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离通道的分子药理学1课件第一节离子通道研究简史年，提出了细胞生物电产生的膜学说。即细胞膜在静息状态下只对钾有通透性，由于钾离子扩散到膜外，细胞膜两侧出现了内负外正的极化状态，表现为静息电位（）。动作电位（）则是膜对其他离子通透性一过性的升高，导致膜两

侧电位差瞬间消失。年，描述了枪乌贼支配其外套膜肌的巨轴突直径可达。年，（霍基肯）和（哈克斯里）应用这一发现于细胞内膜电位的记录，并证实动作电位期间膜对钠通透性瞬间增大远远超过了对钾的通透性，出现了膜电位的倒转（超射）。年，及设计了电压钳（）技术，

由此开始了膜对离子通透性的直接测定。该技术经、和等加以改进，提出了描述电压门控通道门控动力学过程的模型，简称模型。年，和利用章鱼巨轴突神经元进行的动作电位经典实验，证明细胞通过不同的选择性离子通道来传递电信号。由此，他们提出了“通道

”（）的概念。并认为该类通道就是存在于细胞膜上的某些大分子蛋白质。年，、由于上述突出研究贡献而获得诺贝尔奖。年代末，奈尔和萨克曼发明了单通道记录技术，用于探测离子通道通透性的细节研究，年代推出了可记录单个通道和较小细胞电活动的膜片钳（）技术。年，膜片钳技术的创始人和因此获得该年度诺贝尔奖

。与此同时，钠、钾、钙等电压依赖性通道主要亚单位的一级构造被纯化、克隆和进行功能测定，为离子通道的离子电流活动揭示了结构基础。年，麦金农的研究小组第一次成功结晶了青链霉菌的一种钾离子通道，并用射线晶体成像技术获得通道门闭合状态的高分辨结构。年，为表彰他们在阐明细胞通过细胞膜通道蛋白质转运

水分子以及盐份离子的研究中作出的重大贡献，皮特阿格雷和罗德里克麦金农分享了该年度诺贝尔化学奖。近年来的膜片钳技术、蛋白质化学和生物学技术已给离子通道的研究带来了巨大的革命性变化。第二节离子通道的分类及特点一、离子通道的分类、共性和特点离子通道（）是细胞膜中

的跨膜蛋白质分子，具有选择性的允许适当电荷离子被动通过的亲水性微孔道。离子通道一般具有相应闸门，且多处于关闭状态。离子通道按启闭闸门动因的不同主要分为两类：（）电压门控离子通道（）门控（）：离子通道的开启和关闭过程称为门控。该类通道

因膜电位变化而开启或关闭，按最容易通过的离子命名；（）化学门控离子通道（），由递质与通道上蛋白质分子上的结合位点相结合而开启，按递质或受体命名。目前，公认的离子通道有钾离子通道、钠离子通道、钙离子通道、氯离子通道等。同种离子通道又存在不同亚型。如钾离子通道包括敏感性钾离子通

道、延迟外向型钾离子通道、暂时外向型钾离子通道；而钙离子通道又分为电压依赖性钙离子通道和受体操纵性钙离子通道等。他们均具共同特性：选择性，传导性，闸门作用，化学和电压敏感性。选择性：对某种离子通透有高度选择性。如钠离子通道选择性的允许通过，而钙离子通道选择性

通透。传导性：通道开放状态下通过该通道的离子数目为传导；通过离子通道的离子数与不能通过通道的离子数所携带电荷的比例为传导性（）。：离子移动穿过其选择性通道时所产生的电流。：离子的传导性。：离子跨膜转运时的电位。

：离子的电化学平衡电位闸门作用：离子通道的闸门位于细胞膜内侧，他决定该通道允许离子通过该通道的能力。闸门可为激活状态（激活闸门），也可为失活状态（失活闸门）。前者指受到刺激后通道的开放；后者指受到刺激后通道关闭

。化学和电压敏感性：开放和关闭状态的离子通道对化学递质或电压敏感性有不同，因而按照启闭闸门动因的不同分为前述两类。二、离子通道的分子结构及特点（一）钠离子通道（）选择性允许跨膜通过。主要功能是维持细胞膜的兴奋性及传导。特征：（）电压依赖性，即在去极化达一定水平开始被激活，通道

开放产生内向钠电流（）当达最大效应后，逐渐失活直至完全失活而关闭；（）对高度选择性，只允许通过；（）激活和失活速度快，前者，后者内完成；（）有特异性激活剂和阻滞剂，树蛙毒素（，）和木藜芦毒素，为其激活剂，河豚毒素（，）和哈

