全細胞膜片鉗單細胞

膜片鉗在通道研究中的重要作用用膜片鉗技術(shù)可以直接觀察和分辨單離子通道電流及其開閉時程、區(qū)分離子通道的離子選擇性、同時可發(fā)現(xiàn)新的離子通道及亞型，并能在記錄單細胞電流和全細胞電流的基礎(chǔ)上進一步計算出細胞膜上的通道數(shù)和開放概率，還可以用以研究某些胞內(nèi)或胞外物質(zhì)對離子通道開閉及通道電流的影響等。同時用于研究細胞信號的跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)和細胞分泌機制。結(jié)合分子克隆和定點突變技術(shù)，膜片鉗技術(shù)可用于離子通道分子結(jié)構(gòu)與生物學(xué)功能關(guān)系的研究。利用膜片鉗技術(shù)還可以用于藥物在其靶受體上作用位點的分析。如神經(jīng)元煙堿受體為配體門控性離子通道，膜片鉗全細胞記錄技術(shù)通過記錄煙堿誘發(fā)電流，可直觀地反映出神經(jīng)元煙堿受體活動的全過程，包括受體與其激動劑和拮抗劑的親和力，離子通道開放、關(guān)閉的動力學(xué)特征及受體的失敏等活動。使用膜片鉗全細胞記錄技術(shù)觀察拮抗劑對煙堿受體激動劑量效曲線的影響，來確定其作用的動力學(xué)特征。然后根據(jù)分析拮抗劑對受體失敏的影響，拮抗劑的作用是否有電壓依賴性、使用依賴性等特點，可從功能上區(qū)分拮抗劑在煙堿受體上的不同作用位點，即判斷拮抗劑是作用在受體的激動劑識別位點，離子通道抑或是其它的變構(gòu)位點上。離子通道是一種特殊的膜蛋白，它橫跨整個膜結(jié)構(gòu)，是細胞內(nèi)部與部外聯(lián)系的橋梁和細胞內(nèi)外物質(zhì)交換的孔道。全細胞膜片鉗單細胞

細胞是動物和人體的基本單元，細胞與細胞內(nèi)的通信是依靠其膜上的離子通道進行的，離子和離子通道是細胞興奮的基礎(chǔ)，亦即產(chǎn)生生物電信號的基礎(chǔ)，生物電信號通常用電學(xué)或電子學(xué)方法進行測量。由此形成了一門細胞學(xué)科--電生理學(xué)。膜片鉗技術(shù)已成為研究離子通道的黃金標準。電壓門控性離子通道：膜上通道蛋白的帶點集團在膜電位改變時，在電場的作用下，重新分布導(dǎo)致通道的關(guān)閉，同時有電荷移動，稱為門控電流。配體門控離子通道：神經(jīng)遞質(zhì)（如乙酰膽堿）、ji素等與通道蛋白上的特定位點結(jié)合，引起蛋白構(gòu)像的改變，導(dǎo)致通道的打開。德國全細胞膜片鉗離子通道神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、腺體的分泌、肌肉的運動、學(xué)習(xí)和記憶。

1937年，Hodgkin和Huxley在烏賊巨大神經(jīng)軸突細胞內(nèi)實現(xiàn)細胞內(nèi)電記錄，獲1963年Nobel獎1946年，凌寧和Gerard創(chuàng)造拉制出前列直徑小于1μm的玻璃微電極，并記錄了骨骼肌的電活動。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。Voltageclamp（電壓鉗技術(shù)）由Cole和Marmont發(fā)明，并很快由Hodgkin和Huxley完善，真正開始了定量研究，建立了H一H模型（膜離子學(xué)說），是近代興奮學(xué)說的基石。1948年，Katz利用細胞內(nèi)微電極技術(shù)記錄到了終板電位;1969年，又證實N—M接觸后的Ach以"量子式"釋放，獲1976年Nobel獎。1976年，德國的Neher和Sakmann發(fā)明PatchClamp（膜片鉗）。并在蛙橫紋肌終板部位記錄到乙酰膽堿引起的通道電流。

