离子通道概论及钙通道阻滞药(详细)课件.ppt
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1、第二十一章第二十一章离子通道概论及钙通道阻滞离子通道概论及钙通道阻滞药药新乡医学院药学院新乡医学院药学院 詹合琴詹合琴 Email:离子通道(离子通道(ion channels)是是细胞膜细胞膜中的中的跨膜蛋白跨膜蛋白质分子质分子,在脂质双分子层膜,在脂质双分子层膜上构成具有高度选择性的上构成具有高度选择性的亲亲水性通道水性通道,对某些,对某些离子离子能能选选择通透择通透,是细胞,是细胞生物电活动生物电活动的基础。的基础。1.广泛存在于动、植物中。广泛存在于动、植物中。2.是细胞生物电产生的基础。是细胞生物电产生的基础。3.直接或间接参与细胞膜信号转导。直接或间接参与细胞膜信号转导。4.影响离
2、子通道的因素必然影响机体生理功影响离子通道的因素必然影响机体生理功 能,甚至导致病理现象。能,甚至导致病理现象。二、离子通道的作用和意义二、离子通道的作用和意义两人于两人于1991年获年获得诺贝尔生物学奖得诺贝尔生物学奖1949年年Cole and Marmont设计了电压钳技术。设计了电压钳技术。1955年,年,Hodgkin 和和Keens通过对钾离子的研究提出通过对钾离子的研究提出了通道的概念了通道的概念Hodgkin 和和Huxley加以加以改进,描述了电压门控改进,描述了电压门控动力学的动力学的H-H模型。模型。Neher and Sakmann1976年建立了膜片技术年建立了膜片技
3、术HuxleyHodgkin 1963年获诺贝尔医学年获诺贝尔医学/生理学奖生理学奖三、离子通道研究简史三、离子通道研究简史四、离子通道的特性四、离子通道的特性离子通道离子通道的特性的特性选择性选择性门控性门控性离子大小离子大小的选择的选择电荷的选择电荷的选择配体门控配体门控电压门控电压门控门控:门控:离子通道一般都离子通道一般都具有相应的闸门,闸门具有相应的闸门,闸门的开启和关闭过程称为的开启和关闭过程称为门控。门控。一般为关闭状态一般为关闭状态。离子通道离子通道状态状态激活状态激活状态失活状态失活状态关闭状态关闭状态 是指通道不但失活,是指通道不但失活,且即使有外来刺激且即使有外来刺激也不
4、能使之进入开也不能使之进入开放状态。放状态。五、离子通道的分类五、离子通道的分类电压门控离子通道电压门控离子通道配体门控离子通道配体门控离子通道按激活方按激活方式分类式分类与膜电位有关与膜电位有关与电位变化与电位变化时间有关时间有关与递质有关与递质有关与通道蛋白分子上与通道蛋白分子上的结合位点有关的结合位点有关按通过的按通过的离子离子命名,如命名,如Na+、Ca2+、K+、Cl-通道。通道。按递质或受体命名,按递质或受体命名,如如GABA受体、受体、N型型Ach受体受体(一)钠通道(一)钠通道1.概念:为选择性允许概念:为选择性允许Na+跨膜通过的离子通道。跨膜通过的离子通道。2.特点特点:主
5、要为主要为电压门控电压门控离子通道,也存在非电压离子通道,也存在非电压依赖性钠通道(如:上皮钠通道:依赖性钠通道(如:上皮钠通道:ENaC)。3.主要功能主要功能是维持细胞膜的是维持细胞膜的兴奋性兴奋性和和传导传导;4.存在存在于兴奋性神经细胞、骨骼肌、心肌细胞。于兴奋性神经细胞、骨骼肌、心肌细胞。第一节第一节 钠通道及其作用药物钠通道及其作用药物电压依赖性:电压依赖性:它在它在去极化去极化达到一达到一定水平开始定水平开始被激活被激活,通道开放产,通道开放产生生快速快速Na+内流内流,当达到最大效应当达到最大效应后,逐渐失活直到通道完全失活,后,逐渐失活直到通道完全失活,闸门关闭。闸门关闭。根
