细胞膜上的"晶体"管:钾离子通道

离子通道是大分子膜蛋白在细胞膜上围成的含有水分子的孔道。在电化学梯度下，离子通道以超高的速率并有选择性地每秒转运10^7个离子。离子通道是神经、肌肉细胞电活动的物质基础，它存在于所有细胞膜上并发挥着多种生物学功能。如建立细胞膜静息电位、产生电信号、调节钙离子信号和多种离子流动等。像是细胞膜上的“晶体”管。钾离子通道是第一个人们用肉眼观察到晶体结构的离子通道。也是分布最广、类型最多的一类通道，它存在于所有的真核细胞并发挥着多种至关重要的生物学功能。简单地讲，反映细胞生死存亡的一个客观指标就是判断该细胞是否还存在着细胞膜负电位。钾离子通道的活动不仅负责建立细胞膜的负电位，同时也参与调节各种细胞的电活动并决定着动作电位的发放频率和幅度。     

猫外膝体中继神经元的后超极化电位

神经元的动作电位(钠锋电位)后面跟随着一个复合的后超极化电位(AHP,After-Hyperpolarization)。它是由钙依赖性钾离子通道激活产生的。已知大脑皮层锥体细胞有快、中、慢三种AHP。一般公认,快AHP(fAHP)是由一种C-(或称BK-)型钾离子通道介导的。它的时程短(20ms左右),具有强的电压依赖性,并且对低浓度的四乙酰铵(TEA)敏感。中AHP(mAHP)主要是由另一种被称作AHP-(或SK-)型钾离子通道介导的。它的时程较长(>200ms),没有明显的电压依赖性,对TEA不敏感,但是可为一种蜂毒Apamin所阻断,几个mAHP可以叠加起来。在长时程的重复放电的特殊情况下才能引出慢AHP(sAHP),它的确切的离子通道机制尚无定论,是否有机能意义也不清楚,暂不考虑。神经元离子通道多样性的表现之一是它的所谓细胞种类的特异性。不同种类的细胞具有不同的离子通道成分。如,以前的工作提示外膝体中继细胞可能只有fAHP,没有mAHP。我们在猫外膝体脑片上观察了外膝体中继细胞动作电位的后超极化电位,表明外膝体神经元只有单一的fAHP。     

脂肪醇对乙酰胆碱受体通道导通时间的影响

早有工作研究了脂肪醇对神经肌肉接头的影响。不过,从乙酰胆碱受体离子通道动力学方面对这影响进行分析还是近年来的事。若将终板电流或小终板电流下降相时间常数作为乙酰胆碱受体离子通道平均导通时间,那末,短链的醇使通道导通时间延长,而长链的醇使     

硅酸盐矿物中Fe~(2+)离子的同质异能位移与平均原子间距之间的关系

60年代的研究就已表明,同质异能位移主要决定于铁的价态、配位数以及自旋态,后来,李哲和Grave发现,在岛状硅酸盐中,Fe~(2+)离子的同质异能位移与平均原子间距之间存在较好的线性关系,本文在此基础上,进一步研究了包括岛状、链状和层状等在内的硅酸盐中Fe~(2+)离子的同质异能位移与平均原子间距之间的关系,发现在它们之间可以用一线性方程表示,并对它给出了定性的解释.     

离子通道门控机制

细胞膜离子通道门控机制的研究是最近十多年发展起来的一个活跃领域.建立反映通道门控机制的动力学模型以及相关问题的研究是这个领域的核心课题.它们有两个显著的特点:一是多学科性;二是现代数学、统计工具在此领域的广泛应用.十多年来,曾提出多种通道门控机制的动力学模型.在关于哪个模型能够更好地反映通道门控机制方面曾有过争论.本文着重论述有助于理解这场争论实质所在的两个问题的研究现状.     