在形成高阻抗封接后，記錄實驗結(jié)果之前，通常要根據(jù)實驗的要求進行參數(shù)補償，以期獲得符合實際的結(jié)果。需要注意的是，應(yīng)恰當設(shè)置放大器的帶寬，例如10kHz，這樣在電流監(jiān)測端將觀察不到超越此頻帶以外的無用信息。膜片鉗實驗難度大、技術(shù)要求高，要掌握有關(guān)技術(shù)和方法雖不是很困難的事，但要從一大批的實驗數(shù)據(jù)中，經(jīng)過處理和分析，得出有意義、有價值的結(jié)果和結(jié)論，就顯得不那么容易，有許多需要注意和考慮的問題，包括減少噪音，避免電極前端的污染，提高封接成功率，具體實驗過程中還需要考慮如何選取記錄模式，為記錄特定離子電流如何選擇電極內(nèi)、外液，如何選擇阻斷劑、激動劑，如何進行正確的數(shù)據(jù)采集等許多更為復(fù)雜的問題，還需在科研實踐中不斷地探索和解決。膜片鉗技術(shù)原理膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極接觸細胞，形成吉歐姆（GΩ）阻抗。

膜片鉗技術(shù)原理：膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極吸管把只含1-3個離子通道、面積為幾個平方微米的細胞膜通過負壓吸引封接起來（見右圖），由于電極前列與細胞膜的高阻封接，在電極前列籠罩下的那片膜事實上與膜的其他部分從電學(xué)上隔離，因此，此片膜內(nèi)開放所產(chǎn)生的電流流進玻璃吸管，用一個極為敏感的電流監(jiān)視器（膜片鉗放大器）測量此電流強度，就單一離子通道電流膜片鉗技術(shù)的建立，對生物學(xué)科學(xué)特別是神經(jīng)科學(xué)是一資有重大意義的變革。這是一種以記錄通過離子通道的離子電流來反映細胞膜單一的（或多個的離子通道分子活動的技術(shù)。些技術(shù)的出現(xiàn)自然將細胞水平和分子水平的生理學(xué)研究聯(lián)系在一起，同時又將神經(jīng)科學(xué)的不同分野必然地融匯在一起，改變了既往各個分野互不聯(lián)系、互不滲透，阻礙人們較全認識能力的弊端。這一技術(shù)的發(fā)現(xiàn)和基因克隆技術(shù)并架齊驅(qū)，給生命科學(xué)研究帶來了巨大的前進動力。離子通道的近代觀念源于Hodgkin、Huxley、Katz等人在20世紀30—50年代的開創(chuàng)性研究。進口腦片膜片鉗

膜片鉗技術(shù)是用玻璃微電極吸管把只含1-3個離子通道、面積為幾個平方微米的細胞膜通過負壓吸引封接起來。全細胞膜片鉗單細胞

膜片鉗技術(shù)實現(xiàn)了小片膜的孤立和高阻封接的形成，由于高阻封接使背景噪聲水平降低，相對地增寬了記錄頻帶范圍，提高了分辨率。另外，它還具有良好的機械穩(wěn)定性和化學(xué)絕緣性。而小片膜的孤立使對單個離子通道進行研究成為可能。單通道電流1.典型的單通道電流呈一種振幅相同而持續(xù)時間不等的脈沖樣變化。他有兩個電導(dǎo)水平，即O和1，分別對應(yīng)通道的關(guān)閉和開效狀態(tài)。2.有的矩形脈沖簇狀發(fā)放時，通道電流不在同一水平，可以明顯觀察到不同數(shù)目離子通道所形成的電流臺階，從而可推斷出被測膜片的通道數(shù)目。3.有的通道可記錄到圓滑型和方波形兩種形式。4.有些通道開放活動是持續(xù)開放，中間被閃動樣的關(guān)閉所中斷，形成burst開放。有些通道開放活動是簇狀開放與短期平靜交替出現(xiàn)，形成簇狀發(fā)放串（Cluster）全細胞膜片鉗單細胞

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