孔道关键氨基酸残基对电压门控钾离子通道Kv2.1和Kv2.2离子选择性的调控

哺乳动物电压门控钾离子通道在膜电位维持以及介导神经元和肌肉兴奋性方面发挥了关键性的作用,与多种神经和心血管疾病密切相关.本研究主要运用点突变方法和膜片钳技术探究W366,Y376以及W374,Y384之间的氢键对哺乳动物大鼠Kv2.1和Kv2.2通道结构和功能的影响.实验证明破坏该氢键会导致通道丧失钾离子通透能力,而主要通透钠离子.     

通过阻滞K_1钾通道抑制心脏中的螺旋波

基于二维的Luo Rudy91模型,通过数值模拟研究了阻滞K1钾离子通道抑制心脏中的螺旋波.研究表明,阻滞K1钾离子通道可以有效减小心脏细胞的可激发性,从而达到抑制螺旋波的目的.引入一个全局变量,通过统计这个变量的变化情况来评估抑制螺旋波的效果.通过大量的数值模拟研究,得出了一个阻滞K1钾离子通道抑制螺旋波的可控区.     

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.     

Permeation study of the potassium channel from streptomyces Lividans

A three-state hopping model is established according to experiments to study permeation of an open-state potassium channel from Streptomyces Lividans (KcsA potassium channel). The master equations are used to characterize the dynamics of the system. In this model, ion conduction involves transitions of three states, with one three-ion state and two two-ion states in the selectivity filter respectively. In equilibrium, the well-known Nernst equation is deduced. It is further shown that the current follows Michaelis-Menten kinetics in steady state. According to the parameters provided by Nelson, the current-voltage relationship is proved to be ohmic and the current-concentration relationship is also obtained reasonably. Additional validation of the model in the characteristic time to reach the steady state for the potassium channel is also discussed. This model lays a possible physical basis for the permeation of ion channel, and opens an avenue for further research.     

离子通道、转运载体在癌症演变中的作用

 癌症可以简单地描述为细胞增殖失控。癌症细胞有可能产生在机体中的任何部位,当其在机体蔓延时,往往会导致死亡。离子通道是存在于细胞中的微小蛋白质,它们也同样存在于癌症细胞中。离子通道的活性使得钠、钾、钙、氯等离子可以进出细胞,随着离子交换,细胞内部发生变化,导致多种酶的活性、酸碱度和结构骨架发生改变。     

钾通道阻断剂对人乳腺上皮细胞MCF10A增殖的影响

探讨电压门控钾离子通道在乳腺上皮细胞增殖过程中的作用.通过MTT法检测了钾通道阻断剂TEA、电压门控钾通道阻断剂4-AP对人乳腺上皮细胞MCF10A增殖的影响并与乳腺癌细胞MCF7作了比较,免疫印迹方法观察了电压门控钾通道Kv1.2、Kv1.5的表达.研究发现,两种钾离子通道阻断剂对人乳腺细胞和乳腺癌细胞增殖的影响均呈剂量依赖性关系.经5 mmol/L TEA 处理72 h后,MCF10A细胞的生长抑制率为21.67%,而MCF7细胞的生长抑制率为41.36%;5 mmol/L 4-AP处理72 h后,MCF10A的生长抑制率为29.24%,而MCF7细胞的生长抑制率为40.24%.Kv1.2在MCF10A和MCF7中表达没有变化,而Kv1.5在MCF10A细胞中的表达明显高于MCF7细胞.提示电压门控钾离子通道在乳腺细胞的增殖中起重要作用,其中Kv1.5 可能和乳腺细胞的转化密切相关.     

气孔保卫细胞微管对质膜上钾离子通道的调节作用

利用膜片钳技术探讨了气孔保卫细胞微管对质膜上钾离子通道的可能调节作用。在细胞内分别加入微管解聚剂甲基胺草磷与微管稳定剂紫杉醇均显著地抑制保卫细胞全细胞内向钾电流。结果表明,保卫细胞质膜上内向钾离子通道的正常活性有赖于细胞微管的正常解聚／聚合的动态变化,微管系统对钾离子通道的调节可能是细胞骨架调控气孔运动的生理机理之一。     

KcsA钾离子通道导通钾离子的能力受水分子影响的分子模拟研究

钾离子通道可以选择性的导通钾离子,使其快速通过细胞膜.但是钾离子通过该通道时仍需要克服一定的能量壁垒.钾离子进入及溢出通道的难易程度可以用分子动力学模拟的方法来研究.钾离子通道对离子的高选择性及其快速导通钾离子的能力来源于其独特的离子选择性滤嘴结构.该结构决定了钾离子必须逐一通过.当一个钾离子进入滤嘴结构时,另一钾离子会随后进入.通常认为每两个钾离子中间会间隔一个水分子.那么水分子的存在和其在通道中的不同排列是否会影响钾离子通道对钾离子的导通能力?为解释这一问题,本文选取KcsA钾离子通道作为研究模型,用分子动力学模拟的方法研究了钾离子通过该通道时的难易程度与滤嘴结构内水分子排列的相关性.研究发现滤嘴结构内水分子的存在会影响其相邻钾离子的流动速度.由于水分子占据了钾离子在滤嘴内的结合位点,在一定程度上使得钾离子不易流向该位点,但同时水分子的存在又可以推动与其相邻的钾离子向前运动.因此水分子的作用具有双重性.     

心肌细胞钾通道调控早期后除极的动力学机制

针对心肌细胞动作电位复极期振荡的早期后除极(EAD)现象,研究了细胞模型Hopf分岔和EADs的关系以及钾离子通道的作用。在LR91模型中剔除快钠离子电流并引入控制钙和钾离子通道时常数的控制因子形成子系统模型,分离出模型中不同时间尺度的变量,将跨膜电势、钙离子通道激活及失活门控变量视为快变量构成三变量快子系统,慢变量钾离子通道门控参数视为其分岔参数分析膜电位与快子系统稳定性的关系。计算机仿真结果表明,随着钾离子通道门控变量时常数的增大,膜电位越来越接近快子系统的吸引域和Hopf分岔点。当时常数增大到6倍时动作电位时程延长至1 060ms并开始出现膜电位的振荡,时常数增大到15倍时电位振荡个数增加至15,说明快子系统的Hopf分岔导致了钾通道门控作用下EAD的诱发。     

钾通道阻断剂对人乳腺上皮细胞MOF10A增殖的影响

探讨电压门控钾离子通道在乳腺上皮细胞增殖过程中的作用．通过MTT法检测了钾通道阻断剂TEA、电压门控钾通道阻断剂4-AP对人乳腺上皮细胞MCF10A增殖的影响并与乳腺癌细胞MCF7作了比较,免疫印迹方法观察了电压门控钾通道Kv1．2、Kv1．5的表达．研究发现,两种钾离子通道阻断剂对人乳腺细胞和乳腺癌细胞增殖的影响均呈剂量依赖性关系．经5mmol／LTEA处理72h后,MCF10A细胞的生长抑制率为21．67％,而MCF7细胞的生长抑制率为41．36％;5mmol／L 4-AP处理72h后,MCF10A的生长抑制率为29．24％,而MCF7细胞的生长抑制率为40．24％．Kv1．2在MCF10A和MCF7中表达没有变化．而Kv1．5在MCF10A细胞中的表达明显高于MCF7细胞．提示电压门控钾离子通道在乳腺细胞的增殖中起重要作用,其中Kv1．5可能和乳腺细胞的转化密切相关．