第26卷第4期貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)VoL 26 No. 42009年8月Journal of Guizhou University( Natural Sciences)Aug.2009文章編號1000-5269(2009)04-0029-02鉀離子通道的門控動力學(xué)研究李芳芳·,彭仕政(貴州大學(xué)理學(xué)院物理系,貴州貴陽550025)摘要:以鉀離子單通道門控機理的分析為前提,探索鉀離子通道門控動力學(xué)馬爾科夫過程的模型,并選出相對簡單的模型。通過馬爾科夫基本方程推導(dǎo)出單通道記錄中的開放持續(xù)時間和關(guān)閉持續(xù)時間的概率密度函數(shù)關(guān)鍵詞:離子通道;門控機理;馬爾科夫過程;概率密度函數(shù)中圖分類號:Q615文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A目前,離子通道的研究已成為分子生物學(xué)、2鉀離子通道門控建模分子藥理學(xué)、生物物理學(xué)和神經(jīng)生物學(xué)等多學(xué)科研大多數(shù)研究者認(rèn)為通道的門控行為可以用馬究的熱點,大多數(shù)離子通道對離子都具有選擇性,爾科夫過程來刻畫, colquhoun等在通道馬爾科夫而同時對其特異性離子又通道的活動是一個隨機的隨機過程理論方面貢獻(xiàn)卓越建立了通道活動的過程,為了從數(shù)量上刻畫通道蛋白的門控特性以及馬爾科夫模型,他們假定通道活動表現(xiàn)為少數(shù)幾種為一些相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)提供一個理論框架,從二十關(guān)閉狀態(tài)和少數(shù)幾種開放狀態(tài)的轉(zhuǎn)移狀態(tài)間的轉(zhuǎn)世紀(jì)八十年代初起,在國際上就開始了離子通道門移速率僅僅依賴于當(dāng)前的狀態(tài),不依賴于該狀態(tài)時控動力學(xué)的建模研究,本文主要從通道的馬爾科夫間的長短,即先前狀態(tài)的歷史過程來論述,首先,介紹一下在研究中要遇到的葉江鴻等人利用片膜鉗技術(shù)成功地在大鼠腎些主要的問題進(jìn)而根據(jù)馬爾科夫的基本方程推導(dǎo)上腺髓質(zhì)瘤無性繁殖出單通道的概率密度函數(shù)。錄到電導(dǎo)為50KS的電壓門控性鉀離子通道電1離子通道流],并根據(jù)實驗中所觀察到的開放時間、首次開離子通道是可興奮細(xì)胞組織膜上的特殊大分放潛伏期、開啟與關(guān)閉的動力學(xué)特點,提出了以下子蛋白質(zhì)在其某些構(gòu)象中形成具有選擇性的孔動力學(xué)模型洞,處于開放狀態(tài),允許一種或多種離子通過,形成離子電流;而另一些構(gòu)象中卻不存在孔洞,處于關(guān)C1C2閉狀態(tài),不產(chǎn)生離子電流,因此,離子通道門控行為表現(xiàn)為不斷的開放與關(guān)閉。流經(jīng)離子通道的電流其中C表示關(guān)閉狀態(tài),0表示開放狀態(tài),下標(biāo)具有兩狀態(tài)特征,它是振幅恒定,而開關(guān)持續(xù)時間表示序號;k(j=1,2,3,…,8)為狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移不定的脈沖變化的結(jié)果。相應(yīng)的單通道記錄在兩速率.隨后又考慮到短促開放可能在生理上無重個電導(dǎo)水平1(對應(yīng)開放)和0(對應(yīng)關(guān)閉)之間隨大作用,去掉了代表短開狀態(tài)的O2,模型成為機交替變化,由開放與關(guān)閉持續(xù)時間序列組成?？墒?當(dāng)把通道門控動力學(xué)歸結(jié)為開、關(guān)兩個狀態(tài)相C2 