玻璃态物质的本质

玻璃自古以来便被不断使用,当今仍然是人类生活中无处不在、不可或缺的最有价值材料之一.然而,由于玻璃态物质是一种与固体、液体不同的介稳态物质,处于复杂的多体相互作用体系,玻璃态物质的本质一直是凝聚态物理中最富挑战的谜题之一.Science在创刊125周年之际将"玻璃态物质的本质是什么"这一问题列为125个最具挑战性的科学前沿问题之一.本文综述了玻璃态转变过程中的热力学和动力学变化规律、玻璃态形成的物理机制和理论预测、玻璃态的结构假说等玻璃态物质研究的焦点和难点,讨论了当前的研究进展并展望未来的研究方向,以期增加人们对玻璃态物质本质的新认识,为玻璃态物质的后续研究提供借鉴.     

用TRESR研究非离子胶束对质子交换的影响

化学交换是化学反应动力学中最感兴趣的问题之一,利用ESR技术研究稳态自由基化学交换已有很多工作.Smith等人研究了稳态苯半酯自由基的ESR谱对pH的依赖关系,发现在pH=2.2时出现明显的谱线交替增宽现象,很低的pH下过渡为双质子正离子基,他们把这种现象归结为苯半酯自由基的质子交换.McLauchlan等人的研究表明,用时间分辨电子自旋共振(TRESR)技术可以研究瞬态自由基的化学诱导电子自旋极化(CIDEP),CIDEP对于化学交换是十分灵敏的.由于CIDEP具有时间演化过程,它将比稳态自由基的     

光发射电子与原子分子高Rydberg态的产生

在飞行时间质谱上 ,用 532和 355nm激光照射到不锈钢板上 ,产生光发射电子束 .利用这种电子束产生了原子分子的高Rydberg态 ,结合脉冲场致电离技术 ,可以清楚地分离出直接电离产生的离子和高Rydberg态场致电离产生的离子 ,从而可以研究高Rydberg态的产生及性质与实验条件的关系 .给出了ArRydberg态与电子束加速电压的关系 .     

植物气孔计算生物学模型及其应用

气孔作为植物与外界进行碳、水交换的重要器官,将光合作用所需要的二氧化碳导入植物体内,并且通过蒸腾作用将水分散失到大气中.因此,深入了解气孔行为、有效调控气孔开度,对于提高植物的光合作用和水分利用效率具有深远的意义.气孔运动是由离子的运输、积累和释放所驱动的保卫细胞体积变化所引起的.然而,复杂的离子交换机制阻碍了人们对气孔运作机制的深入了解.定量系统的计算生物学分析方法为探索微观离子运输与宏观气孔生理活动之间的联系提供了一种有效的研究手段.通过系统整合保卫细胞离子运输、信号传导和离子稳态平衡等相关信息建立定量动态保卫细胞模型,可以为研究者在细胞和分子层面上对保卫细胞离子运输和气孔行为的研究工作提供有效的指导.本文通过回顾气孔建模工作的发展历程和研究现状,比较了传统经验、半经验的气孔模型和新式计算生物学模型,提出进一步发展气孔计算生物学促进计算生物学在我国农业领域的发展.     

磁暴环电流形成过程

利用三维试验粒子轨道计算法, 以强的行星际磁场南向分量驱动的对流电场作为磁暴的主要起因, 研究了大磁暴期间环电流离子的注入过程和对称环电流的形成机制. 本文主要关心大磁暴环电流中的氧离子成分. 计算结果揭示了磁暴环电流形成过程中部分注入粒子轨道具有混沌特征. 特别是证明了粒子由磁尾向内磁层的注入过程中产生的屏蔽电场可使开放轨道转变成闭合轨道, 因而是闭合环电流形成的重要机制. 进一步证明了注入粒子可以得到有效的加速, 加速时间约为1~3小时.     