6、据钠根据钠通道对阻滞剂的敏感性通道对阻滞剂的敏感性分为三类:分为三类:1.神经类:对神经类:对TTX(河豚毒素)敏感性高,对河豚毒素)敏感性高,对 CTX(芋螺毒素)敏感性低。(芋螺毒素)敏感性低。2.骨骼肌类:对骨骼肌类:对TTX和和CTX敏感性均高。敏感性均高。3.心肌类:对心肌类:对TTX和和CTX敏感性均低。敏感性均低。电压依赖性电压依赖性钠通道的分类钠通道的分类 1.1.快快钠通道钠通道:激活所需电压激活所需电压高高,失活速度失活速度快快,快速快速 NaNa+内流,形成心肌内流,形成心肌动作电位的动作电位的0 0位相位相。2.2.慢慢钠通道钠通道:激活所需电压激活所需电压低低,失活速
7、度失活速度慢慢,参与参与 维持心肌维持心肌动作电位的动作电位的2 2相平台期相平台期。3.3.激活和失活速度激活和失活速度快:快:快钠快钠1ms1ms、慢钠、慢钠10ms10ms内完成。内完成。4.4.阻阻NaNa+内流内流,主要代表药主要代表药:奎尼丁奎尼丁。心肌类钠通道的特征心肌类钠通道的特征Na+快快Na+慢慢Na+复活复活失活失活电压门控离子通道的门控机制电压门控离子通道的门控机制HodgkinHuxley(二)作用于钠通道的药物(二)作用于钠通道的药物1.作用于神经系统的药物作用于神经系统的药物 包括包括局部麻醉药局部麻醉药(利多卡因、普鲁卡因等,详见第(利多卡因、普鲁卡因等,详见第
8、13章)、章)、抗癫痫药抗癫痫药(苯妥英,第(苯妥英,第16章)章)机制:机制:通过与通过与神经细胞膜神经细胞膜上的电压门控性上的电压门控性Na+通道结通道结合,改变其构象,使合,改变其构象,使Na+通道关闭,通道关闭,阻止动作电位阻止动作电位和神经冲动的产生和传导。和神经冲动的产生和传导。2.作用于心血管系统钠通道的药物作用于心血管系统钠通道的药物(1)钠通道阻滞药:治疗心律失常(第)钠通道阻滞药:治疗心律失常(第22章)章)(2)钠通道激活药:)钠通道激活药:治疗心衰治疗心衰天然钠通道激活药:天然钠通道激活药:黎芦定和乌头碱黎芦定和乌头碱合成的抑制钠通道失活的药:合成的抑制钠通道失活的药:
9、DPI-106、BDF9148、BDF9198 两类药物均具有明显的心律失常作用,两类药物均具有明显的心律失常作用,基本无临床意义。基本无临床意义。增加增加Na+和和Ca2+交换体交换体活动,增加心肌收缩活动,增加心肌收缩力。力。一、一、钾通道钾通道(一)特点:作用最复杂(一)特点:作用最复杂;分布广泛分布广泛:神经、骨骼:神经、骨骼 肌、肌、心肌心肌、血管、胃肠道、内分泌和腺体、血管、胃肠道、内分泌和腺体 细胞等。细胞等。(二)意义:在可兴奋细胞膜上,(二)意义:在可兴奋细胞膜上,钾通道参与钾通道参与复极复极 维持静息膜电位;维持静息膜电位;在非兴奋性细胞膜上参与在非兴奋性细胞膜上参与 维持
10、细胞体积、细胞静息膜电位。维持细胞体积、细胞静息膜电位。第二节第二节 钾通道及其作用药物钾通道及其作用药物不同的钾通道产生的不同的钾通道产生的K+电流特征不同,参与的电流特征不同,参与的功能各异。功能各异。钾通道钾通道电压依赖性电压依赖性钾通道钾通道(瞬时外向(瞬时外向Ito1)钙依赖性钙依赖性钾通道钾通道(瞬时外向(瞬时外向Ito2)内向整流内向整流钾通道钾通道(延迟整流(延迟整流Ik)ATP敏感钾通道敏感钾通道(可被(可被ATP抑制)抑制)(二)钾通道的分类二)钾通道的分类 1.参与心肌细胞动作电位参与心肌细胞动作电位复极化复极化的整个过程。的整个过程。2.缓慢缓慢K+外流,外流,为心肌动