蚌毒素（，）为其阻滞剂。钠离子通道的分类与功能根据对的敏感性不同分为类：第一类：神经类钠离子通道（对敏感性高）；又根据其半数最大激活电压（）和失活电压（）不同分为：脑型、脊髓被根和三叉神经节细胞型、神经内分泌和外周神经型、神经细胞和神经胶质细

胞型等。第二类：骨骼肌类钠离子通道（对和敏感性均高）；其为；为。第三类：心肌类钠离子通道（对和敏感）；为；为。他们又根据电压依赖性和对的敏感性不同分为：持久（慢）钠通道瞬时（快）钠通道。心肌类钠通道类型和特征通道慢钠通道快钠通道激活电压低高失活速度慢快功能维持

心肌期平台引起相去极化敏感药物对，利，奎高度敏感对高浓度，利，奎敏感（二）钙离子通道（）钙离子被称作生物信使。其通道在正常情况下使钙内流。钙离子通道广泛存在于各种组织细胞，是调节各组织细胞内钙浓度的主要途径。通道类型通道名称分布功能状态电压依赖型型钙离子通道可兴奋细胞、心肌、骨骼肌及中枢激

活电压～开放时间较长，单通道电导大。型钙离子通道广泛分布于可兴奋细胞和非兴奋细胞膜电位激活，开放时间短，单通道电导小。型钙离子通道中枢细胞阈电位高型钙离子通道主动脉静息电位下被某些因素激活，有较长开放时间。型钙离子通道中枢神经元末梢较负的电位下开放，构成细胞膜的静息期的背景电

流。受体操纵型钙渗漏受体通道复合体，可激活通道，但通道的离子选择性较差。静息状态下对钙离子有一定通透性，有保持钙离子的动态平衡作用钙离子通道的分类（一）型钙离子通道（，）型钙通道特征亚基组成：、、、、重要亚基：，电压感受器，离子通透性，药物结合位点激活：需较强去极

化，电导较大失活：慢开放时间：长特异阻滞剂：硝苯地平，地尔硫唑，维拉帕米（三）氯离子通道氯离子通道依据电流不同分为：电压依赖型氯离子通道；钙离子依赖的氯离子通道；酪氨酸（氨基丁酸，）受体通道氯通道类型及特征通道类型电压依赖型Ca2＋依赖型GA

BA依赖的氯通道去极化激活型超级化激活型钟形依赖型激活电压低-55～-70mV电压高与钙有关GABA选择性强强强高高失活慢-10mV，慢快,>±20mV钙降低分布骨骼肌等各组织骨骼肌，平滑肌神经细胞，内皮细

胞血管、气管、食道、腺体、骨骼肌、心肌等神经系统突触功能复极、稳定膜电位复极、稳定膜电位复极、稳定膜电位复极、稳定膜电位抑制神经兴奋性激活剂钙、钙调素激酶、苯二氮卓类、巴比妥类（四）钾离子通道特征：广泛存在于各组织器官；类型最

多；作用最复杂；是调节平滑肌舒缩活性的主要离子通道。钾离子通道分为电压门控类、钙敏感类、受体耦联类、内向整流类和其他类。电压门控类钾通道影响细胞膜的动作电位，内向整流型钾通道影响细胞膜的静息电位。电压门控类钾离子通道（）型钾离子通道（）又称为瞬时外向钾通道（）。是一

种产生外向电流的电压依赖型钾离子通道。在心肌细胞，主要与的快速复极初期（相期）有关，同时影响相平台期和相期在去极化较明显时才被激活，且无整流性，故对动作电位的形态和时程有较大影响。该通道激活迅速，失活快，但活性恢复较慢。（）电压依赖型钾离子通道）又称为延迟整流钾通道

。在去极化时被激活而产生外向电流，然后缓慢失活。与膜的复极化有关。故其电流称为复极电流。在心肌细胞，主要影响的相期，因而与有关。在血管平滑肌，其主要功能是限制膜的进一步去极化。（）平台钾离子通道又称为背景外向钾离子通道。在心肌主要维持的

平台高度和持续时间。无整流特性和失活过程。在膜去极化时迅速被激活，而在复极时快速激活（）。可被阻滞，对四氢吡啶类和黄酰脲类药物不敏感。钙敏感类钾离子通道去极化和提高浓度均可激活该通道而使之开放，因而外流使膜复极化或超

极化。在血管平滑肌，该通道调节其肌原性张力。受体耦联类钾离子通道为一类离子型受体（）或离子通道受体（）即受体分子中含有容许离子通过的微孔道。受体被激活时，其构象变化而通道开放。（）受体钾离子通道分布于，具有

时间和电压依赖性。型受体激活时关闭，故又称为型通道。在时被激活，因此神经元静息状态时该通道开放，产生外向钾电流以维持静息电位，从而降低神经元的兴奋性和限制重复放电频率。可被、、利诺吡啶阻滞。（）心房毒覃碱激活钾离子通道又称调节钾离子通道。存在于窦房结、房室结、心房肌细胞。其活性需要