偶极化峰面附近离子通量消退现象

<正>偶极化锋面在观测统计以及个例分析中被广泛研究.它最主要的特征是北向磁场(GSM坐标系下的Bz分量)的突然增强,并且之前Bz会出现短暂的减小.观测结果显示偶极化锋面是一种地向传播、厚度只有离子回旋半径量级的结构,并且通常伴随着强的瞬态电场、波动以及电流.观测和模拟结果都表明当偶极化锋面通过卫星时,测得的粒子通量在某一能量阈值以下下降,而在该阈值以上的通量则上升.锋面附近电子和离子的加速一直是这     

膜蛋白研究的里程碑

2003年10月, 诺贝尔化学奖颁给了两位生物学家, 美国约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)医学院的Peter Agre和洛克菲勒大学(Rockefeller Uni-versity)休斯医学研究所(Howard Hughes Medical In-stitute)的Roderick Mackinnon, 以表彰他们“在膜通道研究领域上的一系列开创性的工作”. Agre的主要贡献是发现了细胞膜上水通道的存在; 而Mackinnon的主要贡献则是通过解析钾离子通道的三维空间结构阐明了该离子通道的机制.     

NiO_x多晶薄膜的变温电阻开关特性与隧穿机制

利用射频磁控溅射方法沉积制备了Ag/NiO_x/Pt存储单元,研究了其微结构、电阻开关特性随测试温度的变化.微结构观测分析发现,沉积制备薄膜为富氧的NiO_x多晶薄膜.Ag/NiO_x/Pt存储单元的电流-电压测试曲线呈现阈值型电阻开关特性:分别在2.1~2.4 V的正偏压范围和-2~-2.2 V的负偏压范围内观测到了高低电阻态之间的稳定可逆跳变.随着测试温度的升高,负偏压范围的电阻开关现象在140℃基本消失,而正偏压范围内的电阻开关现象可维持到270℃.运用指数定律拟合室温电流-电压曲线结果表明,薄膜隧穿电流属于缺陷主导的空间限制电流;运用Arrhenius作图法拟合的电流-温度曲线满足线性关系,表明薄膜隧穿电流随测试温度的变化符合肖特基热激发隧穿机制.在周期性电场作用下,从银电极扩散进入薄膜内的Ag离子的氧化还原反应导致存储单元呈现阈值型电阻开关特性.     

SrF_2:Eu,Tb中稀土离子的价态变化

我们曾提出,电子组态具有共轭性的一对三价稀土离子,在一定条件下,会实现电子转移而产生价态变化.价态变化会明显改变材料的功能特性,因此,研究稀土元素价态变化,对新型功能材料设计具有重要意义.本工作研究了SrF_2:xEu,yTb磷光体中Eu-Tb的价态变化,发现SrF_2中,电子组态共轭的Eu~(3+)与Tb~(3+)在本实验条件下,可以实现电子转移.这一现象的发现有助于了解团相反应中稀土离子价态变化的规律.为寻找共轭稀土离子对之间实现电子转移条件提供了实验依据.     

关于同伦正则单态

同伦单态在文献[1]和[2]中被提出以后已成为同伦论的一个经典论题.本文引进同伦正则单态的概念,它严格介于同伦单态与同伦等价之间,并且在某种意义下刻划了同伦等价的一个特征.本文在点标拓扑空间的范畴Top~*中讨论,所有基点与常值映射均用*表示.范畴C的一个射j:E→A称为正则单态,如果存在两个射f,g:A→B(对某个B)使得j是f与g的等化子,即fj=gj,且对满足fh=gh的任意射h:X→A,存在唯一的射k:X→E使得jk=h.在Top~*的同伦范畴HTop~*中也就有了正则单态的概念.我们定义一个稍有差别的同伦正则单态的概念如下:     

膜蛋白研究的里程碑--2003年诺贝尔化学奖

2003年10月,诺贝尔化学奖颁给了两位生物学家,美国约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)医学院的Peter Agre和洛克菲勒大学(Rockefeller University)休斯医学研究所(Howard Hughes Medical Institute)的Roderick Mackinnon,以表彰他们"在膜通道研究领域上的一系列开创性的工作".Agre的主要贡献是发现了细胞膜上水通道的存在;而Mackinnon的主要贡献则是通过解析钾离子通道的三维空间结构阐明了该离子通道的机制.     

