细胞生物电现象的基础——动作电位的形成第30页，共45页，星期日，2025年，2月5日参与维持细胞正常形态第31页，共45页，星期日，2025年，2月5日细胞兴奋-收缩偶联第32页，共45页，星期日，2025年，2月5日细胞兴奋-分泌-兴奋偶联第33页，共45页，星期日，2025年，2月5日细胞跨膜信号转导第34页，共45页，星期日，2025年，2月5日3.2离子通道——分类第35页，共45页，星期日，2025年，2月5日在1902年，Bernstein创造性地将Nernst的理论应用到生物膜上，提出了“膜学说”。他认为在静息状态下，细胞膜只对钾离子具有通透性，即细胞静息电位的钾离子学说；而当细胞兴奋的瞬间，膜的破裂使其丧失了选择通透性，所有的离子都可以自由通过。Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世纪30—50年代做出了开创性研究。他们基于电压钳技术，提出并验证了所谓的Hodgkin—Huxley方程，数学模拟出和真实状况相符合的神经冲动的传导，由此建立了细胞动作电位的钠离子学说。离子通道的近代观念也由此产生。3.3离子通道研究理论第36页，共45页，星期日，2025年，2月5日3.4离子通道研究技术微电极电压钳-电流钳技术传统膜片钳技术ErwinNeher(1944-)KennethCole(1900-1984)第37页，共45页，星期日，2025年，2月5日3.平板膜片钳技术（膜片钳技术新趋势的关键）原创技术专利：第38页，共45页，星期日，2025年，2月5日第1页，共45页，星期日，2025年，2月5日第2页，共45页，星期日，2025年，2月5日一电压钳（voltageclamp）技术第3页，共45页，星期日，2025年，2月5日20世纪50年代，HodgkinandHuxley首次应用电压钳技术对枪乌贼的标本进行膜电流的测定。在枪乌贼大纤维内纵向插入两根细铂丝，一根记录电压E，另一根记录电流I。记录膜电位E与调定电压差值经放大进入快速电压-电流转换器(FBA),加入反馈电流I,直至膜电位与调定电压相等为止,维持膜电压不变。当一个神经冲动到达时，出现膜离子电流，为了维持膜电位不变，就必须输入一个与膜离子电流大小相等，方向相反的补偿电流,记录下这个补偿电流就是膜电流的镜像。第4页，共45页，星期日，2025年，2月5日?工作原理：离子流过通道所形成的离子流是形成动作电位的基础。电生理实验以电流作为刺激源，使可兴奋细胞产生兴奋，然后测定其膜电压以确定离子通道的状态。但在形成动作电位时所产生的离子流可影响膜电位，而膜电位的变化又会影响该离子的通透性的变化。因而，须人为地使膜电位在一定时间内维持在一个固定水平。电压钳技术是通过插入细胞内的一根微电极人为向胞内补充电流，补充的电流正好等于跨膜流出的反相离子电流（大小相等方向相反）。?意义：1）确保膜通透性发生改变时，控制膜电位始终维持在指令电位的水平（不变）；2）通过电流检测装置，记录到补充入胞内的注入电流，它相当于离子电流的反相电流。这样可测定在不同膜电位水平的离子电流，从而了解膜通道的电导及功能活动。第5页，共45页，星期日，2025年，2月5日（一）电压钳基本原理离子通道电流:细胞膜上的电流膜电容充放电电流电压钳技术－－消除膜电容电流的影响电压钳技术的基本原理：用微电极将膜电压钳制到新的数值上，保持一段时间不变使膜电容完成充放电过程进入电压钳制的稳态期，测得的跨膜电流可以认为来自于离子通道电流。第6页，共45页，星期日，2025年，2月5日（二）理想的电压钳存在问题：①没有考虑钳制电压的微电极阻抗RCE（兆欧姆数量级）②若考虑微电极电阻，钳制电压VC就就被分压，并且，膜电阻Rm可以有大幅度改变，第7页，共45页，星期日，2025年，2月5日（三）双电极电压钳加记录电极实现闭环电路的反馈控制A1和A2为两个高增益的运算放大器，A1连接成电压跟随器，提供高输入阻抗和低输出阻抗；A2连接成负反馈放大器。第8页，共45页，星期日，2025年，2月5日（四）单电极电压钳在电压钳制的稳态期，钳制电压VC=Vm×(Rm＋RCE)/Rm只有当钳制电极的电阻RCE远小于细胞膜电阻Rm时，Vm≈VC第9页，共45页，星期日，2025年，2月5日二、膜片钳实验技术膜片钳技术是细胞生物学研究的一个重大发明。