离子通道研究方法精要 河南大学朱俊彦课题组在具孔道芳香螺旋基智能离子通道研究新进

     

近日，河南大学化学化工学院河南省阻燃与功能材料工程实验室，功能有机分子工程研究所朱俊彦博士开展的具孔道芳香螺旋基智能离子通道研究工作“ -Gated Ion via the Helix and Helix”在化学领域国际顶级期刊 上发表（影响因子12.257）。

天然离子通道通过对外界刺激的响应实现离子可控、高效、选择性地穿过细胞膜产生化学信号或电信号，从而调节多种生理现象，影响细胞生命。然而，利用化学合成体系来构建人工离子通道并复制天然离子通道的功能仍面临巨大挑战。

受天然KcsA K+通道的启发，朱俊彦博士精确设计了具有铜离子调控含孔道单螺旋和无孔道双螺旋互变行为的芳香螺旋寡聚物，利用具孔道单螺旋自发形成的一维自组装螺旋管离子通道研究方法精要，嵌入磷脂双分子层，展现了高效、稳定的离子通道性能。随后，通过铜离子配位与去配位诱导单双螺旋结构互变进而导致的自组装螺旋管的解组装和重新组装，实现了所设计离子通道的可逆关闭与打开。该工作首次利用单双螺旋结构互变，构建了第一例原位配体门控的可逆仿生离子通道，研究结果对于理解天然离子通道的行为机制具有重要的生物学意义，也为开发在生物学和医药学领域具有潜在应用的智能仿生纳米通道提供了全新的思路。2017级硕士研究生白东亚为论文第一作者，朱俊彦博士为第一通讯作者，河南大学为第一署名单位。

本研究工作受到国家自然科学青年基金、河南大学优青培育基金、河南大学化学化工学院优秀青年人才支持计划等经费的资助，同时得到了化学化工学院和河南省阻燃与功能材料工程实验室的大力支持。

来源 河南大学

论文链接：

纳米通道中的离子输运特性与机理是研究细胞离子通道、离子整流与纳滤过滤的基础。纳米孔道结构与表面修饰对离子输运调控的研究工作已有诸多报道，但关于电场对于纳米孔道表面与离子输运的影响尚不清楚。

中国科学院近代物理研究所科研人员利用HIRFL高能微束装置的单离子辐照技术和径迹蚀刻法制备的PET单纳米孔道，系统地研究了电场调控对纳米通道表面电荷与离子输运的影响。研究发现二价和三价阳离子对PET纳米孔道分别具有可逆和不可逆的表面电荷修饰作用，首次报道了纳米孔道离子整流状态转变的阈值电压存在。在电场作用下，纳米孔道离子传输特性转变主要是由于超过阈值电场时，孔道表面PET分子链的羧基-阳离子键破裂导致阳离子解离与孔道表面分子链重排，从而引起表面电荷密度与等效纳米孔道口径变化。这些发现可能揭示了电压门控生物离子通道的工作机制离子通道研究方法精要，为微纳孔道离子整流与过滤控制提供了新的视角，在离子分离、生物分子检测和纳米通道能量收集等领域有着潜在的应用前景。

该工作得到国家自然科学基金项目支持，成果发表在期刊ACS & 上。

图1 多价态离子浓度对纳米通道中离子载流子的影响

图2 纳米孔道的离子传输特性在超过阈值电场时发生状态转变

实验结果与理论预测结果

电压门控离子通道广泛存在于人体中，是人体电信号传导的关键蛋白质，能引起可激活细胞的动作电位，在神经兴奋与传导、中枢神经系统的调控、心脏搏动、平滑肌蠕动和骨骼肌收缩等过程中均起到重要作用。电压门控离子通道的功能缺陷会引发心脑血管、神经精神等方面的疾病，是重要的药物靶点。迄今为止，准确表述配体 - 离子通道相互作用量 - 效关系的理论模型仍然匮乏，即便是经典的 Hill 方程也无法准确描述离子通道与药物的量效关系，这使得靶向离子通道的药物设计尤为困难。

近日，中国科学院上海药物研究所研究员蒋华良应用严格的统计热力学理论，从配体（激动剂或抑制剂）与离子通道作用的微观机制出发，推导并建立了描述药物与离子通道相互作用量 - 效关系理论预测模型离子通道研究方法精要，其博士研究生白芳（现于莱斯大学从事博士后研究）编制了相应的计算程序，并成功应用于钾离子通道 KCNQ2 亚型与激动剂 的作用机制的研究。上海药物所高召兵课题组应用电生理和膜片钳技术验证了上述理论预测模型，实验结果与理论预测结果完全一致。

该研究为靶向离子通道的药物研发以及其他多结合位点靶标的药物研发提供了有利的理论模型基础。这一研究策略是药理学中 操作模型（ Model）的推广，自上世纪八十年代以来，药理学界很少有人采用这种策略，即基于物理化学原理推导药物的量 - 效关系继而研究药物的作用机制，来研究药理学问题。该研究对传统药理学方法与现代生物技术相结合研究药理学问题具有一定的示范作用。

相关研究成果发表在 in 上。该研究得到了国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金等的资助。