科学信息

·Trends in Neurosciences《神经科学进展》Vol.15,No.5,1992年 1.蝇、鼠与人体的基本钾离子通道分子遗传学技术的应用,使科学家在研究钾离子通道时至少在蝇、鼠、人体细胞上发现了电压依赖性的钾离子通道。目前人们需要进一步弄清这些分子结构的基本功能。 2.神经活动与戒毒在戒毒过程中出现的一系列反应包括行为学与生     

Aβ肽纳米管状类离子通道的分子模拟

采用分子模拟方法研究了淀粉样β肽（amyloid β-peptide,Aβ）寡聚体的纳米管状类离子通道结构.结果显示,氢键网络是稳定结构的主要作用力之一.侧链的疏水性分布模式有利于形成嵌入脂双层的亲水性孔道.孔道区域受弱的连续分布的负电势控制,是其阳离子选择性的基础;而强的正负电势的间隔分布使结构骨架部分的静电均衡,是结构稳定的重要因素之一.研究结果为阐释纳米管状Aβ通道的结构稳定性和离子通透性提供了理论依据,为揭示阿尔兹海默症（AD）的分子机理和设计治本性药物提供了线索.     

碳烟与气态和吸附态NO_2反应的不同机制

在K/MgAlO催化剂上测试了气态及吸附态NO2与碳烟(soot)的反应,结合原位红外表征和第一性原理计算确认了反应中间物,对两类反应的差异进行了机理解析.结果表明,吸附态NO2的活性弱于气态NO2.吸附态NO2以硝酸盐的形式参与反应,导致出现了2个红外特征峰2234和2110 cm-1,分别归属为K位上的氰酸离子和MgAlO载体上的氰离子.此外,气态NO2的反应中间物异氰酸离子也得到证实.吸附态NO2(即硝酸盐)的反应受到K+静电场的束缚,倾向于形成氰酸离子,氰酸离子易裂解成氰离子迁移到载体上;气态NO2与碳烟反应则倾向于形成相对稳定的异氰酸离子.吸附态NO2较弱的低温活性可归因于K+静电场的束缚.     

稻田土壤镉的表面络合模型及其生物有效性验证

中国南方分布的稻田土壤以酸性可变电荷土壤为主(pH 6.5).重金属Cd作为重要污染物,其生物有效性在酸性条件下相对较高,因此,研究可变电荷稻田土壤中Cd的吸附特征并建立模型准确评价Cd的生物有效性具有重要意义.本研究通过测试不同p H下的稻田土壤Cd吸附曲线,建立了表面络合模型(SCM),模拟Cd的吸附行为;并且采用田间实验的稻米Cd累积量,对SCM预测的有效态Cd进行验证. Cd的吸附实验表明,随pH升高Cd的吸附量升高,至pH 5.5时Cd以吸附态为主.利用电位滴定实验和不同pH下Cd的吸附实验,建立了Cd吸附的1-site/2-p K表面络合模型,该模型能够很好地拟合Cd在可变电荷土壤中随p H变化的吸附特征.水稻田间实验数据表明,酸性(pH 5.5)稻田土壤pH与水稻籽粒Cd呈显著负相关(P 0.05),因为p H决定的吸附平衡是影响有效态Cd含量的关键;采用连续提取法获得的Cd形态(1 mol L-1MgCl2提取的可交换态和1 mol L-1NaOAc/HOAc提取的碳酸盐结合态)与水稻籽粒Cd含量无显著相关(P 0.05);而采用模型预测的溶解态Cd与水稻籽粒Cd含量极显著相关(P 0.01),说明本模型预测的有效态Cd明显优于连续提取法.因此,应用SCM模型,可以更为准确地预测稻田土壤有效态Cd及其Cd在土壤-水界面的形态分配,为Cd的生物有效性评估提供新的思路.