0, C3互轉(zhuǎn)換的齊次馬爾科夫模型時,卻不能很好地擬合單通道記錄,而需要將其作為有多個開、關(guān)狀態(tài)的以上模型從某些方面反映了鉀離子通道的動連續(xù)時間平穩(wěn)馬爾科夫過程來建模,我們稱這個過力學(xué)特性程為通道門控的潛在馬爾科夫過程中國煤化工簡單的動力學(xué)模CNMHG收稿日期:200-07-11作者簡介:李芳芳(1983-),女山西長治人,碩士研究生主要從事生物細(xì)胞膜離子通道方向的研究,Email:shanxilifan123@yahoo.com,emn通訊作者:李芳芳,Email;shanxilifanl23@yahoo.com.en貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第26卷型三種狀態(tài)的馬爾科夫過程C1代表未與激動劑結(jié)合時通道的關(guān)閉狀態(tài),C2代表與激動劑結(jié)合后通f(=∑(a)p(=)道仍然關(guān)閉的狀態(tài),O3代表與激動劑結(jié)合后開放式中的概率密度函數(shù)是有限個指數(shù)項的線性的狀態(tài),存在以下狀態(tài)間的轉(zhuǎn)移模式:組合,其中T是潛在馬爾科夫過程中第j個(開或關(guān))狀態(tài)的平均持續(xù)時間,N0、N分別表示開、關(guān)狀03態(tài)的個數(shù)。3討論k是從狀態(tài)i到狀態(tài)j的轉(zhuǎn)移速率。由于穿過膜的電流的躍變轉(zhuǎn)移C2←→O3在實驗中是可以本文是基于理論研究,依據(jù)相關(guān)的實驗觀察觀察到的;而有關(guān)激動劑結(jié)合與分離的轉(zhuǎn)移C尋求鉀離子通道門控動力學(xué)的適當(dāng)模型。如前所→C2中沒有電導(dǎo)水平的變化是觀察不到的,單述單通道記錄不能區(qū)別潛在馬爾科夫過程處于同通道記錄反映出來的只是C1,C2的連續(xù)持續(xù)時間電導(dǎo)水平的狀態(tài)及其轉(zhuǎn)移方式,由此產(chǎn)生的不確為此,我們可以把狀態(tài)分為兩類{C1,C2}和定性使得不同的研究者在研究的早期階段對同一O3}離子通道可提出多種(馬爾科夫框架下的)動力學(xué)馬爾科夫過程在各個狀態(tài)的持續(xù)時間服從指模型數(shù)分布。由此可知,單通道記錄中開放或關(guān)閉時間隨著科學(xué)研究水平的進(jìn)一步提高,方法學(xué)研究般是幾個開放或關(guān)閉狀態(tài)的聯(lián)合態(tài)為了求得開的進(jìn)一步深入研究者分析認(rèn)識能力的提高有可放(關(guān)閉)持續(xù)時間的分布我們從馬爾科夫過程能會提出更為準(zhǔn)確地描述門控動力學(xué)的模型。本的基礎(chǔ)方程出發(fā):文只是研究上述問題的初步探索。dPdt p(t)Q參考文獻(xiàn):式中P是轉(zhuǎn)移概率矩陣Q是強度矩陣,研究1葉江鴻,樊菁腎上腺髓質(zhì)瘤無性繁殖細(xì)胞延時整流鉀離子通和實際過程相應(yīng)的變更是隨機過程,在變更過程中道的門控動力學(xué)[中山醫(yī)科大學(xué)學(xué)報,1991,12(4):250開放(關(guān)閉)是吸收態(tài)。利用這種處理方法,并假(2]安海龍張素花,韓英榮等鉀離子通道布朗動力學(xué)研究]定精細(xì)平衡法則( law of detailed balance)成立,我原子核物理評論,2005,12(4):416-418們推導(dǎo)出單通道記錄中的開放持續(xù)時間和關(guān)閉持[3]劉向明胡性車,方積乾Pc12細(xì)胞鉀離子通道門控動力學(xué)續(xù)時間的概率密度函數(shù)隨機建模與參數(shù)評估(1)[]生物數(shù)學(xué)學(xué)報,1996,11(2):56)=∑(ar)esp[4]趙會仁,石中陸細(xì)胞膜離子通道的動力學(xué)模型[J].錦州醫(yī)學(xué)院學(xué)報,1996,17(5):53-5The Study of Potassium Ion Channel Tating KineticsLI Fang-fang, PENG Shi-zhengDepartment of Physics, Guizhou University, Guiyang 550025, ChinaAbstract: Taking the study of gating mechanism of potassium channel as the basis, this article approaches modeling method of Markov process of gating mechanism, and selects the relatively simple model. Through the basiMarkov equation the probability density function of single-channel, open duration and close duration were de-Key words: ion channel; gating mechanism; Markov Process中國煤化工CNMHG