有和的参与，其具有内向整流特性。主要由和激活，亦可被超极化激活。该通道激活后增加舒张电位而致负性频率作用。浓度增加使该通道开放频率增加而非延长开放时间。另外，血小板活化因子（）和白三烯等调控其激活过程。内向整流类钾离子通道（）内

向整流型钾离子通道（）内向整流指引起内向电流大于外向电流。心房肌、心室肌、普肯野细胞均有但心室肌最为丰富。该通道的激活不仅依赖于电压，还与浓度有关。浓度升高时，内向和外向电流均增加。该类通道在心肌细胞称为

，其电压电流（）曲线为“”型，超极化部分为明显的内向电流，去极化部分为细小的外向电流。内向整流的原因是由于外向离子流被细胞内正常生理浓度的抑制所致。心肌细胞的通道也参与的相复极，但主要维持相期静息电位，防止由于泵的作用使膜超极化大于钾平衡电位（）。在血

管平滑肌，主要调节细胞外高钾的作用，当浓度升高时，通道开放引起超极化和血管扩张。（）敏感的钾通道为代谢性调节外流的通道。分布于骨骼肌、心脏、血管平滑肌、胰腺细胞、神经、内分泌细胞及肾上腺皮质细胞。其特征：①高度选择性；②受细胞内比率、和蛋白调控；正常生理状态下由于作用而使该通

道处于失活状态，只有在缺氧、能量耗竭及减少时，通道才逐渐被激活而开放。存在时，起激活通道作用。反之，则可抑制。外源性激活心肌细胞上的蛋白而拮抗对通道的抑制作用。、腺苷，降钙素基因肽（）等通过蛋白而

促进通道开放。③有特异的开放剂和阻滞剂。其开放剂有克罗卡林（），二氮嗪（）、阿普卡林（）、吡那地尔（）等。阻滞剂有格列本脲、甲苯磺丁脲等。（）钠激活钾通道亦为一种内向整流性钾离子通道。首先在心肌细胞内发现，细胞内钠浓度升高达到负荷，膜电位大于

时被激活其电导较大。洋地黄中毒时，由于泵被抑制，浓度增加而激活该通道。特异性阻滞剂可取消洋地黄中毒时缩短和诱发的迟后除极作用。第三节离子通道的生理功能一、提高细胞内钙离子浓度而触发生理效应静息状态下，［］浓度

大约为，当通道被激活而开放时，大量＋内流可使［］提高到从而触发一系列生理活动：肌肉收缩细胞兴奋依赖性离子通道的开放或关闭腺体分泌蛋白激酶的激活和基因表达的调节二、决定细胞的兴奋性、不应期和传导性三、调解血管平滑肌的舒缩活动四、参与突触传递五、维持细胞的正常体积六、调节内分

泌功能以及保护心肌受缺血性损害第四节离子通道调节和作用药物一、受体对离子通道的调节肾上腺素受体对型＋通道的调控肾上腺素受体激动剂通过激活受体和其偶联的蛋白（）途径，使钙通道蛋白磷酸化而开放＋通道，产生正性肌力和正性频率；在血管平

滑肌，则通过蛋白偶联，抑制型钙通道活性而舒张血管。肾上腺素受体其激动剂兴奋受体，通过与其偶联的糖蛋白（）激活而促进和合成，通过而抑制通道，引起储释放而增加［］浓度，从而激活非选择性阳离子通道和激活氯通道，两者均使膜去极化而开放型钙通道，内

流引起平滑肌收缩。胆碱受体受体与和两种蛋白偶联，激活通道，抑制活性，减少合成，降低活性，关闭型钙通道，开放通道，两种钾通道开放均产生复极化电位，从而抑制心肌电活动。其他受体）组胺受体组胺激动受体而激活，导致型钙通

道开放；组胺激动受体则提高磷酸肌醇的更新率，促进生成，故提高＋浓度。）胰高血糖素作用于受体而激活使增加，并抑制磷酸二酯酶而减少水解，从而促进型钙通道开放。）内皮素－使型钙通道开放，产生平滑肌收缩，正性肌力作用。）降钙素基因相关肽开放型钙通道产生正性肌力

作用，激活通道而使血管平滑肌舒张。）甲状旁腺激素在血管平滑肌抑制型钙通道，降低＋内流引起血管扩张，在心肌，则通过激活，促进型钙通道开放，＋内流而导致正性肌力作用。）－羟色胺；、血管活性肠肽（）、血管紧张素

