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生物膜离子通道的研究

2023.1.18

在生物电产生机制的研究中发现了生物膜对离子通透性的变化。1902年J.伯恩斯坦在他的膜学说中提出神经细胞膜对钾离子有选择透过性。1939年A.L.霍奇金与A.F.赫胥黎用微电极插入枪乌贼巨神经纤维中，直接测量到膜内外电位差。1949年A.L.霍奇金和B.卡茨在一系列工作基础上提出膜电位离子假说，认为细胞膜动作电位的发生是膜对钠离子通透性快速而特异性地增加，称为“钠学说”。尤其重要的是，1952年A.L.霍奇金和A.F.赫胥黎用电压钳技术在枪乌贼巨神经轴突上对细胞膜的离子电流和电导进行了细致地定量研究，结果表明Na+和K+的电流和电导是膜电位和时间的函数，并首次提出了离子通道的概念。他们的模型 (H-H模型）认为，细胞膜的K+通道受膜上4个带电粒子的控制，当4个粒子在膜电场作用下同时移到某一位置时，K+才能穿过膜。

另一方面，1955年，卡斯特罗和B.卡茨对神经-肌肉接头突触传递过程的研究发现：突触后膜终板电位的发生，是由于神经递质乙酰胆碱(Ach）作用于终板膜上受体的结果，从而确认了受化学递质调控的通道。60年代，用各种生物材料对不同离子通透性的研究表明，各种离子在膜上各自有专一性的运输机构，曾经提出运输机构是载体、洞孔和离子交换等模型。1973年和1974年，C.M.阿姆斯特朗、F.贝萨尼利亚及R.D.凯恩斯、E.罗贾斯两组分别在神经轴突上测量到与离子通道开放相关的膜内电荷的运动，称为门控电流，确认了离子通道的开放与膜中带电成分运动的依从性。1976年埃尔温·内尔和伯特·萨克曼（Bert Sakmann）创立了离子单通道电流记录技术，并迅速得到推广应用，近年用这种技术发现了一些新型离子通道，为深入研究通道的结构和功能提供了有力的工具。

80年代初，学者们先后从细胞膜上分离和纯化了一些运输离子的功能性蛋白质，并在人工膜上成功地重建了通道功能，从而肯定了离子通道实体就是膜上一些特殊蛋白质分子或其复合物。近年，科学家应用基因重组技术研究离子通道的结构，1982和1984年，纽莫及合作者先后测定了N型Ach受体和钠离子通道蛋白的氨基酸序列。

2018年2月26日报道，中国科学技术大学田长麟教授研究组与德国莱布尼茨分子药物所Adam Lange及孙涵课题组合作，应用固体核磁共振、单通道电生理及分子动力学模拟等方法揭示了NaK离子通道的离子选择性新机制。该研究成果已发表在《自然—通讯》上。

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