美國單電極膜片鉗蛋白質(zhì)分子水平

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(dāng)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。膜片鉗技術(shù)已成為研究離子通道的"金標準"。美國單電極膜片鉗蛋白質(zhì)分子水平

電壓鉗技術(shù)，是20世紀初由Cole發(fā)明，Hodgkin和Huxley完善，其設(shè)計的主要目的是為了證明動作電位的產(chǎn)生機制，即動作電位的峰電位是由于膜對鈉的通透性發(fā)生了一過性的增大過程。但當(dāng)時沒有直接測定膜通透性的方法，于是就用膜對某種離子的電導(dǎo)來**該種離子的通透性，膜電導(dǎo)測定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律，如膜的Na電導(dǎo)GNa與電化學(xué)驅(qū)動力（Em-ENa）和膜電流INa的關(guān)系GNa=INa/（Em-ENa）.因此可通過測量膜電流，再利用歐姆定律來計算膜電導(dǎo)，但是，利用膜電流來計算膜電導(dǎo)時，記錄膜電流期間的膜電位必須保持不變，否則膜電流的變化就不能**膜電導(dǎo)的變化。這一條件是利用電壓鉗技術(shù)實現(xiàn)的。下張幻燈中的右邊兩張圖是Hodgkin和Huxley在半個世紀以前利用電壓鉗記錄的搶烏賊的動作電位和動作電位過程中的膜電流的變化圖，他們的實驗***證明參與動作電位的離子流由Na，k，漏（Cl）三種成分組成。并對這些離子流進行了定量分析。這一技術(shù)對闡明動作電位的本質(zhì)和離子通道的的研究做出了極大的貢獻。細胞膜片鉗單細胞脂質(zhì)層電導(dǎo)很低，由于雙分子層的結(jié)構(gòu)特點，形成了細胞的膜電容，通道蛋白開閉狀況主要決定了膜電導(dǎo)的數(shù)值。

在大多數(shù)膜片鉗實驗，要求所有實驗儀器及設(shè)備均具有良好的機械穩(wěn)定性，以使微電極與細胞膜之間的相對運動盡可能小。防震工作臺放置倒置顯微鏡和與之固定連接的微操縱器，其他設(shè)備置于臺外。屏蔽罩由銅絲網(wǎng)制成，接地以防止周圍環(huán)境的雜散電場對膜片鉗放大器的探頭電路的干擾。儀器設(shè)備架要靠近工作臺，便于測量儀器與光學(xué)儀器配接。倒置顯微鏡是膜片鉗實驗系統(tǒng)的主要光學(xué)部件，它不僅具有較好的視覺效果，便于將玻璃電極與細胞的頂部接觸，而且是借助移動物鏡來實現(xiàn)聚焦，具有較好的機械穩(wěn)定性。視頻監(jiān)視器主要是用來監(jiān)視實驗過程中的操作，特別是能將封接參數(shù)（如封接阻抗）與細胞的形態(tài)對應(yīng)，以實現(xiàn)良好的封接。

對單細胞形態(tài)與功能關(guān)系的研究，將膜片鉗技術(shù)與單細胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈是反應(yīng)技術(shù)結(jié)合，在全細胞膜片鉗記錄下，將單細胞內(nèi)容物或整個細胞（包括細胞膜）吸入電極中，將細胞內(nèi)存在的各種mRNA全部快速逆轉(zhuǎn)錄成cDNA，再經(jīng)常規(guī)PCR擴增及待檢的特異mRNA的檢測，借此可對形態(tài)相似而電活動不同的結(jié)果做出分子水平的解釋或為單細胞逆轉(zhuǎn)錄多聚酶鏈式反應(yīng)提供標本，為同一結(jié)構(gòu)中形態(tài)非常相似但功能不同的事實提供分子水平的解釋。目前國際上掌握此技術(shù)的實驗室較少，我國北京大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所于1994年在國內(nèi)率先開展。膜片鉗80%的工夫在于刺備細胞。

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。膜片鉗記錄技術(shù)與較早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。單通道膜片鉗專題

膜電導(dǎo)測定的依據(jù)是電學(xué)中的歐姆定律。美國單電極膜片鉗蛋白質(zhì)分子水平

高阻封接技術(shù)還明顯降低了電流記錄的背景噪聲，從而戲劇性地提高了時間、空間及電流分辨率，如時間分辨率可達10μs、空間分辨率可達1平方微米及電流分辨率可達10-12A。影響電流記錄分辨率的背景噪聲除了來自于膜片鉗放大器本身外，較主要還是信號源的熱噪聲。信號源如同一個簡單的電阻，其熱噪聲為σn=4Kt△f/R式中σn為電流的均方差根，K為波爾茲曼常數(shù)，t為溫度，△f為測量帶寬，R為電阻值?？梢?，要得到低噪聲的電流記錄，信號源的內(nèi)阻必需非常高。如在1kHz帶寬，10%精度的條件下，記錄1pA的電流，信號源內(nèi)阻應(yīng)為2GΩ以上。電壓鉗技術(shù)只能測量內(nèi)阻通常達100kΩ～50MΩ的大細胞的電流，從而不能用常規(guī)的技術(shù)和制備達到所要求的分辨率。美國單電極膜片鉗蛋白質(zhì)分子水平

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