作者|东林富

在日常生活中，我们经常看到这样的现象：孩子十分努力，每天熬夜学习，但成绩仍旧平平。但有些孩子学习也很用功，但劳逸结合，学习和休闲娱乐两不误，学习效率却非常高，成绩十分出色。

我表姐家的妮妮现在读高二，妮妮一直特别用功，寒暑假都不舍得歇一歇，每天在家有计划地学习，但成绩从小学开始就一直是中下游。

而表哥家的优优则不然，优优今年读高一了，他平日用在玩上的时间大大多于妮妮，但优优真的太棒了，几乎从小学到高中，总是全校第一名，一路上的都考进的是重点学校，虽然优优学习也很用功，但在优优身上从来没有力不从心的感觉，他也不会因为学习而牺牲业余爱好，表哥表嫂说，只要优优跟着学校教学进度走，稍微努力一点，保持全校第一名丝毫不费劲。

在对事物的理解和能否快速看透事物的本质方面，优优也明显强于妮妮。

经过我长期的观察和了解，从根本上来说，优优和妮妮的最大差距就是思维力不同。表哥从小很注重对优优思维能力的训练，优优从小没少看思维能力训练的书，也没少玩提高思维能力的玩具。

可以这样说，掌握了科学的思维方法，能让我们无论是在学习上，还是在工作上，或者在对事物的判断上，都领先一步。

思维方式和思维能力是可以通过训练而变强大的，以下6种思维能力，家长一定要刻意对孩子进行训练，从而让孩子的思维能力变得更强大。

观察力。

观察力和专注力密不可分。培养孩子可以静下心来，用心观察并思考的习惯很重要。在观察事物的过程中，要专注力强，并用心思考，而不是走马观花。

比如带孩子去博物馆或是动物园时，家长在旁边要适时地给孩子提出问题，让孩子带着问题观察，迫使孩子观察得更仔细，并加入自己大量的思考。久而久之，孩子的观察力自然就提高了。

另外，一些训练孩子观察力的书籍或者是玩一些有利于提高观察力的游戏也是十分实用和有效的。

2、推理能力。

推理能力对一个孩子的思维能力来说太重要了。一叶知秋，层层递进的推理能力，是解题和解决任何问题都必不可少的能力。

如何培养孩子的推理能力呢？

当遇到一件有分析价值的事物时，可以用设问的方式引导孩子，一步一步让孩子思考和递进。

推理能力不但可以让孩子探究事物的真相，也能让孩子想得更长远，而不是把思维局限于眼前。

像小孩子玩的一些拼图游戏，稍大一些孩子读的推理小说等，都有助于提高孩子的推理能力。

3、创造力。

创造力对人类来说太重要了，可以这样说，创造力是人类进步的推动力。创造力对一个孩子的思维能力培养来说，也至关重要。

对年龄小的孩子来说，培养孩子创造力的方法有让孩子自由地搭建积木，捏各种形状的泥塑，孩子再大一些，可以培养孩子做科学实验甚至创造一些小发明。

4、分析力。

平时就要引导孩子，不要随便对事物下结论，而是懂得剖析事物的前因后果，提高孩子分析问题的能力。

遇到事情要多问几个为什么？引导孩子分析问题。

让孩子多思考，从多个角度考虑问题，抽丝剥茧，层分缕析全世界优等生都在做的2000个思维游戏电子书，慢慢孩子的分析力就会被培养起来。

5、计算力。

计算力会让孩子做题速度更快，在工作中也更利于统筹规划。

计算力除了要多练习之外，一些巧妙的计算方法和公式也是要学习的，掌握一些计算方法和公式，会让孩子在计算方面事半功倍。

6、想象力。

想象力对一个人的思维成长也是非常重要的，对于幼年阶段的孩子，他们天生就有很强的想象力，对孩子充满想象力的创造和语言，家长要鼓励和支持，而不应该进行打击。

随着孩子的成长，想象力是创作的灵感和源头。除了读一些神话故事和天马行空的书籍，允许孩子大胆想象，动手创作，会让孩子的想象力插上翅膀，创造出更多的奇迹。

对孩子想象力的培养和支持，有助于孩子思维的延展和发散，也有利于孩子创造性思维的形成。

对于提高和训练孩子思维能力来说，一本好的书籍必不可少。

这里向家长介绍一本提高孩子智力，训练思维能力的好书《全世界优等生都在做的999个思维游戏》。

这本书精选了哈佛大学、耶鲁大学、牛津大学、剑桥大学等数十所世界著名学府做的999个思维游戏。内容包括算术类、几何类、组合类、数独类、推理类、创造类、观察类、想象类、文字类等各种思维游戏，使左右脑交互运用起来，对孩子的观察力、判断力、推理力、创造力、分析力、计算力、想象力、逻辑力、语言力等多种思维能力都有锻炼和提高作用。

《全世界优等生都在做的999个思维游戏》通过有趣的各种游戏题目，需要做题者充分发挥想象力，大胆设想、判断和推测，充分运用创造性思维，多角度，多层次审视问题，层层分析问题，找到逻辑关系，在头脑风暴的同时，开发大脑潜能，提升思维能力。

这本《全世界优等生都在做的999个思维游戏》每道题都有详细的答案，适合小学生、初中生、高中生甚至大学生进行思维能力提升和智力开发用。

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