自然杂志 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (4): 303-315.doi: 10.3969/j.issn.0253-9608.2025.04.008
郭晓强①,郭贝一②
GUO Xiaoqiang①, GUO Beiyi②
摘要: 生物电的发现和测量及离子通道机制的阐明揭示了生命过程的基本规律和特征。生物电的早期探索包括1791年伽伐尼发现动物电、19世纪静息电位与动作电位的测量、1902年解释静息电位的膜理论提出和50年后阐述动作电位形成过程的离子学说的发展等重要科学事件。离子通道的存在主要通过膜片钳技术得以证实,并借助结构生物学手段诠释其门控机制(电压、配体、温度和机械力等)和离子选择性(如Na+、K+、Ca2+和Cl-等)的分子基础。离子通道是一类允许离子选择性被动运输的膜孔道蛋白,参与感觉形成、信息加工、肌肉收缩和腺体分泌等众多重要的生物学过程,缺失或功能异常可导致大脑、心脏和肌肉等器官多种疾病的发生。生物电和离子通道研究成果已在临床技术(心电图、人工耳蜗和光遗传学等)和药物治疗(麻醉剂和降压药等)方面得到广泛应用。本文全面阐述从生物电发现到离子通道分子机制阐明的历史过程及相关知识,以加深对该领域的理解和认识。