山东大学：《物理化学》课程教学资源（讲义资料）细胞膜上钾离子的电化学监测 Electrochemical monitoring K penetration through cell membrane

CoW Lk+5°2Nj-tRn GROUP SHOW Cd 细胞膜上钾离子的电 化学监测 Electrochemical monitoring K+ penetration through cell membrane 小组成员(第5组):亓凤翠刘睿辰霍英豪王宇哲鲁雨帆

细胞膜上钾离子的电 化学监测 Electrochemical monitoring K+ penetration through cell membrane 小组成员（第5组）： 亓凤翠 刘睿辰 霍英豪 王宇哲 鲁雨帆 GROUP SHOW

背景介绍 文献 CONTENT literature 03 电化学阻抗技术 Electrochemical Impedance Technique

01 CONTENT 02 03 背景介绍 Background information 文献 literature 电化学阻抗技术 Electrochemical Impedance Technique

01 背景介绍 Background Information

01 背景介绍 Background Information

细胞内 细胞外 生物学背景 K 静息电位( resting po-tentia):安静细胞两侧的电 位差称为静息电位,静息时,神经元细胞膜使细 AT 胞内的电位,比细胞外的电位“负”,去极化时 ATP 细胞膜电位常超过0mV,然后很快恢复;静息电 ADP +P 位时,神经元可通过钠一钾ATP酶等,把细胞外 Na 低水平的钾离子逆向摄入、浓集在细胞内,把钠 离子、钙离子、氯离子排出细胞,神经元静息时 Na+ 的细胞膜电位,是钾离子、钠离子、钙离子、氯 离子在细胞膜内外平衡的结果 动作电位 (acting potenial):兴奋细胞在受刺激兴 奋时,最关键和最本质的共同变化是在细胞的静 息电位基础上发生一次短暂的电位波动,即为动 作电位;动作电位时,常仅有微量钾离子、钠离 子流动,不会明显改变细胞内外的离子浓度

生物学背景 静息电位(resting po-tential)：安静细胞两侧的电 位差称为静息电位，静息时，神经元细胞膜使细 胞内的电位，比细胞外的电位“负”，去极化时 细胞膜电位常超过0mV，然后很快恢复；静息电 位时，神经元可通过钠—钾- ATP酶等，把细胞外 低水平的钾离子逆向摄入、浓集在细胞内，把钠 离子、钙离子、氯离子排出细胞，神经元静息时 的细胞膜电位，是钾离子、钠离子、钙离子、氯 离子在细胞膜内外平衡的结果。 动作电位(acting poteniial)：兴奋细胞在受刺激兴 奋时，最关键和最本质的共同变化是在细胞的静 息电位基础上发生一次短暂的电位波动，即为动 作电位；动作电位时，常仅有微量钾离子、钠离 子流动，不会明显改变细胞内外的离子浓度

K+的检测 电位3更多的N通道被打开,更多N进入细 动作电位峰 °g8° 4.N通道关闭K通道 目前对于钾离子的检测,主要使 202.少数贴门打开 少量 用荧光光谱和电化学方法,这里 我们主要介绍电化学方法。电化 0°。°8° 学方法大多都是基于金电极与修 饰有硫醇的DNA反应,从而固定在 8° 或电位 电极表面。本报告主要讲述电化 学阻抗技术对穿过细胞膜的钾离 子的监测。 受到刺激 时间/

背景介绍 Background Information K+的检测 目前对于钾离子的检测，主要使 用荧光光谱和电化学方法，这里 我们主要介绍电化学方法。电化 学方法大多都是基于金电极与修 饰有硫醇的DNA反应，从而固定在 电极表面。本报告主要讲述电化 学阻抗技术对穿过细胞膜的钾离 子的监测

02 文献 LITERATURE

02 文献 LITERATURE

文献 literature 2019年 H.X. Zhang等研究把冠GO复 合材料作为电极改性材料, 采用电化学阻抗谱ES方法 检测钾离子。 2014年 Peng miao等利用钾与特 异性适配体结合和 Reclf核 钾离子检测技 术不断发展 酸外切酶来检测钾离子

2014 年 Peng Miao等利用钾与特 异性适配体结合和RecJf 核 酸外切酶来检测钾离子。 2019 年 H . X . Zhang等研究 把 冠GO 复 合材料作为电极改性材料 ， 采用电化学阻抗谱(EIS)方法 检测钾离子 。 . 01 01 钾离子检测技 术不断发展 文献 literature 02

