【正文】 測量通過膜的離子電流大小的技術(shù)。,膜片鉗(patch clamp，PC)技術(shù)的應(yīng)用,極大地推動(dòng)了對離子通道的研究。)可測量通過膜的離子電流大小的技術(shù)，極大地推動(dòng)了對離子通道的研究。 S1 膜片鉗(patch clamp，PC)技術(shù)(j236。o)模型,離子通過離子通道時(shí)的擴(kuò)散速率在106個(gè) 通道上的閥門可以通過一種未知的方式對膜兩側(cè)的電勢梯度或由環(huán)境刺激產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)做出開或關(guān)的反應(yīng)。 通道上的感受(gǎnsh242。,見圖：一個(gè)跨膜的內(nèi)部蛋白的中央孔道允許 K+通過。 離子通道開閉的機(jī)制有兩類:一類可對跨膜電勢梯度發(fā)生反應(yīng),另一類則對外界刺激(如光照、激素等)發(fā)生反應(yīng).離子通道的構(gòu)像會(huì)隨環(huán)境條件的改變而發(fā)生變化,處于某些構(gòu)像時(shí),它的中間會(huì)形成孔,允許溶質(zhì)通過。 從保衛(wèi)細(xì)胞中已鑒定出兩種K+通道, 一種是允許K+外流的外向通道，另一種則K+的內(nèi)向通道。 1.離子通道(ion channel) －由細(xì)胞膜上內(nèi)在蛋白構(gòu)成的允許離子通過膜的孔道。它不需要細(xì)胞直接提供能量。zh236。zh249。)細(xì)胞內(nèi)，而面積大的參比電極安放在細(xì)胞外，二極間的電勢差由靜電計(jì)測量，電勢差經(jīng)放大器放大后由記錄儀記錄,第八頁，共五十一頁。當(dāng)微電極刺入細(xì)胞質(zhì)，測定到的是質(zhì)膜內(nèi)外的電勢差；如刺入液泡，測量值就代表液泡和細(xì)胞外部之間的電勢差。 微電極是由玻璃毛細(xì)管打制而成，尖端口徑僅為1μm，能刺入細(xì)胞內(nèi)部，微電極內(nèi)放入電解質(zhì)和金屬(jīnshǔ)導(dǎo)線。,,+++,K+ K.+ K + K + K + K +,K +,K +,第七頁，共五十一頁。)數(shù)值的大小。而按電勢梯度,由于細(xì)胞內(nèi)有較高的負(fù)電荷,則這種陽離子又應(yīng)該從細(xì)胞外向內(nèi)擴(kuò)散。 典型的植物細(xì)胞,在細(xì)胞膜的內(nèi)側(cè)具有較高的負(fù)電荷,而在細(xì)胞膜的外側(cè)具有較高的正電荷。,第六頁，共五十一頁。ZF(EoEi)即ZF△E為電勢梯度項(xiàng) 當(dāng)△μ＞0時(shí)，△E＞(RT/ZF)ln(ai/ao) (32) 細(xì)胞外離子向細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散，表現(xiàn)為細(xì)胞吸收離子。)為Ei，電化學(xué)勢為μi；細(xì)胞外的離子濃度為a0，膜電勢為E0，電化學(xué)勢為μ0。,設(shè)細(xì)胞內(nèi)的離子濃度為ai，膜電勢(di224。 帶電粒子的擴(kuò)散除了其化學(xué)勢梯度或濃度梯度以外，還受體系間電勢高低的影響，亦即取決于其電化學(xué)勢的梯度。ng)吸收(passive absorption) (一)擴(kuò)散作用 指分子或離子沿著化學(xué)勢或電化學(xué)勢梯度轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象。,一、被動(dòng)(b232。,三種(sān zhǒnɡ)膜運(yùn)輸?shù)鞍祝和ǖ?、載體、和泵。逆化學(xué)勢梯度的運(yùn)動(dòng)需要消耗能量，且稱為主動(dòng)運(yùn)輸。id242。,化學(xué)勢（μ）與分子穿透性膜運(yùn)輸之間的關(guān)系 隔室A和B之間分子種類的運(yùn)動(dòng)取決于每個(gè)隔室中溶質(zhì)j的化學(xué)勢的相對大小，在這里用方框的大小來表示。后者以主動(dòng)吸收為主。)組織對溶質(zhì)的吸收,將實(shí)驗(yàn)材料從溶液轉(zhuǎn)入水中,原來進(jìn)入質(zhì)外體的那些溶質(zhì)會(huì)泄漏出來 用無O２、低溫或用抑制劑來抑制呼吸作用,則第一階段的吸收基本上不受影響,而第二階段被抑制。,圖 32植物(zh237。ngwěn)，這稱為第二階段。w249。)的礦質(zhì)與氮素營養(yǎng),第一頁，共五十一頁。植物(zh237。w249。,第二節(jié)植物(zh237。)細(xì)胞對溶質(zhì)的吸收,當(dāng)植物根從外部吸收溶質(zhì)時(shí),首先有一個(gè)溶質(zhì)迅速進(jìn)入的階段，稱為第一階段,然后吸收速度變慢且較平穩(wěn)(p237。 在第一階段溶質(zhì)進(jìn)入質(zhì)外體, 在第二階段溶質(zhì)進(jìn)入原生質(zhì)及液泡。w249。 