法；膜片钳技术已和其他多种技术结合并得到运用，其中和分子生物学手段的结合已取得了新的进展，使得细胞上离子通道的研究进入到分子水平[10]。2、离子通道的主要种类2.1K+离子通道离子通道中，K+通道是最庞大的家族，其对K+的选择性远高于其他阳离子，K+通道的存在对于营养元素的吸收，尤其是K+的低亲和性吸收具有重要的意义，同时也为其他离子的出入维持了一个较为稳定的膜电势