资料分析:一般电学性质∶ 通过I/V关系计算得到单通道电导,观察通道有无整流。通过离子选择性、翻转电位或其它通道的条件初步确定通道类型。通道动力学分析∶开放时间、开放概率、关闭时间、通道的时间依赖性失活、开放与关闭类型(簇状猝发,Burst)样开放与闪动样短暂关闭(flickering),化学门控性通道的开、关速率常数等数据。药理学研究∶研究的药物,阻断剂、激动剂或其它调制因素对通道活动的影响情况。综合分析得出结沦。早期的研究多使用双电极电压钳技术作细胞内电活动的记录。德国膜片钳技术
膜片钳技术是1976年由诺贝尔奖得主Neher和Sakmann发展起来的一种记录胞膜离子通道电生理活动的技术。该技术的应用将细胞水平和分子水平的生理学研究联系在一起,已成为现代细胞电生理研究的常规方法,广泛应用于生物、生理、病理、药理、神经科学、植物和微生物等领域并取得了丰硕的研究成果。膜片钳技术点燃了细胞和分子水平的生理学研究的**之火,与基因克隆技术(genecloning)并驾齐驱,给生命科学研究带来了巨大的前进动力。钙成像技术被广泛应用于实时监测神经元、心肌以及多种细胞胞内钙离子的变化,从而检测神经元、心肌的活动情况。这些技术是人们观测神经以及多种细胞活动为直接的手段,现已发展为生命科学研究的热点,也是国家自然科学基金等鼓励申报的重要领域。日本全细胞膜片钳参数膜片钳技术实现了小片膜的孤立和高阻封接的形成。
对药物作用机制的研究,在通道电流记录中,可分别于不同时间、不同部位(膜内或膜外)施加各种浓度的药物,研究它们对通道功能的可能影响,了解那些选择性作用于通道的药物影响人和动物生理功能的分子机理。这是目前膜片钳技术应用普遍的领域,既有对西药药物机制的探讨,也普遍用在重要药理的研究上。如开丽等报道细胞贴附式膜片钳单通道记录法观测到人参二醇组皂苷可控制正常和“缺血”诱导的大鼠大脑皮层神经元L-型钙通道的开放,从而减少钙内流,对缺血细胞可能有保护作用。陈龙等报道采用细胞贴附式单通道记录法发现乌头碱对培养的Wistar大鼠心室肌细胞L-型钙通道有阻滞作用。
离子通道结构研究∶目前,绝大多数离子通道的一级结构得到了阐明但根本的还是要搞清楚各种离子通道的三维结构,在这方面,美国的二位科学家彼得·阿格雷和罗德里克'麦金农做出了一些开创性的工作,他们到用X光绕射方法得到了K离子通道的三维结构,二位因此获得2003年诺贝系化学奖。有关离子通道结构不是本 PPT的重点,可参考杨宝峰的<离子通道药理学>和Hill的<lonic Channels Of Excitable Membranes 》。对离子通道功能的研究,主要采用记录离子通道电流来间接反映离子通道功能,目前有如下两种技术:电压钳技术(Voltage Clamp),膜片钳(patch clamp)技术。微电极的制备膜片钳电极是用外径为1-2mm的毛细玻璃管拉制成的。
离子通道细胞是动物和人体的基本组成单元,细胞与细胞内的通信是依靠其膜上的离子通道进行的,离子和离子通道是细胞兴奋的基础,亦即产生生物电信号的基础,生物电信号通常用电学或电子学方法进行测量。由此形成了一门细胞学科—电生理学(electrophysiology)。膜片钳技术已成为研究离子通道的"金标准"。电压门控性离子通道∶膜上通道蛋白的带点集团在膜电位改变时,在电场的作用下,重新分布导致通道的关闭,同时有电荷移动,称为门控电流。配体门控离子通道∶神经递质(如乙酰胆碱)、***等与通道蛋白上的特定位点结合,引起蛋白构象的改变,导致通道的打开。机械门控离子通道∶机械牵拉其他。膜片钳技术的建立,对生物学科学特别是神经科学是一资有重大意义的变革。德国高通量全自动膜片钳蛋白质分子水平
膜片钳记录技术与较早的单电极电压钳位相比进步了很多,尤其在单离子通道钳位记录方面。德国膜片钳技术
在大多数膜片钳实验,要求所有实验仪器及设备均具有良好的机械稳定性,以使微电极与细胞膜之间的相对运动尽可能小。防震工作台放置倒置显微镜和与之固定连接的微操纵器,其他设备置于台外。屏蔽罩由铜丝网制成,接地以防止周围环境的杂散电场对膜片钳放大器的探头电路的干扰。仪器设备架要靠近工作台,便于测量仪器与光学仪器配接。倒置显微镜是膜片钳实验系统的主要光学部件,它不仅具有较好的视觉效果,便于将玻璃电极与细胞的顶部接触,而且是借助移动物镜来实现聚焦,具有较好的机械稳定性。视频监视器主要是用来监视实验过程中的操作,特别是能将封接参数(如封接阻抗)与细胞的形态对应,以实现良好的封接。德国膜片钳技术
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