這表明,溶質(zhì)進(jìn)入質(zhì)外體與其跨膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)和液泡的機(jī)制不同，前者以被動(dòng)吸收為主。,第二頁，共五十一頁。順化學(xué)勢梯度的運(yùn)動(dòng)自發(fā)進(jìn)行，且稱為被動(dòng)(b232。ng)運(yùn)輸。,第三頁，共五十一頁。通道蛋白和載體蛋白可以調(diào)節(jié)溶質(zhì)順電化學(xué)勢梯度穿膜的被動(dòng)運(yùn)輸（通過簡單擴(kuò)散和協(xié)助擴(kuò)散）,第四頁，共五十一頁。id242。 不帶電的中性分子和粒子的擴(kuò)散取決于其化學(xué)勢梯度或濃度梯度。 在壓力、重力等因素忽略不計(jì)的情況下，某一體系中某種離子的電化學(xué)勢可定量描述為： μ =μ0 + RTlna + ZFE 式中：μ為該離子的電化學(xué)勢；μ0為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下離子的電化學(xué)勢；R為氣體常數(shù)；T為熱力學(xué)溫度；a為離子的相對活度；Z為帶電荷數(shù)（帶正電為正數(shù)，帶負(fù)電為負(fù)數(shù)）；F為法拉第常數(shù)；E為離子所處體系的電勢,第五頁，共五十一頁。nsh236。細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)的電化學(xué)勢差為： △μ=μoμi= RTlnao/ai + ZF(EoEi) (31) RTlnao/ai為化學(xué)勢梯度項(xiàng)。 當(dāng)△μ＜0時(shí)，△E＜(RT/ZF)ln(ai/ao) (33) 細(xì)胞內(nèi)離子向細(xì)胞外擴(kuò)散，表現(xiàn)為細(xì)胞釋放離子 當(dāng)△μ=0，即膜內(nèi)外離子移動(dòng)平衡時(shí) △E=(RT/ZF)ln(ai/ao )或 △E=－( RT/ZF)ln(ao/ai ) (34) (34)式就是著名的楞斯特(Nernst)方程式,表示了膜內(nèi)外離子移動(dòng)平衡時(shí)，膜電勢差與膜內(nèi)外離子活度比的對數(shù)成正比。,如僅研究分子擴(kuò)散，(31)式中電勢梯度項(xiàng)可視為0， △μ= RTln(ao/ai) (35) 當(dāng)△μ＞0時(shí)，即RTln(ao/ai)＞0，此時(shí)ao＞ai，因而分子擴(kuò)散是順化學(xué)勢梯度或濃度梯度擴(kuò)散的。 按照化學(xué)勢梯度,細(xì)胞內(nèi)的陽離子應(yīng)向外擴(kuò)散。 那么離子究竟向什么方向擴(kuò)散呢?這要取決于化學(xué)勢梯度與電勢梯度相對(xiāngdu236。也就是電化學(xué)勢梯度的大小。,細(xì)胞的膜電勢可用由微電極、參比電極和高靈敏度的電位計(jì)組成的測定裝置(圖33)測定。 參比電極安放在細(xì)胞外。,圖33測定細(xì)胞膜電勢差的示意圖 微電極插入(chā r249。,(二) 協(xié)助(xi233。)擴(kuò)散( facilitated diffusion),物質(zhì)(w249。)經(jīng)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白順電化學(xué)梯度跨膜的轉(zhuǎn)運(yùn)。 膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白可分為兩類:通道蛋白和載體蛋白（部分）。 離子通道有多種類型，如根據(jù)它轉(zhuǎn)運(yùn)溶質(zhì)的選擇性有K+、Cl－、Ｃa2+通道，也可能存在著供有機(jī)離子通過的通道。一個(gè)表面積為4000 μm2的保衛(wèi)細(xì)胞膜約有250個(gè)K+通道。,第九頁，共五十一頁。 K+順其電化學(xué)勢梯度(注意通道右側(cè)過量的負(fù)電荷)、但逆著濃度梯度從通道左側(cè)(外)移向右側(cè)(細(xì)胞質(zhì))。u)蛋白可對細(xì)胞內(nèi)外由光照、激素或Ca2+引起的化學(xué)刺激做出反應(yīng)。,圖 35 K+離子內(nèi)向通道(tōngd224。 S1 ～108個(gè)sh249。,第十頁，共五十一頁。所謂膜片鉗技術(shù)，是指使用微電極從一小片細(xì)胞膜上獲取(hu242。,膜片鉗技術(shù)的應(yīng)用已測到原生質(zhì)膜中有K+、Cl－、Ｃa2+等離子的通道，也可能存在著供有機(jī)離子通過的通道。 從保衛(wèi)細(xì)胞(x236。一個(gè)表面積為4000 μm2的保衛(wèi)細(xì)胞(x236。,第十一頁，共五十一頁。sh249。nh224。,第十二頁，共五十一頁。 由載體(z224。itǐ)蛋白的結(jié)合部位結(jié)合,結(jié)合后載體(z224。 載體蛋白對被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的結(jié)合及釋放,與酶促反應(yīng)中酶與底物的