乙琥胺
氯丙嗪 苯二氮䓬 氟桂利嗪 利法利嗪
氟芬那酸
优降糖、达美康
3.离子通道——分类
分类方法 具体类别
电 压 门 控 性 ， 又 称 电 压 依 赖 性 (voltage dependent) 或 电 压 敏 感 性 (voltage voltage gated sensitive)离子通道:因膜电位变化而开启和关闭，以最容易通过 的离子命名，如K+、Na+、Ca2+、Cl-通道4种主要类型，各型又分 若干亚型. 配 体 门 控 性 ， 又称化学门控性(chemical gated)离子通道，由递质与通道蛋白质 ligand gated 受体分子上的结合位点结合而开启，以递质受体命名，如乙酰胆碱 受体通道、谷氨酸受体通道、门冬氨酸受体通道等 .非选择性阳离 子通道 (non-selective cation channels) 系由配体作用于相应受 体而开放，同时允许Na+、Ca2+ 或K+ 通过，属于该类. 机 械 门 控 性 ， 又称机械敏感性 (mechanosensitive) 离子通道 : 是一类感受细胞膜 mechanogated 表面应力变化，实现胞外机械信号向胞内转导的通道，根据通透性 分为离子选择性和非离子选择性通道，根据功能作用分为张力激活 型和张力失活型离子通道. 基因相似性 根据基因序列的相似性或同源性而归类的离子通道，例如TRP家族 等。
医学神经生物学国家重点实验室
离子通道的基础知识及其技术
1.电生理学——生命科学中的信息科学
组织的生物电场 信息高级处理 细胞的电脉冲 信息整合和编码 细胞膜的电流 电信号发生和传递
1.电生理学——生命科学中的信息科学之一
组织的生物电场 信息高级处理 细胞的电脉冲 信息整合和编码 细胞膜的电流 电信号发生和传递
4.离子通道研究理论
在1902年，Bernstein创造性地将Nernst的理论应 用到生物膜上，提出了“膜学说”。他认为在静 息状态下，细胞膜只对钾离子具有通透性，即细 胞静息电位的钾离子学说；而当细胞兴奋的瞬间 ，膜的破裂使其丧失了选择通透性，所有的离子 都可以自由通过。
Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世纪30—50年代 做出了开创性研究。他们基于电压钳技术，提出 并验证了所谓的Hodgkin—Huxley方程，数学模拟 出和真实状况相符合的神经冲动的传导，由此建 立了细胞动作电位的钠离子学说。离子通道的近 代观念也由此产生。
全自动膜片钳
操作自动化，简单培训即可使用 高效率、高通量 实现某些传统膜片钳不具有的功能， 例如全细胞模式内液灌流。
操作过程复杂，对实验者要求高 实验数据量低，难以应用于药物筛 选
保持传统膜片钳高信息量和高灵敏度 方面程度不一， 样本兼容性不一
医学神经生物学国家重点实验室
1949
1949 1952 1953 1964
Ling发明了微电极细胞内记录技术，Cole首创的电压钳技术问世，成为电生理学史上重要的里程
碑，电生理研究进入细胞时代。 Hodgkin和Katz提出了动作电位Na+学说。 Hodgkin和Huxley分离出Na+、K+电流和漏电流。 Fatt和Katz分离出了Ca2+电流。 Deck、Kern和Trantwein在浦肯野氏纤维上进行电压钳研究。
即： 工作站
+
平板芯片
德国Nanion公司 Patchliner
德国Nanion公司 Syncropatch 96
美国MolecularDevices公司 Ionworks
7.不同膜片钳技术的比较
1 记录模式
传统膜片钳 平板膜片钳
7.不同膜片钳技术的比较
2 各自的优缺点 传统膜片钳
高信息量：通道功能的各项指标、 结合其他实验记录 高灵敏度：pA级、单通道水平 适用范围广：不受样本种类限制
• 细胞生物电现象的基础——动作电位的形成
2.1 重要的生理功能
• 参与维持细胞正常形态
2.1 重要的生理功能
• 细胞兴奋-收缩偶联
2.1 重要的生理功能
• 细胞兴奋-分泌-兴奋偶联
2.1 重要的生理功能
• 细胞跨膜信号转导
2.离子通道：重要的药物靶点
2.2 关键的药物治疗靶点
a) 2002年由FDA提供的分析报告指出，目前所有FDA认可的药品中涉及到的治疗 靶点基因仅为273个，其中完全认定为药物靶点的7%为离子通道； b) 2006年的调研表明，配体门控和电压门控的离子通道是第三和第四大现有的 可治疗基因家族（仅排在G蛋白基因家族和核受体基因家族之后），分别占据 7.9%和5.5%； c) 经典的离子通道类临床用药见表1：
离子通道：生物电发生的基本元件，也是重要 的药物治疗靶点。
2.离子通道：重要的药物靶点
2.1 重要的生理功能 • • • • 细胞生物电现象的基础 参与维持细胞正常形态 细胞兴奋-收缩偶联和兴奋-分泌偶联 细胞跨膜信号转导
2.1 重要的生理功能
• 细胞生物电现象的基础——静息电位的形成
2.1 重要的生理功能
表1.离子通道：重要的药物靶点
药物类别
抗高血压药物
药物靶点
钙通道
药物名称
硝苯地平 西尼地平
钾通道 抗心律失常药物 钠/钾通道 钙通道
尼克地尔 奎尼丁 地尔硫桌 维拉帕米
钾通道 麻醉药 钠通道
胺碘酮 利多卡因 普鲁卡因
氯通道/NMDA 镇静/催眠/抗癫痫药物 钠通道
丙泊酚 苯妥英钠 卡马西平
钙通道 钾通道 氯通道 缺血脑保护药物 钙通道 钠通道 钾通道 糖尿病药物 钾通道
Luigi Galvani 首次在蛙类体内发现生物电现象，电生理学的创始人， Sidney Ringer 发明了蛙心灌流试验用的溶液。
1888
1902 1937 1946
Walther Nernst 提出了Nernst 方程。
Julius Bemstein 提出静息电位的K+学说。 Renshaw 首次使用微电极成功记录到了脊髓中间神经元的电活动。 Gerard首次使用微电极测定了蛙肌细胞膜电位。
光学部分：

