[精品]离子通道研究进展

《[精品]离子通道研究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、离子通道示意图。1-通道蛋白质结构（通常每个通道有一四个同源亚基［1］）,2-外前庭，3-选择性过滤器笃4-选择性过滤器的直径，5-磷酸化位点，6-细胞膜.离子通道研究进展陆亚宇（江苏教育学院生物系）指导老师：戴谷（江苏教育学院生物系）摘要：随着对离子通道研究的逐步深入，各种研究方法都暴露出一定的局限性.目前，对于离了通道的研究工作进入了一个新阶段，即对不同方法的综合应用阶段,这不仅冇助于人们在分子水平上认识离子通道的结构和功能的关系，也为不同领域的科学家提供了更多的合作机会.首先介绍了离子通道理论及实验研究方法，并分析了各种

2、研究方法综合应用的必要性，展望了这一领域的发展前景及其所面临的挑战性问题.并介绍最新的全自动膜片钳技术及其最新进展，它具有直接性、高信息最及高精确性的特点。近来在多个方面作出新的突破，如高的实验通量表现，较高的自动化程度、良好的封接质量、微量加样等。目前，该技术在以离子通道为靶标的药物研发，药物毒理测试以及虚拟药筛等方面有广阔的应用前景。全文对全自动膜片钳仪器的原理和技术细节作简单介绍。并简单介绍最新的关于K+通道在烟草屮的发现，并对利用现代生物技术手段提高烟叶含钾量进行了展望。关键字：离子通道；实验方法；全H动膜片钳；钾离子

3、通道刖H:细胞是通过细胞膜与外界隔离的，在细胞膜上有很多种离子通道（如右图），细胞通过这些通道与外界进行离子交换。离子通道在许多细胞活动屮都起关键作用，它是生物电活动的基础，在细胞内和细胞间信号传递中起着重要作川。随着基因纽测序工作的完成，更多的离子通道基因被鉴定出来，离子通道基因约占1.5%,至少冇400个基因编码离了通道。相应的由于离子通道功能改变所引起的屮枢及外周疾病也越來越受到垂视。离子通道的实验研究最初主要来源于生理学实验。1949〜1952年，Hodgkin等发展的“电压钳技术”为离子通透性的研究提供技术条件。60

4、年代屮期，一些特异性通道抑制剂的发现为离子通道的研究提供有力武器。1976年Neher和Sakmann发展的膜片钳技术直接记录离子单通道电流，为从分了水平上研究离了通道提供直接手段。80年代小期，住化技术的进步，分子生物学以及基因重组技术的发展，使人们能够分离纯化许多不同的通道蛋白，直接研究离子通道的结构少功能关系。通道结构和功能的研究口益成为电生理学、分了生物学、生物化学、物理学等多学科交叉的热点问题.对离子通道进行研究，传统的实验方法是电压钳技术、膜片钳技术等电生理学研究方法［；传统的理论方法主要包括PNP模型和布朗动力学

5、模型，伴随计算机技术的迅猛发展和X射线晶体衍射图谱技术在离子通道研究屮的应用，以及Mackinnon等用X射线品体衍射技术成功解析出多个高分辨率离子通道三维空间结构，使得人们得以使用分子动力学模拟和量了化学计算等模拟在分了水平认识离了通道结构和功能的关系;随着分了生物学快速发展，乂岀现了定点突变技术、人工膜离子通道重建技术等实验技术手段本文屮，笔者将重点介绍目前应用较为广泛的实验及理论研究方法，并在讨论综合研究重要性的基础上展望这-•领域的发展前景及其所面临的挑战.正文：1「离子通道研究的实验方法及优缺点[1]1.1技术实现原

6、理Nanion公司的PatchLinerNPCk216,MolecularDevices公司的IonworksHT和PatchXpress7000A全部采用的是'卜板微阵列技术。其技术特点如卜:在平板电极上打磨或者使用金属离子轰击成孔，毎孔都是大小均一的直径约1〜2的小孔，每个小孔下面冇电极连接到放大器，可对实验过程中的电流变化进行记录。将细胞悬浮液加载到平板玻璃孔上，通过调节压力和吸力，一个细胞便可以自动定位在小孔上（相当于微管电极的尖端），自动进行封接，自动判断封接并进一步施加负压破膜以进行全细胞模式实验（oFlyion公

7、司采用的是翻转膜片钳技术，全部操作过程由软件设定机器人完成。流程如下:机器人自动将细胞注入Fliptip微管（Fly2ion公司专利技术），然后口动把细胞冲洗到管尖底部，在负压的吸引下形成传统的吉欧封接。自动判断封接形成是否良好并自动破膜形成全细胞模式。随后，药物化合物等可以被自动应川到管内进行全细胞模式实验。这种方式形成的膜片钳完全排除显微镜和显微操作，从而革•命性的实现膜片钳技术的全自动化（7,8）。片钳实现原理（见Pipetteelectrode图1多种膜片钳技术实现的原理及过程图示4（a）传统膜片钳:移动玻璃微电极至选

8、定的细胞膜上；（b）平板微阵列膜片钳:通过负压的作用把自动细胞摆放在微电极记录尖端；（c）翻转膜片钳:细胞从管顶端注入微管内部并被冲到管底。多种膜片钳技术实现的原理及过程图示（a）传统膜片钳:移动玻璃微电极至选定的细胞膜上；（b）平板微阵列膜片钳:通过负压的作用把自动细胞摆放