
【化】 ion channel
away; independent of; leave; off; part from; without
【醫】 a-; ab-; ana-; ap-; apo-; de-; des-; e-; ex-
【計】 subchannel
離子通道(ion channel)是一類存在于細胞膜或細胞器膜上的跨膜蛋白複合體,能夠選擇性地允許特定離子(如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl⁻等)被動擴散通過生物膜,形成電化學梯度。其英文術語"Ion Channel"在《牛津生物化學詞典》中被定義為:"Integral membrane proteins that form pores for ion transport across lipid bilayers"(整合膜蛋白,形成跨脂雙層離子傳輸的孔道)。
根據《分子細胞生物學》教材描述,離子通道具有三個核心特征:
美國國立衛生研究院(NIH)的研究顯示,人類基因組已鑒定出超過400種離子通道基因,主要分為五類:
根據《自然》期刊的綜述,離子通道在神經信號傳導(動作電位)、心肌收縮(起搏電流)、内分泌調節(胰島素分泌)等生理過程中起關鍵作用。其功能異常與癫痫、心律失常、囊性纖維化等疾病直接相關,目前約15%的臨床藥物以離子通道為作用靶點。
離子通道是細胞膜上控制離子被動運輸的關鍵蛋白質結構,其功能涉及電信號傳遞、細胞穩态維持等多個生理過程。以下從定義、結構、功能、分類及生理意義等方面綜合解析:
離子通道是鑲嵌在生物膜(如細胞膜)上的跨膜蛋白複合物,通過形成親水性孔道允許特定離子(如Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Cl⁻等)順濃度梯度被動運輸。其結構包含選擇性過濾區和門控模塊,通過構象變化控制通道的開放與關閉(圖1)。
分類依據 | 類型 | 典型例子 | 激活方式 |
---|---|---|---|
門控方式 | 電壓門控通道 | Na⁺、K⁺、Ca²⁺通道 | 膜電位變化(如動作電位) |
配體門控通道 | 乙酰膽堿受體通道 | 神經遞質結合 | |
機械門控通道 | 内耳毛細胞通道 | 機械應力 | |
離子選擇性 | 鉀離子通道 | Kv、Kir家族 | 直徑0.3nm選擇性濾器 |
$$ Vm = frac{RT}{F} ln left( frac{P{K}[K^+]o + P{Na}[Na^+]o + P{Cl}[Cl^-]i}{P{K}[K^+]i + P{Na}[Na^+]i + P{Cl}[Cl^-]_o} right) $$ 其中$P$為通透性,下标$o/i$表示胞外/内濃度。
擴展閱讀:當前藥物研發中,約13%的靶點針對離子通道(如鈣通道阻滞劑治療高血壓)。
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