（）、加压素均可激活型钙通道，人参皂甙则抑制神经元的型通道，粉防己碱抑制心肌细胞的型钙通道。二、蛋白对离子通道的调节在心血管系统，蛋白家族调节两大系统，即／调节受体－－系统和调节受体－系统。当激活后，抑制钠通道，激活钙通道和钾通道，引起一系列生理效应。三、第二信使对

离子通道的调节、、、、脂肪酸及其代谢产物。促进型＋通道开放；激活使通道磷酸化，也可激活磷酯酶使通道蛋白去磷酸化，或激活而降低浓度，抑制而增加浓度，使钙通道发生变化；抑制型钙通道和激活通道，促进

型钙通道，抑制通道；脂肪酸及其代谢产物激活型钙通道，抑制型钙通道。四、钙离子对平滑肌离子通道的调节同属第二信使。五、蛋白（）糖蛋白：阴离子通道的调制因子；囊性纤维跨膜电导调节体（）：阴离子通道和阴离子通道调节体，以及上皮细胞分泌的协

调器；磺酰脲受体：胰腺通道的调节体，被阻断时胰岛素分泌；六、作用于离子通道的药物（一）钙通道阻滞剂和钙通道激活剂钙通道阻滞剂按电压门控型通道的亚型（、、、、、）分为三类。类，作用于型钙通道的药物：类（二氢吡啶类）如硝苯地平、尼卡地

平、尼群地平；类（地尔硫唑类）如地尔硫卓、克仑硫卓、二氯呋利；类（苯烷胺类）如维拉帕米、加洛帕米、噻帕米；类如粉防己碱。类，选择性作用于其他电压门控钙通道：作用于型通道的苯妥因、右美沙芬、人参皂甙、氟桂利嗪；作用于型通道的芋螺霉素；作用于型通道的某些蜘蛛毒

素如。类，非选择性钙通道调节物：普尼拉明、卞普地尔、卡罗维林、氟桂利嗪。型钙通道阻滞剂平滑肌细胞膜上的钙通道存在型与型两种亚型。过去临床使用的钙拮抗剂均是阻滞型通道。由于以前缺乏特异性的型钙通道阻滞剂作为研究工具，目前对型钙通道的

生理功能尚不完全明了。型钙通道存在于心脏起搏细胞，与心脏及血管的生长与重塑密切相关。在胚胎期，型钙通道有显著表达。而在成年，除了肥厚的心肌和血管壁外鲜见表达。选择性通道阻滞剂米贝地尔，对通道的作用是对通道作用的～倍。与型钙阻滞剂相比，通道阻滞剂具有高度血

管选择性，扩张冠脉而缓解心绞痛无负性肌力作用无反射性心动过速，并能减慢心率副作用小。尤其适用于高血压合并冠心病和心衰患者。由于米贝地尔能抑制蛋白激酶，阻断细胞的增殖信号，因而能强烈抑制血管重塑及平滑肌细胞增殖同时，它能阻断去甲肾上腺素及内皮素对血管的收缩作用，甚至对激动剂所致已收缩的血

管起舒张作用。米贝地尔的出现，不仅为高血压的治疗提供了一种新的武器，而且必将对型钙通道的生理功能的研究起着重大的推动作用。钙通道激活剂：二氢吡啶类如等。其作与硝苯地平等钙通道阻滞剂相反，起到缩血管、促进肾上腺皮质激素释放等作用。此外，尚有、肾上腺素

受体、组胺受体、降钙素基因相关肽受体、加压素受体等。（二）作用于钠通道的药物）局部麻醉药：利多卡因、普鲁卡因、丁卡因、布比卡因等。）抗癫痫药：苯妥因钠、卡马西平、苯巴比妥、丙戊酸。）抗心律失常药：奎尼丁、普鲁卡因胺、丙吡胺、利多卡因、苯妥因钠、美西

律、普罗帕酮、氟卡尼。（三）作用于钾通道的药物）钾通道开放药：苯并吡喃类如克罗卡林、雷罗卡林、吡马卡林、阿普卡林；氰胍类如吡那地尔；烟酰胺类如尼可地尔；嘧啶类如米诺地尔；苯并噻二嗪类如二氮嗪等。）钾通道阻滞药：抗心律失常药如溴苄胺、索他洛尔、胺碘酮。）磺酰脲

类降糖药：甲苯磺丁脲、氯磺丙脲；格列苯脲、格列吡嗪；格列齐特。）－氨基吡啶（））中药有效成分：钩藤碱、小蘖碱、关附甲素。应用离子通道进行药理学研究可客观、理想、科学、深入探讨药物作用机制。因而离子通道研究

为分子药理学的研究提供了无以伦比的优越性条件和高科技技术条件。他将有力促进分子药理学向更高水平发展。