钾离子通道.ppt

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钾离子通道 细胞膜上的“晶体”管 钾离子通道的发现 ???钾离子通道的分子生物学研究起始于Shaker K+通道基因的发现,在乙醚麻醉下,该基因缺陷的果蝇自发地、强烈地抖动肢体,这种表现型的果蝇取名为Shaker(颤抖)突变子。1988年,简(L. Jan)研究组根据对果蝇Shaker突变子表现型的观察,首次从果蝇脑中克隆出了Shaker K+通道基因。这一突破性成果,曾掀起了一场空前的离子通道分子生物学研究的热潮。自Shaker K+通道基因发现后的短短几年里,从人到不同种属的动物,人们克隆并发现了上百种钾离子通道基因。 钾离子通道的含义 ??离子通道是大分子膜蛋白在细胞膜上围成的含有水分子的孔道。 它通过残基侧链与离子相互作用,发挥专一性屏蔽通透功能。 钾离子通道是第一个人们用肉眼观察到晶体结构的离子通道,也是分布最广、类型最多的一类通道,它存在于所有的真核细胞并发挥着多种至关重要的生物学功能。 离子通道的一般特征 一是离子通道是门控的,即离子通道的活性由通道开或关两种构象所调节,并通过开关应答相应的信号。根据门控机制,离子通道可分为电压门控、配体门控、压力激活离子通道。 ?? 二是通道对离子的选择性,离子通道对被转运离子的大小与电荷都有高度的选择性。 钾离子通道的分类 纵观钾离子通道的发展史,有不同的分类方法.分类依据有:电导、电压与电流特征,生物种系,通道分子结构,氨基酸的分子系列,通道蛋白的同源性等。 在哺乳动物中钾离子通道共分为两大家族 :电压门控制通道家族和内向整流通道家族,它们的结构功能特征有显著的差异。 电压门控K+道 电压门控K+道,为六跨膜结构单孔道,经6次跨膜,在S5和S6之间夹一个相当于钠通道P段的H5段,每个通道拥有4个如此重复的成分。此种成分与钠、钙离子通道相同。通道的活化闸门也有4个S4构成。所不同的是钾离子通道每个亚单位含有1或2个功能区,而钠、钙离子通道则有4个。 电压门控K+道又称电压依赖性钾通道,是已知通道最多的家族,又可以分为三类: 1、延迟整流钾通道。膜去极化时经过延迟才能激活,失活也缓慢,时间从数百毫秒至数十秒不等。 2、A 型瞬时钾通道。它的激活和失活都迅速,由于活化后约1ms灭火闸门就启动,故又称瞬时快K+通道。 3、钙激活钾通道。它受电压和钙离子双重门控。其结构略有不同,有两个功能独特的区域,为二跨膜结构单孔道。由去极化激活,但还受胞内钙离子浓度调控。KCa又分为三类:BKCa, SKCa 和IKCa。每一类中有可以分为不同的亚类,在人类淋巴细胞中主要是IKCa ,在Juket cell中主要是SKCa2, SKCa3主要存在于B淋巴细胞和小鼠胸腺细胞中。 电压依赖性钾通道 ? 延迟整流钾通道(KV): KV1~ KV9,外向电流, 膜复极化 慢激活整流钾通道 ( Ik s ) 快激活整流钾通道(Ik r) ? 起搏电流 ( Ii ) Adr Ach ↑心率↓ 内向整流K+通道 它有两次穿膜螺旋和夹于其间的H段构成,为四跨膜单孔道,即相当Kv分子的后半部分,它没有闸门和电压感受器结构。 内向整流钾通道 1)KIR 通道:存在于心肌细胞(心室、心房、Pf) (2) KATP 通道: 心肌缺血、缺氧、ATP减少时开放 → K+外流→ APD缩短→ ↓ 心肌收缩性 ↓耗氧→保护心肌;引起缺血性心律失常。血管平滑肌-开放→C超极化→Ca2+内流↓→血管扩张 钙依赖性钾通道(Kca) 高电导激活的BK开放→ K+ 外 流→ 膜复极化和超极化→ 血管扩张;膜去极化和Ca2+内流→血管收缩 选择性离子传导 ?钾离子通道的基本功能是传导钾离子穿过细胞膜。钠离子小于钾离子,它们的原子半径分别为0.95埃(1埃为0.1纳米)和1.33埃,但钾离子通道却能有效地选择钾离子通过,其选择性是钠离子的1000倍。钾离子通道在对钾离子有高度选择的同时,它传导钾离子的速率亦超常的高。钾通道的孔道是由4个相同的α亚基以对称的方式围成的离子传导通路。 钾通道的离子高度选择性和超高的传导速率似乎自相矛盾。高度的离子选择性不仅需要离子间相互作用的精确协调、离子与结合位点非过紧的结合,同时又要防止离子过快扩散。从结构上看,目前有以下两个原因可以解释离子高度选择性和超高传导速率似乎矛盾的现象。第一,离子传导过程中选择性过滤器含有一个以上的离子。相同离子之间由此所产生的排斥作用可以克服并降低离子与其结合位点的内在亲和力。选择性过滤器的四个钾离子结合位点,在特定的时间点只有两个钾离子可与其受点结合,即结合在1、3或2、4的位置上。此传导过程重复进行,致使钾离子不断从细胞外运送到细胞内,反过

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