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離子通道是中國科技名詞。

世界三大漢語詞典分別是中國大陸的《 漢語大詞典[1]》(共13冊,5.6萬詞條,37萬單詞)、中國台灣的《 中文大辭典 》(共10冊,5萬詞條,40萬單詞)以及日本的《 大漢和辭典 》(共13冊,4.9萬詞條,40萬單詞)。漢字是記錄漢語的文字[2],它已有六千年左右的歷史,是世界上最古老的文字之一。

名詞解釋

離子通道(離子通道)一般指生物膜離子通道

生物膜離子通道(ion channels of biomembrane)是各種無機離子跨膜被動運輸的通路。生物膜對無機離子的跨膜運輸有被動運輸(順離子濃度梯度)和主動運輸(逆離子濃度梯度)兩種方式。被動運輸的通路稱離子通道,主動運輸的離子載體稱為離子泵。生物膜對離子的通透性與多種生命活動過程密切相關。例如,感受器電位的發生,神經興奮與傳導和中樞神經系統的調控功能,心臟搏動,平滑肌蠕動,骨骼肌收縮,激素分泌,光合作用和氧化磷酸化過程中跨膜質子梯度的形成等。

通道簡介

活體細胞不停地進行新陳代謝活動,就必須不斷地與周圍環境進行物質交換,而細胞膜上的離子通道就是這種物質交換的重要途徑。人們已經知道,大多數對生命具有重要意義的物質都是水溶性的,如各種離子,糖類等,它們需要進入細胞,而生命活動中產生的水溶性廢物也要離開細胞,它們出入的通道就是細胞膜上的離子通道。

離子通道由細胞產生的特殊蛋白質構成,它們聚集起來並鑲嵌在細胞膜上,中間形成水分子占據的孔隙,這些孔隙就是水溶性物質快速進出細胞的通道。離子通道的活性,就是細胞通過離子通道的開放和關閉調節相應物質進出細胞速度的能力,對實現細胞各種功能具有重要意義。兩名德國科學家埃爾溫·內爾和伯特·薩克曼(Bert Sakmann)即因發現細胞內離子通道並開創膜片鉗技術而獲得1991年的諾貝爾生理學獎。

研究簡史

在生物電產生機制的研究中發現了生物膜對離子通透性的變化。1902年J.伯恩斯坦在他的膜學說中提出神經細胞膜對鉀離子有選擇透過性。1939年A.L.霍奇金與A.F.赫胥黎用微電極插入槍烏賊巨神經纖維中,直接測量到膜內外電位差。1949年A.L.霍奇金和B.卡茨在一系列工作基礎上提出膜電位離子假說,認為細胞膜動作電位的發生是膜對鈉離子通透性快速而特異性地增加,稱為「鈉學說」。尤其重要的是,1952年A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎用電壓鉗技術在槍烏賊巨神經軸突上對細胞膜的離子電流和電導進行了細緻地定量研究,結果表明Na+和K+的電流和電導是膜電位和時間的函數,並首次提出了離子通道的概念。他們的模型 (H-H模型)認為,細胞膜的K+通道受膜上4個帶電粒子的控制,當4個粒子在膜電場作用下同時移到某一位置時,K+才能穿過膜。

另一方面,1955年,卡斯特羅和B.卡茨對神經-肌肉接頭突觸傳遞過程的研究發現:突觸後膜終板電位的發生,是由於神經遞質乙酰膽鹼(Ach)作用於終板膜上受體的結果,從而確認了受化學遞質調控的通道。60年代,用各種生物材料對不同離子通透性的研究表明,各種離子在膜上各自有專一性的運輸機構,曾經提出運輸機構是載體、洞孔和離子交換等模型。1973年和1974年,C.M.阿姆斯特朗、F.貝薩尼利亞及R.D.凱恩斯、E.羅賈斯兩組分別在神經軸突上測量到與離子通道開放相關的膜內電荷的運動,稱為門控電流,確認了離子通道的開放與膜中帶電成分運動的依從性。1976年埃爾溫·內爾和伯特·薩克曼(Bert Sakmann) [3-4]創立了離子單通道電流記錄技術,並迅速得到推廣應用,近年用這種技術發現了一些新型離子通道,為深入研究通道的結構和功能提供了有力的工具。

80年代初,學者們先後從細胞膜上分離和純化了一些運輸離子的功能性蛋白質,並在人工膜上成功地重建了通道功能,從而肯定了離子通道實體就是膜上一些特殊蛋白質分子或其複合物。近年,科學家應用基因重組技術研究離子通道的結構,1982和1984年,紐莫及合作者先後測定了N型Ach受體和鈉離子通道蛋白的氨基酸序列。

2018年2月26日報道,中國科學技術大學田長麟教授研究組與德國萊布尼茨分子藥物所Adam Lange及孫涵課題組合作,應用固體核磁共振、單通道電生理及分子動力學模擬等方法揭示了NaK離子通道的離子選擇性新機制。該研究成果已發表在《自然—通訊》上。

參考文獻