教学参考|离子通道

百科   2025-02-06 10:08   云南  

                 离子通道


离子通道是嵌入细胞膜中的特殊蛋白质复合物,它们形成亲水通道,控制特定离子在细胞内外的流动。允许特定离子(如钠、钾、钙和氯离子)通过细胞膜,精确调控离子的流动。离子通道的开关受到多种因素的影响,包括电压变化、化学物质结合、机械力和温度等。



离子通道的功能特征



1. 离子选择性

离子通道蛋白具有高度的特异性,这意味着每种离子通道通常只允许一种或一类特定的离子通过。例如,钾离子通道只允许钾离子通过,而不让其他离子如钠离子通过。这种选择性是由通道蛋白内部的特定结构和电荷分布决定的。


2. 门控特性

离子通道蛋白具有“闸门”结构,可以根据特定的刺激如电压变化、化学物质(如神经递质等配体)结合或细胞内外离子浓度的差异开启或关闭,这些刺激响应机制使得离子通道蛋白能够精确控制离子流动。


3. 协助扩散

离子通过离子通道蛋白时,不需要与通道蛋白结合,而是借助浓度梯度或电化学梯度进行被动运输,这个过程称为协助扩散。




离子通道的类型



根据开启机制和离子选择性,离子通道分为多种类型:电压门控通道、配体门控通道、机械门控通道、温度门控通道等


1. 电压门控通道:随膜电位变化而开关,如钠通道、钾通道和钙通道。

Jacob NT. Int J Basic Clin Pharmacol. 2017

当膜电位发生变化时,通道开放或者关闭。它们在动物界中广泛存在,尤其是在神经细胞和肌细胞中,负责响应电位变化,引发通道的开放,并导致跨膜离子流,从而产生特有的跨膜电位改变。

2. 配体门控通道由特定化学物质激活,如乙酰胆碱受体和谷氨酸受体。
Rao R, et al., Front Physiol. 2022
配体门控通道是开放和关闭受细胞内外相应配体控制的一种离子通道。这些配体主要包括神经递质、激素等各种激动剂和阻滞剂在内的多种化学因素。当化学信使(即配体)与受体结合后,离子通道开放,细胞膜对特定离子,如钠离子、钾离子、钙离子或氯离子的通透性增加,从而引起细胞膜兴奋性的快速改变。

3. 机械门控通道:对细胞膜机械变形敏感,在听觉和触觉中起重要作用。
Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021 - NobelPrize.org

4. 温度敏感通道:对温度变化做出响应,参与温度感知。
Press release: The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2021 - NobelPrize.org

5. 漏电通道:始终处于开放状态维持静止膜电位。


离子通道与疾病



鉴于离子通道在生理过程中的广泛作用,它们的功能障碍可能导致各种疾病,这些疾病统称为"离子通道病"。以下是一些与离子通道相关的常见疾病4:
1. 神经系统疾病
o 癫痫:某些类型的癫痫与钠或钾通道的突变有关。
o 偏头痛:某些罕见形式的偏头痛与钙通道基因突变有关。
2. 心血管疾病
o 长QT综合征:通常由钾通道基因突变引起。
o Brugada综合征:这种遗传性心律失常与钠通道有关。
3. 肌肉疾病
o 周期性麻痹:与钠、钾或钙通道的突变有关。
o 肌强直:由氯离子通道缺陷引起的肌肉僵硬。
4. 内分泌疾病
o 新生儿糖尿病:与ATP敏感性钾通道的突变有关。
5. 肾脏疾病
o Bartter综合征:这种肾小管功能障碍与多种离子通道和转运体的缺陷有关。

6. 囊性纤维化:由氯离子通道的缺陷引起的。


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