第26卷第4期貴州大學(xué)學(xué)報(bào)(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(hào)1000-5269(2009)04-0029-02鉀離子通道的門(mén)控動(dòng)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(yáng)550025)摘要:以鉀離子單通道門(mén)控機(jī)理的分析為前提,探索鉀離子通道門(mén)控動(dòng)力學(xué)馬爾科夫過(guò)程的模型,并選出相對(duì)簡(jiǎn)單的模型。通過(guò)馬爾科夫基本方程推導(dǎo)出單通道記錄中的開(kāi)放持續(xù)時(shí)間和關(guān)閉持續(xù)時(shí)間的概率密度函數(shù)關(guān)鍵詞:離子通道;門(mén)控機(jī)理;馬爾科夫過(guò)程;概率密度函數(shù)中圖分類(lèi)號(hào):Q615文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(mén)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(mén)控行為可以用馬究的熱點(diǎn),大多數(shù)離子通道對(duì)離子都具有選擇性,爾科夫過(guò)程來(lái)刻畫(huà), colquhoun等在通道馬爾科夫而同時(shí)對(duì)其特異性離子又通道的活動(dòng)是一個(gè)隨機(jī)的隨機(jī)過(guò)程理論方面貢獻(xiàn)卓越建立了通道活動(dòng)的過(guò)程,為了從數(shù)量上刻畫(huà)通道蛋白的門(mén)控特性以及馬爾科夫模型,他們假定通道活動(dòng)表現(xiàn)為少數(shù)幾種為一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供一個(gè)理論框架,從二十關(guān)閉狀態(tài)和少數(shù)幾種開(kāi)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(guó)際上就開(kāi)始了離子通道門(mén)移速率僅僅依賴(lài)于當(dāng)前的狀態(tài),不依賴(lài)于該狀態(tài)時(shí)控動(dòng)力學(xué)的建模研究,本文主要從通道的馬爾科夫間的長(zhǎng)短,即先前狀態(tài)的歷史過(guò)程來(lái)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(wèn)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(wú)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(mén)控性鉀離子通道電1離子通道流],并根據(jù)實(shí)驗(yàn)中所觀(guān)察到的開(kāi)放時(shí)間、首次開(kāi)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(kāi)啟與關(guān)閉的動(dòng)力學(xué)特點(diǎn),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(dòng)力學(xué)模型洞,處于開(kāi)放狀態(tài),允許一種或多種離子通過(guò),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(mén)控行為表現(xiàn)為不斷的開(kāi)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(kāi)放狀態(tài),下標(biāo)具有兩狀態(tài)特征,它是振幅恒定,而開(kāi)關(guān)持續(xù)時(shí)間表示序號(hào);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(kāi)放可能在生理上無(wú)重個(gè)電導(dǎo)水平1(對(duì)應(yīng)開(kāi)放)和0(對(duì)應(yīng)關(guān)閉)之間隨大作用,去掉了代表短開(kāi)狀態(tài)的O2,模型成為機(jī)交替變化,由開(kāi)放與關(guān)閉持續(xù)時(shí)間序列組成?？墒?當(dāng)把通道門(mén)控動(dòng)力學(xué)歸結(jié)為開(kāi)、關(guān)兩個(gè)狀態(tài)相C2 0, C3互轉(zhuǎn)換的齊次馬爾科夫模型時(shí),卻不能很好地?cái)M合單通道記錄,而需要將其作為有多個(gè)開(kāi)、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(dòng)連續(xù)時(shí)間平穩(wěn)馬爾科夫過(guò)程來(lái)建模,我們稱(chēng)這個(gè)過(guò)力學(xué)特性程為通道門(mén)控的潛在馬爾科夫過(guò)程中國(guó)煤化工簡(jiǎn)單的動(dòng)力學(xué)模CNMHG收稿日期:200-07-11作者簡(jiǎn)介:李芳芳(1983-),女山西長(zhǎng)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(bào)(自然科學(xué)版)第26卷型三種狀態(tài)的馬爾科夫過(guò)程C1代表未與激動(dòng)劑結(jié)合時(shí)通道的關(guān)閉狀態(tài),C2代表與激動(dòng)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(dòng)劑結(jié)合后開(kāi)放式中的概率密度函數(shù)是有限個(gè)指數(shù)項(xiàng)的線(xiàn)性的狀態(tài),存在以下?tīng)顟B(tài)間的轉(zhuǎn)移模式:組合,其中T是潛在馬爾科夫過(guò)程中第j個(gè)(開(kāi)或關(guān))狀態(tài)的平均持續(xù)時(shí)間,N0、N分別表示開(kāi)、關(guān)狀03態(tài)的個(gè)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(guò)膜的電流的躍變轉(zhuǎn)移C2←→O3在實(shí)驗(yàn)中是可以本文是基于理論研究,依據(jù)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)觀(guān)察觀(guān)察到的;而有關(guān)激動(dòng)劑結(jié)合與分離的轉(zhuǎn)移C尋求鉀離子通道門(mén)控動(dòng)力學(xué)的適當(dāng)模型。如前所→C2中沒(méi)有電導(dǎo)水平的變化是觀(guān)察不到的,單述單通道記錄不能區(qū)別潛在馬爾科夫過(guò)程處于同通道記錄反映出來(lái)的只是C1,C2的連續(xù)持續(xù)時(shí)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(lèi){C1,C2}和定性使得不同的研究者在研究的早期階段對(duì)同一O3}離子通道可提出多種(馬爾科夫框架下的)動(dòng)力學(xué)馬爾科夫過(guò)程在各個(gè)狀態(tài)的持續(xù)時(shí)間服從指模型數(shù)分布。由此可知,單通道記錄中開(kāi)放或關(guān)閉時(shí)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(gè)開(kāi)放或關(guān)閉狀態(tài)的聯(lián)合態(tài)為了求得開(kāi)的進(jìn)一步深入研究者分析認(rèn)識(shí)能力的提高有可放(關(guān)閉)持續(xù)時(shí)間的分布我們從馬爾科夫過(guò)程能會(huì)提出更為準(zhǔn)確地描述門(mén)控動(dòng)力學(xué)的模型。本的基礎(chǔ)方程出發(fā):文只是研究上述問(wèn)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(qiáng)度矩陣,研究1葉江鴻,樊菁腎上腺髓質(zhì)瘤無(wú)性繁殖細(xì)胞延時(shí)整流鉀離子通和實(shí)際過(guò)程相應(yīng)的變更是隨機(jī)過(guò)程,在變更過(guò)程中道的門(mén)控動(dòng)力學(xué)[中山醫(yī)科大學(xué)學(xué)報(bào),1991,12(4):250開(kāi)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(dòng)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(píng)論,2005,12(4):416-418們推導(dǎo)出單通道記錄中的開(kāi)放持續(xù)時(shí)間和關(guān)閉持[3]劉向明胡性車(chē),方積乾Pc12細(xì)胞鉀離子通道門(mén)控動(dòng)力學(xué)續(xù)時(shí)間的概率密度函數(shù)隨機(jī)建模與參數(shù)評(píng)估(1)[]生物數(shù)學(xué)學(xué)報(bào),1996,11(2):56)=∑(ar)esp[4]趙會(huì)仁,石中陸細(xì)胞膜離子通道的動(dòng)力學(xué)模型[J].錦州醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),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(guó)煤化工CNMHG