文献 literature 2014年 Peng Miao等利用钾与特异性适配体结合和RecJ核酸外切酶来检测 钾离子。在金电极上修饰具有茎环结构的DNA探针,钾离子可以特 异性结合适配体并形成G-四链体结构,破坏了茎环结构。5′末端可 以通过Reof外切核酸酶进一步反应,释放钾离子,释放的钾离子可 以与电极上的另一个DNA探针结合,在由钾离子引发的 Recf外切核 酸酶切割循环后,电化学信号强度显着降低,可用于确定钾离子的 浓度,检测限为50nM。如下图所示(图片来源: An aptasensor for detection of potassium ions based on red(f)exonuclease mediated signal amplification

请替换文字内容 ✓ 请替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。请 替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。 ✓ 请替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。请 替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。 ✓ 请替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。请 替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。 请替换文字内容，修改文字内容，也 可以直接复制你的内容到此。请替换 文字内容，修改文字内容，也可以直 接复制你的内容到此。请替换文字内 容，修改文字内容，也可以直接复制 你的内容到此。请替换文字内容，修 改文字内容，也可以直接复制你的内 容到此。请替换文字内容，修改文字 内容，也可以直接复制你的内容到此。 请替换文字内容，修改文字内容，也 可以直接复制你的内容到此。请替换 文字内容，修改文字内容，也可以直 接复制你的内容到此。请替换文字内 容，修改文字内容，也可以直接复制 你的内容到此。 文献 literature 2014年 Peng Miao等利用钾与特异性适配体结合和RecJf核酸外切酶来检测 钾离子。在金电极上修饰具有茎环结构的DNA探针，钾离子可以特 异性结合适配体并形成G-四链体结构，破坏了茎环结构。5’末端可 以通过RecJf外切核酸酶进一步反应，释放钾离子，释放的钾离子可 以与电极上的另一个DNA探针结合，在由钾离子引发的RecJf外切核 酸酶切割循环后，电化学信号强度显着降低，可用于确定钾离子的 浓度，检测限为50 nM。如下图所示(图片来源：An aptasensor for detection of potassium ions based on RecJ(f) exonuclease mediated signal amplification)

文献 literature 机理 K能够通过分子内氢键促进富含鸟嘌呤(G)的单链适配体向G四 联体转化。因此,DNA的主干部分被破坏,释放出单链的5端。由 于 Rec]f是单链DNA特异性外切酶,DNA可通过K+协助的构象转变 得到裂解。在裂解过程中,K被释放回溶液中,并被电极上的另 个DNA探针识别,这就启动了一个新的ReCJ外切酶的周期。由于大 量MB分子的偏离,电化学信号明显下降。通过特异的钾适配体结 合和Recf外切酶介导的信号扩增,可实现对K的灵敏选择性检测

文献 literature K +能够通过分子内氢键促进富含鸟嘌呤(G)的单链适配体向G四 联体转化。因此，DNA的主干部分被破坏，释放出单链的5'端。由 于RecJf是单链DNA特异性外切酶，DNA可通过K +协助的构象转变 得到裂解。在裂解过程中，K +被释放回溶液中，并被电极上的另一 个DNA探针识别，这就启动了一个新的RecJf外切酶的周期。由于大 量MB分子的偏离，电化学信号明显下降。通过特异的钾适配体结 合和RecJf外切酶介导的信号扩增，可实现对K +的灵敏选择性检测。 机理

文献 literature DNA probe C Methylene blue N cycles Recj, exonuclease Figure Illustration of the aptasensor for K with RecJe exonuclease mediated signal amplification 图用Rec核酸外切酶介导使信号放大示意图

请替换文字内容 ✓ 请替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。请 替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。 ✓ 请替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。请 替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。 ✓ 请替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。请 替换文字内容，修改文字内容，也可以直接复制你的内容到此。 请替换文字内容，修改文字内容，也 可以直接复制你的内容到此。请替换 文字内容，修改文字内容，也可以直 接复制你的内容到此。请替换文字内 容，修改文字内容，也可以直接复制 你的内容到此。请替换文字内容，修 改文字内容，也可以直接复制你的内 容到此。请替换文字内容，修改文字 内容，也可以直接复制你的内容到此。 请替换文字内容，修改文字内容，也 可以直接复制你的内容到此。请替换 文字内容，修改文字内容，也可以直 接复制你的内容到此。请替换文字内 容，修改文字内容，也可以直接复制 你的内容到此。 文献 literature Figure Illustration of the aptasensor for K+ with RecJf exonuclease mediated signal amplification 图 用RecJf核酸外切酶介导使信号放大示意图