
【化】 ion channel
away; independent of; leave; off; part from; without
【医】 a-; ab-; ana-; ap-; apo-; de-; des-; e-; ex-
【计】 subchannel
离子通道(ion channel)是一类存在于细胞膜或细胞器膜上的跨膜蛋白复合体,能够选择性地允许特定离子(如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl⁻等)被动扩散通过生物膜,形成电化学梯度。其英文术语"Ion Channel"在《牛津生物化学词典》中被定义为:"Integral membrane proteins that form pores for ion transport across lipid bilayers"(整合膜蛋白,形成跨脂双层离子传输的孔道)。
根据《分子细胞生物学》教材描述,离子通道具有三个核心特征:
美国国立卫生研究院(NIH)的研究显示,人类基因组已鉴定出超过400种离子通道基因,主要分为五类:
根据《自然》期刊的综述,离子通道在神经信号传导(动作电位)、心肌收缩(起搏电流)、内分泌调节(胰岛素分泌)等生理过程中起关键作用。其功能异常与癫痫、心律失常、囊性纤维化等疾病直接相关,目前约15%的临床药物以离子通道为作用靶点。
离子通道是细胞膜上控制离子被动运输的关键蛋白质结构,其功能涉及电信号传递、细胞稳态维持等多个生理过程。以下从定义、结构、功能、分类及生理意义等方面综合解析:
离子通道是镶嵌在生物膜(如细胞膜)上的跨膜蛋白复合物,通过形成亲水性孔道允许特定离子(如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl⁻等)顺浓度梯度被动运输。其结构包含选择性过滤区和门控模块,通过构象变化控制通道的开放与关闭(图1)。
分类依据 | 类型 | 典型例子 | 激活方式 |
---|---|---|---|
门控方式 | 电压门控通道 | Na⁺、K⁺、Ca²⁺通道 | 膜电位变化(如动作电位) |
配体门控通道 | 乙酰胆碱受体通道 | 神经递质结合 | |
机械门控通道 | 内耳毛细胞通道 | 机械应力 | |
离子选择性 | 钾离子通道 | Kv、Kir家族 | 直径0.3nm选择性滤器 |
$$ Vm = frac{RT}{F} ln left( frac{P{K}[K^+]o + P{Na}[Na^+]o + P{Cl}[Cl^-]i}{P{K}[K^+]i + P{Na}[Na^+]i + P{Cl}[Cl^-]_o} right) $$ 其中$P$为通透性,下标$o/i$表示胞外/内浓度。
扩展阅读:当前药物研发中,约13%的靶点针对离子通道(如钙通道阻滞剂治疗高血压)。
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