本文選題：鉀離子通道 + 離子選擇篩��； 參考：《浙江大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：鉀離子通道能夠控制鉀離子選擇性地并且高速地流入和流出細(xì)胞來改變細(xì)胞內(nèi)外電壓,從而使得細(xì)胞對外界刺激產(chǎn)生瞬間反應(yīng)。鉀離子通道的離子選擇篩中的四個鉀離子結(jié)合位點只能同時容納兩個鉀離子,鉀離子在離子選擇篩中以1,3和2,4兩種相互平衡的狀態(tài)存在。鋇離子是唯一一個能夠阻斷鉀離子通道的堿土金屬元素,鋇離子和鉀離子大小類似(鋇的離子半徑為1.35A,鉀為1.33 A),然而鋇離子卻攜帶雙倍的電荷。鋇離子的大小使得它很容易進(jìn)入鉀離子通道的離子選擇篩,然而它所攜帶的電荷使它在離子選擇篩中的結(jié)合過于緊密,因而導(dǎo)致鋇離子對鉀離子通道的阻斷效應(yīng)。離子通道研究領(lǐng)域的先驅(qū),布蘭迪斯大學(xué)(Brandeis University)的Christopher Miller博士在上世紀(jì)八十年代通過對鉀通道的鋇阻斷進(jìn)行電生理學(xué)研究發(fā)現(xiàn)鉀離子對于鋇離子從鉀通道逃逸存在三個效應(yīng)：外部鎖定效應(yīng)(external lock-in effect)、增強效應(yīng)(enhancement effect)和內(nèi)部鎖定效應(yīng)(internal lock-in effect),他還前瞻性地推理出鉀離子通道的結(jié)構(gòu),并在十幾年后被鉀離子通道的晶體結(jié)構(gòu)所驗證。然而鋇離子和鉀離子在鉀離子通道中是如何相互作用而導(dǎo)致這些效應(yīng),至今仍然是離子通道研究領(lǐng)域爭議的熱點。我們以MthK鉀離子通道為模型,通過多學(xué)科交叉,結(jié)合X-射線晶體學(xué)和電生理學(xué)兩種研究手段,探討了鋇離子和鉀離子在MthK鉀離子通道內(nèi)的相互作用,對上述三個效應(yīng)提出了一個相應(yīng)的模型。在沒有鋇離子時,鉀離子在鉀離子通道的離子選擇篩中以1,3-和2,4-兩種相互平衡的狀態(tài)存在,此時,鉀離子通道能夠自由通透鉀離子。鋇離子從胞內(nèi)側(cè)進(jìn)入鉀離子通道離子選擇篩,結(jié)合在4、3或2位點阻斷鉀離子通道。鋇離子可以向外或向內(nèi)逃逸出使鉀離子通道暢通。鉀離子從外側(cè)進(jìn)入位點1,將鋇離子推至位點4,阻止鋇離子向外逃逸(外部鎖定效應(yīng))；外側(cè)鉀離子濃度高時能將鉀離子推至位點2,從而增強鋇離子向內(nèi)逃逸(增強效應(yīng))；內(nèi)側(cè)的鉀離子在中央空穴能阻止鋇離子向內(nèi)逃逸(內(nèi)部鎖定效應(yīng))。
[Abstract]:Potassium channels can control the selective and high speed flow of potassium ions into and out of cells to change the voltage inside and outside the cells, which makes the cells react to external stimuli.The four potassium binding sites in the ion selective sieve of potassium channel can only contain two potassium ions at the same time.Barium ion is the only alkali earth metal element that can block potassium ion channel. The size of barium ion and potassium ion is similar (the radius of barium ion is 1.35A, potassium is 1.33An, but barium ion carries double charge.The size of barium ion makes it easy to enter the ion selective screen of potassium channel. However, the charge it carries makes it bind too closely in the ion selection screen, which leads to the blocking effect of barium ion on potassium channel.A pioneer in the field of ion channel research,In the 1980s, Dr Christopher Miller of Brandys University at Brandeis University conducted an electrophysiological study of the blocking of potassium channels and found that there were three effects of potassium ions on the escape of barium ions from potassium channels: external locking effect and external lock-in effect.Internal lock-in effectts and internal locking effects. He also extrapolated the structure of potassium channels in a forward-looking way.The crystal structure of potassium channel was verified after more than ten years.However, how barium ion and potassium ion interact in potassium channel and lead to these effects is still a hot topic in the field of ion channel research.The interaction of barium ion and potassium ion in the potassium channel of MthK was studied by using the MthK potassium channel as a model, and by combining with X- ray crystallography and electrophysiology, the interaction of barium ion and potassium ion in the MthK potassium channel was studied.A corresponding model is proposed for the above three effects.In the absence of barium ion, potassium ions exist in the ion selective sieve of potassium channel in two equilibrium states of 1 ~ 3- and 2 ~ 4-. At this time, the potassium ion channel can permeate potassium ion freely.Barium ions enter the potassium channel from the medial side of the cell and block the potassium channel at 4 ~ 3 or 2 sites.Barium ions can escape outward or inward to make potassium channels clear.Potassium ions enter site 1 from the outside and push barium ions to site 4 to prevent barium ions from escaping outward (external locking effect), and potassium ions can be pushed to site 2 when the concentration of potassium ions outside is high, thus enhancing the inward escape of barium ions.The medial potassium ions in the central hole can prevent the barium ions from escaping inward.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：Q25

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本文編號：1740415