钾离子作用是什么?
K+是细胞内的主要阳离子,它的浓度变化与细胞的活性和正常功能有密切的关系。通过研究钾通道的生物学性状及其与疾病的关系将为阐明细胞信号转导机理、肿瘤的发生发展提供新的理论和实验依据。 1893年HermannMulders在观察植物根尖和动物肌肉时首先发现钾(K)离子的存在;1930年Szent-Gyorgyi从牛甲状旁腺中分离纯化了钙(Ca2+)和钾(K+)离子后证明了它们的生物活性;1954年Leopold等证明蛙坐骨神经末梢内存在电压依赖性的K通道。由于这些早期的重大贡献,Szent-Gyorgyi获得了1967年诺贝尔生理学或医学奖,而Leopold获得了1968年的诺贝尔化学奖。到目前为止,已经发现了许多类型的钾通道,并且参与了体内多种不同的生理过程和病理反应。
1.1电生理学特性 几乎所有的动物细胞都能主动摄取K+,但只有神经系统和心肌能进行有效的K+外排。当这些细胞受到刺激时会产生去极化电流,进而引起兴奋性氨基酸受体、钠离子通道及钙离子通道开放,最终产生动作电位。目前已经发现了三种不同的钾通道:电压门控型(voltage-gated K+channels,Kv)、配体门控型(ligand gated K+ channels, Klγ)和钙激活型[calcium (Ca2+)-activated K+ channels,Kα]。它们分别具有不同的生理功能和生化特性。
其中,Kv通道又可分为四种亚家族:Kv1~Kv4,它们对静息电位的影响不同,属于快速失活型K+通道;Kv5~Kv7属于延迟消失型K+通道;Kv8属于特异性的Na+/K+交换通道;Kv9目前尚未完全明确其性质。其他两种钾通道,Kl 和 Kα,则分别由两种不同的蛋白超家族所调控。
1.2分子结构 各种钾通道的氨基酸序列有一定的同源性,并且都包含四个结构域:一个N端的跨膜结构域,两个C端的环状结构域及一个居中的链内折叠结构域。虽然它们各自的理化性质不尽相同,但均具有四个相同的亚基,通过四聚体形成疏水性的孔道。
当膜电位低于-65mV(内负外正)时,K+优先选择亲脂性的K+通道进入细胞。当膜电位高于+60mV(内正外负)时,K+优先选择非选择性阳离子通道流出细胞。