鉀離子通道PPT學(xué)習(xí)教案

1、鉀離子通道鉀離子通道的含義 離子通道是大分子膜蛋白在細(xì)胞膜上圍成的含有水分子的孔道。 它通過(guò)殘基側(cè)鏈與離子相互作用，發(fā)揮專(zhuān)一性屏蔽通透功能。 鉀離子通道是第一個(gè)人們用肉眼觀察到晶體結(jié)構(gòu)的離子通道，也是分布最廣、類(lèi)型最多的一類(lèi)通道，它存在于所有的真核細(xì)胞并發(fā)揮著多種至關(guān)重要的生物學(xué)功能。第1頁(yè)/共15頁(yè)離子通道的一般特征 一是離子通道是門(mén)控的，即離子通道的活性由通道開(kāi)或關(guān)兩種構(gòu)象所調(diào)節(jié)，并通過(guò)開(kāi)關(guān)應(yīng)答相應(yīng)的信號(hào)。根據(jù)門(mén)控機(jī)制，離子通道可分為電壓門(mén)控、配體門(mén)控、壓力激活離子通道。二是通道對(duì)離子的選擇性，離子通道對(duì)被轉(zhuǎn)運(yùn)離子的大小與電荷都有高度的選擇性。第2頁(yè)/共15頁(yè)鉀離子通道的分類(lèi) 縱觀鉀離子通

2、道的發(fā)展史，有不同的分類(lèi)方法.分類(lèi)依據(jù)有：電導(dǎo)、電壓與電流特征，生物種系，通道分子結(jié)構(gòu)，氨基酸的分子系列，通道蛋白的同源性等。 在哺乳動(dòng)物中鉀離子通道共分為兩大家族 ：電壓門(mén)控制通道家族和內(nèi)向整流通道家族，它們的結(jié)構(gòu)功能特征有顯著的差異。第3頁(yè)/共15頁(yè)電壓門(mén)控K+道 電壓門(mén)控K+道，為六跨膜結(jié)構(gòu)單孔道，經(jīng)6次跨膜，在S5和S6之間夾一個(gè)相當(dāng)于鈉通道P段的H5段，每個(gè)通道擁有4個(gè)如此重復(fù)的成分。此種成分與鈉、鈣離子通道相同。通道的活化閘門(mén)也有4個(gè)S4構(gòu)成。所不同的是鉀離子通道每個(gè)亞單位含有1或2個(gè)功能區(qū)，而鈉、鈣離子通道則有4個(gè)。第4頁(yè)/共15頁(yè) 電壓門(mén)控K+道又稱(chēng)電壓依賴(lài)性鉀通道，是已知通道

3、最多的家族，又可以分為三類(lèi)： 1、延遲整流鉀通道。膜去極化時(shí)經(jīng)過(guò)延遲才能激活，失活也緩慢，時(shí)間從數(shù)百毫秒至數(shù)十秒不等。 2、A型瞬時(shí)鉀通道。它的激活和失活都迅速，由于活化后約1ms滅火閘門(mén)就啟動(dòng)，故又稱(chēng)瞬時(shí)快K+通道。 3、鈣激活鉀通道。它受電壓和鈣離子雙重門(mén)控。其結(jié)構(gòu)略有不同，有兩個(gè)功能獨(dú)特的區(qū)域，為二跨膜結(jié)構(gòu)單孔道。由去極化激活，但還受胞內(nèi)鈣離子濃度調(diào)控。KCa又分為三類(lèi)：BKCa,SKCa和IKCa。每一類(lèi)中有可以分為不同的亞類(lèi)，在人類(lèi)淋巴細(xì)胞中主要是IKCa，在Juketcell中主要是SKCa2，SKCa3主要存在于B淋巴細(xì)胞和小鼠胸腺細(xì)胞中。第5頁(yè)/共15頁(yè)電壓依賴(lài)性鉀通道 延遲整

4、流鉀通道（KV）: KV1 KV9，外向電流, 膜復(fù)極化 慢激活整流鉀通道 ( Ik s ) 快激活整流鉀通道(Ik r) 起搏電流 ( Ii ) Adr Ach 心率 第6頁(yè)/共15頁(yè)內(nèi)向整流K+通道它有兩次穿膜螺旋和夾于其間的H段構(gòu)成，為四跨膜單孔道，即相當(dāng)Kv分子的后半部分,它沒(méi)有閘門(mén)和電壓感受器結(jié)構(gòu)。第7頁(yè)/共15頁(yè)內(nèi)向整流鉀通道 1）KIR 通道：存在于心肌細(xì)胞（心室、心房、Pf） （2） KATP 通道： 心肌缺血、缺氧、ATP減少時(shí)開(kāi)放 K+外流 APD縮短 心肌收縮性 耗氧保護(hù)心??；引起缺血性心律失常。血管平滑肌-開(kāi)放C超極化Ca2+內(nèi)流血管擴(kuò)張第8頁(yè)/共15頁(yè)鈣依賴(lài)性鉀通道(