11、作电位复极化为心肌动作电位复极化 3期期的主的主要离子流。要离子流。3.轻度轻度阻阻Na+内流内流,主要,主要促促K+外流外流:-代表药代表药-利多卡因利多卡因;4.抑制多种钾电流抑制多种钾电流:代表药代表药-胺碘酮胺碘酮。(三)、心肌(三)、心肌类类钾通道钾通道Na+K+K+Na+_ _ _ _K+Ca2+01234Na+快快Na+慢慢Na+缓慢钾离子外流缓慢钾离子外流三、作用于钾通道的药物三、作用于钾通道的药物(一)作用于延迟整流钾电流的药物作用于延迟整流钾电流的药物:大部分为大部分为类抗心律失常药,新的本类药物对类抗心律失常药,新的本类药物对Ikur具有具有高度选择性。高度选择性。(二)
12、作用于(二)作用于ATP敏感钾通道的药物敏感钾通道的药物 KATP阻滞剂:阻滞剂:磺酰脲类口服降血糖药。磺酰脲类口服降血糖药。KATP开放剂:开放剂:米诺地尔、尼可地尔、二氮嗪、米诺地尔、尼可地尔、二氮嗪、可罗卡林等,可舒张血管平滑肌,降低血压。可罗卡林等,可舒张血管平滑肌,降低血压。胺碘酮、托西溴苄胺胺碘酮、托西溴苄胺和索他洛尔等。和索他洛尔等。一、钙通道定义和特征一、钙通道定义和特征 是选择性允许是选择性允许CaCa2+2+跨膜通过的离子通跨膜通过的离子通道,在正常情况下为道,在正常情况下为细胞外细胞外(CaCa2+2+)缓慢内流缓慢内流的离子通道,是调节细胞内钙的离子通道,是调节细胞内钙
13、(CaCa2+2+i)浓度的主要途径,存在于机)浓度的主要途径,存在于机体各种组织细胞。体各种组织细胞。第三节第三节 钙通道及钙通道阻滞药钙通道及钙通道阻滞药二、钙通道分型、结构和功能二、钙通道分型、结构和功能主要为电压门控钙通道(主要为电压门控钙通道(votage-gate CaCa2+2+channels)1.L-型型:(长程慢通道长程慢通道):是细胞兴奋时是细胞兴奋时外外Ca2+内流内流的的最主要途最主要途径径;分布于各种兴奋细胞;为二氢吡啶类分布于各种兴奋细胞;为二氢吡啶类(硝苯地平等硝苯地平等)钙钙通道阻滞药通道阻滞药作用部位。作用部位。为最重要的钙通道,是参与心肌、平滑肌收缩,为最
14、重要的钙通道,是参与心肌、平滑肌收缩,窦房结起搏和房室结传导的主要通道。窦房结起搏和房室结传导的主要通道。是心肌动作电位是心肌动作电位2相相平台期形成的主要平台期形成的主要离子流。离子流。2.T-型钙通道型钙通道(短暂):短暂):多见于心脏传导组织多见于心脏传导组织,对调节心对调节心 脏的自律性有作用。脏的自律性有作用。3.其它尚有其它尚有N(神经)、(神经)、P(小脑浦氏细胞)、(小脑浦氏细胞)、Q(小脑颗粒细胞)、(小脑颗粒细胞)、R(神经)等亚型。(神经)等亚型。L-型钙通道的分子结构型钙通道的分子结构 研究最多的是研究最多的是骨骼肌横管中的骨骼肌横管中的L型通道型通道,现,现知它由知它
15、由5个亚单位所组成,即个亚单位所组成,即1,2,,,。1亚单位是主要功能单位亚单位是主要功能单位,它能单独发挥钙通道,它能单独发挥钙通道的作用。的作用。图图21-1 L钙通道钙通道各亚单位位置示意图各亚单位位置示意图P磷酸化部位磷酸化部位;糖基化部位糖基化部位 包含包含4个同源区,每区含个同源区,每区含6个跨膜片段个跨膜片段,由胞浆内连,由胞浆内连接肽连接,形成功能性四聚体结构。接肽连接,形成功能性四聚体结构。S5和和S6执行过滤功能;执行过滤功能;S4是电压感受器是电压感受器(分布(分布5-7个正电荷);当细胞膜除极时,个正电荷);当细胞膜除极时,S4片段向细胞外方向移动,引起通道改变而开放
