26、离子通道：从随机到确定性电流的探索

离子通道：从随机到确定性电流的探索

1. 离子通道状态与动力学

离子通道的导电状态与通道中粒子的构型密切相关。以某种通道为例，存在八个可能的不同状态，从没有激活粒子（m 粒子）开放且失活粒子（h 粒子）关闭，到三个 m 粒子和 h 粒子都开放。在这八个状态中，只有右下角的一个状态对应通道的开放状态。

假设通道状态之间的转换遵循马尔可夫性质和一阶转换，这就引导我们采用了霍奇金 - 赫胥黎（Hodgkin - Huxley）在 1952 年所使用的微积分方法。当膜电位从初始值 (V_0) 阶跃到 (V_i) 时，激活状态下 m 粒子的比例遵循简单的指数规律：
[m(t) = m_{\infty}(V)(1 - e^{-t/\tau_m(V)}) + m(0)e^{-t/\tau_m(V)}]
其中 (m_{\infty}(V) = \alpha_m(V)/(\alpha_m(V) + \beta_m(V))) 且 (\tau_m(V) = 1/(\alpha_m(V) + \beta_m(V)))。在通常假设门控粒子相互独立的情况下，处于导电状态 (m^3h) 的通道比例为：
[P(m^3h) = m^3h]
将指数项展开，这个方程可以表示为七个指数衰减项的和：
[P(m^3h) = \sum_{i = 1}^{7}A_ie^{-t/\tau_i}]
相关的七个时间常数分别为 (\tau_i = \tau_m, 2\tau_m, 3\tau_m, \tau_h, \tau_m\tau_h/(\tau_m + \tau_h), \tau_m\tau_h/(\tau_m + 2\tau_h), \tau_m\tau_h/(\tau_m + 3\ta