5、Kca) 高電導(dǎo)激活的BK開(kāi)放 K+ 外 流 膜復(fù)極化和超極化 血管擴(kuò)張;膜去極化和Ca2+內(nèi)流血管收縮第9頁(yè)/共15頁(yè)選擇性離子傳導(dǎo) 鉀離子通道的基本功能是傳導(dǎo)鉀離子穿過(guò)細(xì)胞膜。鈉離子小于鉀離子，它們的原子半徑分別為0.95埃(1埃為0.1納米)和1.33埃，但鉀離子通道卻能有效地選擇鉀離子通過(guò)，其選擇性是鈉離子的1000倍。鉀離子通道在對(duì)鉀離子有高度選擇的同時(shí)，它傳導(dǎo)鉀離子的速率亦超常的高。鉀通道的孔道是由4個(gè)相同的亞基以對(duì)稱(chēng)的方式圍成的離子傳導(dǎo)通路。第10頁(yè)/共15頁(yè) 鉀通道的離子高度選擇性和超高的傳導(dǎo)速率似乎自相矛盾。高度的離子選擇性不僅需要離子間相互作用的精確協(xié)調(diào)、離子與結(jié)合位點(diǎn)非過(guò)

6、緊的結(jié)合，同時(shí)又要防止離子過(guò)快擴(kuò)散。從結(jié)構(gòu)上看，目前有以下兩個(gè)原因可以解釋離子高度選擇性和超高傳導(dǎo)速率似乎矛盾的現(xiàn)象。第一，離子傳導(dǎo)過(guò)程中選擇性過(guò)濾器含有一個(gè)以上的離子。相同離子之間由此所產(chǎn)生的排斥作用可以克服并降低離子與其結(jié)合位點(diǎn)的內(nèi)在親和力。選擇性過(guò)濾器的四個(gè)鉀離子結(jié)合位點(diǎn)，在特定的時(shí)間點(diǎn)只有兩個(gè)鉀離子可與其受點(diǎn)結(jié)合，即結(jié)合在1、3或2、4的位置上。此傳導(dǎo)過(guò)程重復(fù)進(jìn)行，致使鉀離子不斷從細(xì)胞外運(yùn)送到細(xì)胞內(nèi)，反過(guò)來(lái)亦如此。這一結(jié)果與50年前霍奇金(A.Hodgkin)等提出的單排列離子傳導(dǎo)學(xué)說(shuō)恰好吻合。第二個(gè)解釋是在高度選擇性下的超高傳導(dǎo)速率取決于選擇性過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)與細(xì)胞內(nèi)鉀離子的濃度。當(dāng)細(xì)胞

7、內(nèi)鉀離子遠(yuǎn)低于正常濃度時(shí)，選擇性過(guò)濾器內(nèi)的鉀離子由原來(lái)的兩個(gè)降低為一個(gè)，并伴有過(guò)濾器結(jié)構(gòu)構(gòu)象的改變。正常過(guò)濾器傳導(dǎo)離子的結(jié)構(gòu)構(gòu)象需要兩個(gè)鉀離子的維持，第二個(gè)鉀離子一旦進(jìn)入通道便引起構(gòu)象的變化。這一現(xiàn)象是簡(jiǎn)單的熱力學(xué)結(jié)果，即極少部分離子結(jié)合的能量用來(lái)改變過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)，其結(jié)果是離子輕松地與過(guò)濾器結(jié)合，而不像構(gòu)象改變之前離子結(jié)合得那樣緊密。這種微弱的離子結(jié)合是超高傳導(dǎo)速率的前提。第11頁(yè)/共15頁(yè)電壓門(mén)控鉀離子通道的門(mén)控機(jī)制 對(duì)外部信號(hào)的刺激，離子通道的反應(yīng)是開(kāi)放或關(guān)閉。離子通道的開(kāi)放和關(guān)閉過(guò)程亦稱(chēng)為門(mén)控。簡(jiǎn)單化的門(mén)控過(guò)程即通道從關(guān)閉到開(kāi)放，開(kāi)放的通道再回到關(guān)閉的狀態(tài)。通道從關(guān)閉到開(kāi)放的過(guò)程中，還需

8、通過(guò)關(guān)閉中的失活過(guò)程(closed-stateinactivation)，然后再進(jìn)入開(kāi)放的狀態(tài)。除此之外，開(kāi)放的通道還可以失活后再回到關(guān)閉的狀態(tài)。門(mén)控過(guò)程對(duì)細(xì)胞電活動(dòng)的產(chǎn)生和調(diào)節(jié)起著重要的作用。在這個(gè)過(guò)程中，Kv電壓門(mén)控鉀離子通道在細(xì)胞膜去極化時(shí)受到激活而突然開(kāi)放，而開(kāi)放后的鉀離子通道在瞬間內(nèi)(數(shù)毫秒至數(shù)十毫秒)自身失活關(guān)閉。電壓門(mén)控Kv通道的激活和失活的速率受膜電壓的影響而改變。第12頁(yè)/共15頁(yè) 膜電位感受器 細(xì)胞膜離子通道對(duì)不同離子的通透性決定了細(xì)胞膜的膜電位。對(duì)電壓門(mén)控離子通道來(lái)說(shuō)，細(xì)胞膜電位也控制著通道的開(kāi)放或關(guān)閉。因此，離子通道的活動(dòng)對(duì)細(xì)胞膜電位的調(diào)節(jié)提供了一個(gè)反饋的機(jī)制，這對(duì)細(xì)胞電信號(hào)的產(chǎn)生起著至關(guān)重要的作用。從理論上講，