內(nèi)面向外膜片(inside-outpatch)高阻封接形成后,,在將微管電極輕輕提起,,使其與細胞分離,,電極端形成密封小泡,,在空氣中短暫暴露幾秒鐘后,小泡破裂再回到溶液中就得到“內(nèi)面向外”膜片,。此時膜片兩側(cè)的膜電位由固定電位和電壓脈沖控制,。浴槽電位是地電位,膜電位等于玻管電位的負值,。如放大器的電流監(jiān)視器輸出是非反向的,,則輸出將與膜電流(Im)的負值相等。外面向外膜片(out-sidepatch)高阻封接形成后,,繼續(xù)以負壓抽吸,,膜片破裂再將玻管慢慢地從細胞表面垂直地提起,斷端游離部分自行融合成脂質(zhì)雙層,,此時高阻封接仍然存在,。而膜外側(cè)面接觸浴槽液。這種膜片形式應(yīng)測膜片電阻,,并消除漏電流和電容電流,。整個過程要當心是否形成囊泡。如果浴槽保持地電位水平,膜電位即與玻管電位相等,。如放大器是非反向的,,放大器的輸出將與Im值相等。玻璃微電極的應(yīng)用使的電生理研究進行了重命性的變化,。美國高通量全自動膜片鉗單細胞
離子選擇性(selectivity)(大小和電荷)∶某一種離子只能通過與其相應(yīng)的通道跨膜擴散(安靜∶K>Na100倍,、興奮;Na>K10-20倍);各離子通道在不同狀態(tài)下,,對相應(yīng)離子的通透性不同,。門控特性(Gating)∶失活狀態(tài)不僅是通道處于關(guān)閉狀態(tài),而且只有在經(jīng)過一個額外刺激使通道從失活關(guān)閉狀態(tài)進入靜息關(guān)閉狀態(tài)后,,通道才能再度接受外界刺激而***開放,。離子通道的功能(FunctionoflonChannels)1.產(chǎn)生細胞生物電現(xiàn)象,與細胞興奮性相關(guān),。2.神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,、腺體的分泌、肌肉的運動,、學習和記憶3.維持細胞正常形態(tài)和功能完整性膜離子通道的基因變異及功能障礙與許多疾病有關(guān),,某些先天性與后天獲得性疾病是離子通道基因缺陷與功能改變的結(jié)果,稱為離子通道?。╥onchannelpathies),。美國高通量全自動膜片鉗單細胞現(xiàn)代膜片鉗技術(shù)是在電壓鉗技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
離子通道結(jié)構(gòu)研究∶目前,,絕大多數(shù)離子通道的一級結(jié)構(gòu)得到了闡明但根本的還是要搞清楚各種離子通道的三維結(jié)構(gòu),,在這方面,美國的二位科學家彼得·阿格雷和羅德里克麥金農(nóng)做出了一些開創(chuàng)性的工作,,他們到用X光繞射方法得到了K離子通道的三維結(jié)構(gòu),,二位因此獲得2003年諾貝系化學獎。有關(guān)離子通道結(jié)構(gòu)不是本PPT的重點,,可參考楊寶峰的<離子通道藥理學>和Hill的<lonicChannelsOfExcitableMembranes》,。對離子通道功能的研究,主要采用記錄離子通道電流來間接反映離子通道功能,,目前有如下兩種技術(shù):電壓鉗技術(shù)(VoltageClamp),,膜片鉗(patchclamp)技術(shù)。
1976年德國馬普生物物理化學研究所Neher和Sakmann在青蛙肌細胞上用雙電極鉗制膜電位的同時,,記錄到ACh的單通道離子電流,,從而產(chǎn)生了膜片鉗技術(shù)。1980年Sigworth等在記錄電極內(nèi)施加5-50cmH2O的負壓吸引,,得到10-100GΩ的高阻封接(Giga-seal),,明顯降低了記錄時的噪聲實現(xiàn)了單根電極既鉗制膜片電位又記錄單通道電流的突破。1981年Hamill和Neher等對該技術(shù)進行了改進,引進了膜片游離技術(shù)和全細胞記錄技術(shù),,從而使該技術(shù)更趨完善,,具有1pA的電流靈敏度、1μm的空間分辨率和10μs的時間分辨率,。1983年10月,,《Single-ChannelRecording》一書問世,奠定了膜片鉗技術(shù)的里程碑,。Sakmann和Neher也因其杰出的工作和突出貢獻,,榮獲1991年諾貝爾醫(yī)學和生理學獎。神經(jīng)遞質(zhì)的釋放,、腺體的分泌,、肌肉的運動、學習和記憶,。
全細胞膜片鉗記錄(whole-cellpatch-clamprecording)是應(yīng)用*早,,也是*廣的鉗位技術(shù),它相當于連續(xù)的單電極電壓鉗位記錄,,也就是說全細胞記錄類似于傳統(tǒng)的細胞內(nèi)記錄,,但它具有更大的優(yōu)越性,如高分辨率,、低噪聲,、極好的穩(wěn)定性以及能控制細胞內(nèi)的成分等。全細胞記錄技采測定的是一個細胞內(nèi)全部**通道的電流,,記錄過程中電極的溶液取代了原細胞質(zhì)的成分,。雖然膜片鉗記錄技術(shù)與*初的單電極電壓鉗位相比進步了很多,尤其在單離子通道鉗位記錄方面,,細胞或腦片的組織選擇及實驗溶液的制備仍然是很重要的步驟,。細胞是動物和人體的基本組成單元,細胞與細胞內(nèi)的通信,是依靠其膜上的離子通道進行的,。美國高通量全自動膜片鉗單細胞
通過研究離子通道的離子流,, 從而了解離子運輸、信號傳遞等信息,。美國高通量全自動膜片鉗單細胞
這一設(shè)計模式似乎幾十年都沒有改變過,,作為一個有著近20年膜片鉗經(jīng)驗的科研工作者,記得自己進入實驗室次看到的放大器就差不多是這樣,,也不覺得還會有什么變化,。直到筆者在19年訪問歐洲的一個同樣做電生理的實驗室的時候,發(fā)現(xiàn)了這樣一款獨特的放大器,,讓筆者眼前一亮,,這款放大器從前置放大器出來的線竟然就直接連接在了電腦上,當筆者問他們放大器和數(shù)模呢?他們說,,你看到的就是全部了,,所以的部件都包含在了這個前置放大器中。美國高通量全自動膜片鉗單細胞
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