信号放大器 数据采集卡 PC 周边设备控制器等
荧光显微镜 CCD照相机 监视器 激光器等机械ຫໍສະໝຸດ 分 辅助部分：

防震台，气压泵或气瓶 高精密微电极操作器 灌流操作器 显微镜移动平台或可移动载物台
信号屏蔽罩 微电极拉制仪 药物灌流设备 温度控制器
6. 全自动膜片钳设备的组成
1976
1980~
E.Neher和B.Sakmann创立了膜片钳技术，使电生理研究空前活跃，并作为重要的里程碑，标志着
电生理分子时代的到来。 膜片钳技术、生物大分子技术以及生物光学技术的结合，使人们对生物电现象的认识水平在分子水 平取得了重大的突破和丰富。
5. 传统膜片钳设备的组成
电学部分

4.离子通道研究技术
1. 微电极电压钳-电流钳技术
2. 传统膜片钳技术
Kenneth Cole (1900-1984)
Erwin Neher (1944- )
4.离子通道研究技术
3. 平板膜片钳技术（膜片钳技术新趋势的关键）
原创技术专利：
表2. 膜片钳技术的历史角色
年份
1786 1887
电生理学中标志性事件
谢谢！
参考阅读： 1. 《神经生物学——从神经元到脑》，（美）尼克尔斯等著，科学出版 社，2003 2. 《Neuroscience : Exploring the Brain》2nd edition, Mark F.Bear etc al, 高等教育出版社 2002.