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第二节 离子通道 主要内容 一、离子通道的基本生物物理学特性 二、电压门控离子通道 三、化学（配体）门控离子通道 三、化学（配体）门控离子通道 * 离子通道(ion channel)是神经、肌肉、腺体等许多组织细胞膜上的基本兴奋单元，它们产生和传导电信号。可把每一通道看做一个对特殊刺激发生反应的可兴奋的蛋白分子。 由于生物物理学和分子生物学的迅速发展，新的研究技术包括膜片钳技术(patch clamp)和分子克隆及基因突变技术等得以广泛应用，人们已经开始有能力从分子水平来解释离子通道的孔道特性、动力学过程、结构与功能的关系以及功能的表达和调节等。 一、离子通道的基本生物物理学特性 (一)门控机制 离子通道必须能够开放和关闭，才能实现其产生和传导电信号的生理功能。根据通道开、关的调控机制(又称门控机制，gating mechanism)的不同，离子通道可分为三大类：一类是配体门控离子通道([igand-gated channels)，直接受胞外的神经递质和胞内的cGMP、cAMP、IPa等化学信使的调节；另一类是电压门控通道(voltage-gated channels)，其开和关一方面是由膜电位所决定(电压依赖性)，另一方面与电位变化的时间有关(时间依赖性)，这类通道在维持可兴奋细胞的动作电位方面起着相当重要的作用；第三类为机械门控通道。 电压门控通道：通道启闭由两侧的电位差所决定， 如常见的Na+、K+、Ca2+等通道。 化学门控通道（配基门控通道）：通道启闭则受膜 环境中某些化学物质（如神经递质、 膜内Ca2+浓度等）所决定。 机械门控通道：通道启闭受膜的局部机械性刺激， 如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞、 血管壁上的内皮细胞及骨骼肌细胞等 都存在这类通道。 门控通道的分类 此外，还有非门控通道，经常开放，主要与静息电位有关。 在整个动作电位时程中，离子通道至少经历三种不同状态的循环转换，即静息关闭状态(closed resting state)、开放状态(open state)，失活关闭状态(closed inactive state)。处于静息关闭状态的通道遇到适宜的刺激时即可进入开放状态，即激活过程(activation)。有的通道在开放后将随着时间逐渐进入失活关闭状态，即失活过程(inactivation)。失活关闭状态的通道不能直接进入开放状态而处于一种不应期。只有使通道从失活关闭状态进入到静息关闭状态后，通道才能再度接至外界刺激而激活开放，这一过程称为复活(reactivation)。 静息关闭 开放 失活关闭 刺激 为了解释这种通道开、关的调节机制，Hodgkin和Huxley在应用电压钳制技术测量膜电流的实验基础上．提出了所谓门控机制的“H-H模型”。他们假设钠通道的开、关是由m、h两个门来控制的，静息时，m门处于“关”的状态，而h门处于“开”的状态。去极化刺激使m门被激活而转为”开”，整个通道迅速进入开放状态而触发内向的Na+电流。这一去极化刺激同时也使得h门进入失活状态而开始缓慢关闭，因此，虽然m门还是“开”的，通道已进入了失活关闭状态。复活过程中，h门回到“开”的状态而m门回到“关”的状态。由于m门和h门都有开和关两种状态，故通道的状态是由这两个门的两种状态所形成的三种组合来决定的。只有当m、h都处于“开”时通道才是开放的；其他两种组合则对应于静息关闭和失活关闭两种状态。 m门、h门 均开→通道开放 m 门关、h门开→静息关闭 m门开、h门关→失活关闭 (二)离子选择性 不同通道对不同离子的通透性不同，即具有离子选择性(ionic selectivity)。通道对各种离子的选择性一般认为由通道内的氨基酸残基所决定。根据离子选择性的不同，通道可分为钠通道、钙通道、钾通道、氯通道等。但须指出，通道的离子选择性只是相对的，而不是绝对的。比如，Na+通道除了对Na+通道外，对NH4+也通透，甚至对K+也稍有通透。 （一)钠通道 1、钠通道亚型及其特性 钠通道广泛分布于可兴奋细胞中、现已克隆出至少五种亚型的钠通道，其中多数对钠通道特异性阻断剂-河豚毒素(TTX)较敏感，而心肌细胞中存在一种主要类型的钠通道(hl型)，则对TTX的敏感度较低（较其他钠通道亚型低约200倍）。 钠通道有三大特征；①