16、,产生片段向细胞外方向移动,引起通道改变而开放,产生钙离子内流(激活)钙离子内流(激活)失活失活复活。复活。1亚基的构成亚基的构成LCa(L)的钙离子,作用于肌浆网(的钙离子,作用于肌浆网(SR)上的上的ryanodine受体受体,引起引起SR贮存的贮存的Ca2+大量释放,导致胞浆内的大量释放,导致胞浆内的Ca2+水平升水平升高,肌肉收缩,称为钙介导的钙释放。高,肌肉收缩,称为钙介导的钙释放。LCa(L)是窦房结是窦房结和房室结的主要除极电流。和房室结的主要除极电流。L-型钙通道的功能型钙通道的功能1.1.具有电压依赖性。具有电压依赖性。2.2.激活速度缓慢,激活速度缓慢,为为20-30ms2
17、0-30ms;失活速度更慢,为;失活速度更慢,为100-100-300ms300ms。3.3.快快NaNa+1ms1ms,慢,慢NaNa+10ms10ms。故在心肌细胞上。故在心肌细胞上,当当 CaCa2+2+通道通道尚未激活时尚未激活时,NaNa+通道便已失活通道便已失活,因而心肌动作电位的上因而心肌动作电位的上升相取决于升相取决于NaNa+通道通道,而其后的平台期取决于而其后的平台期取决于CaCa2+2+通道。通道。4.4.对离子的选择性低对离子的选择性低:正常状态下正常状态下,CaCa2+2+通过通过;低低CaCa2+2+时时,也允许也允许NaNa+通过。通过。三、电压门控三、电压门控钙
18、通道钙通道的特点的特点钙拮抗药钙拮抗药(calcium antagonists,CaA)是指能选择性地阻滞是指能选择性地阻滞L-型钙通道型钙通道,抑制抑制细胞细胞外外Ca2+内流内流,降低细胞内降低细胞内Ca2+浓度的浓度的药物。药物。四、钙通道阻滞药四、钙通道阻滞药Na+K+K+Na+_ _ _ _K+Ca2+01234影响收缩性的主要因素影响收缩性的主要因素是是2相相Ca2+内流:内流:Ca2+内流内流,平台期延,平台期延长,收缩性长,收缩性;Ca2+内流内流,平台期缩,平台期缩短,收缩性短,收缩性;19871987年年WHOWHO根据药物的根据药物的化学结构及其选择性化学结构及其选择性将
19、将钙通道阻滞药进行分类。钙通道阻滞药进行分类。1.选择性钙拮抗药选择性钙拮抗药:I 类类:选择性作用于:选择性作用于L型钙通道型钙通道(长程慢通道长程慢通道)的药物的药物Ia.二氢吡啶类(二氢吡啶类(DHPs):动脉动脉心脏心脏 硝苯地平硝苯地平(心痛定心痛定)、尼莫、尼群、)、尼莫、尼群、尼卡、尼索尼卡、尼索非洛、拉西、氨氯、伊拉和尼伐地平等非洛、拉西、氨氯、伊拉和尼伐地平等(一)钙通道阻滞药的分类(一)钙通道阻滞药的分类Ib.苯丙噻氮卓类(苯丙噻氮卓类(BTZs):动脉):动脉心脏心脏 地尔硫卓地尔硫卓(硫氮卓酮硫氮卓酮);二氯呋利等。二氯呋利等。Ic.苯烷胺类(苯烷胺类(PAAs):动脉
20、):动脉心脏心脏 维拉帕米维拉帕米(异搏定异搏定)、)、加洛帕米和戈加洛帕米和戈洛帕米洛帕米类类:选择性作用于选择性作用于其他电压依赖性钙通道其他电压依赖性钙通道的的的的药物。例:作用于药物。例:作用于T型钙通道型钙通道(短暂)短暂)的药物的药物 -苯妥英等苯妥英等2.非非选择性钙拮抗药:选择性钙拮抗药:二苯哌嗪类:二苯哌嗪类:氟桂利嗪氟桂利嗪、桂利嗪、利多氟嗪桂利嗪、利多氟嗪;尼拉明类:普尼拉明、芬地林尼拉明类:普尼拉明、芬地林;其他类:其他类:哌克昔林、卡洛维林哌克昔林、卡洛维林.近年近年Toyo-OkaToyo-Oka和和NaylerNayler对钙通道阻滞药的分类。对钙通道阻滞药的分类
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