双电极电压钳简介

双电极电压钳（Two Electrode Voltage Clamp）系统是一套运用于巨大细胞（例如乌贼轴突、爪蟾卵母细胞等）的双电极全细胞电压钳记录设备，主要用于受体和离子通道的研究。

近年来，随着分子生物学和电生理技术的发展，卵母细胞表达系统成为研究转运体和离子通道的重要手段。大量的实验采用卵母细胞表达系统研究离子通道与受体的功能和结构。双电极电压钳技术是卵母细胞电生理研究的基本方法。 双电极电压钳（Two Electrode Voltage Clamp）系统是一套运用于巨大细胞（例如乌贼轴突、爪蟾卵母细胞等）的双电极全细胞电压钳记录设备，主要用于受体和离子通道的研究。 双电极电压钳主要应用的是电压钳技术。电压钳技术（ voltage clamp ）是由 Cole 和 Marmont 设计的，后经英国剑桥大学的 Hodgkin 和 Huxley 成功 改进。电压钳技术的原理是通过一个反馈电路向细胞膜内注入电流，使膜电位始终与指令电位保持一致，如此，便可在膜电位被钳制于任何一个给定水平的状态下记录膜电流的变化。Hodgkin和Huxley在枪乌贼巨大神经轴突上测得了的离子流。于1963年与澳大利亚科学家 John Carew Eccles （ 1903~1997 ） 因研究神经脉冲、神经纤维传递而共同获得诺贝尔生理学或医学奖。 电生理实验的目的在于通过细胞级层面的研究，了解离子通道或转运体的功能。目前，对这些研究的理解受表达模型系统的限制，很难找到一个十分适合的模型。大多数细胞都会同时表达多个不同通道的并相互影响。因此，单独研究某一种离子通道的特性是很困难的。通常需要加入干扰通道的对应抑制剂或通过控制钳制电压以达到所需的研究目的。但缺点是使细胞失去一些正常的生理活性。 爪蟾卵母细胞表达系统能较好的解决这一问题。该系统是由Gurdon在1971年提出，用于研究基因表达控制的多种特性。可以将来自其他种属细胞的DNA或mRNA注射到细胞质中，待其表达后，便可开始实验研究。例如，将日本单鳍电鳐的电器官细胞中的mRNA注射到卵母细胞中，可以表达功能性乙酰胆碱通道；而将大鼠脑细胞中的mRNA注射到卵母细胞中，则可以表达多种电压门控的钠离子或如NMDA受体GABA受体等的配体门控通道的表达；也可将拟南芥叶片细胞中的mRNA注射到卵母细胞中，可以记录到电压门控的钙离子通道等等。 卵母细胞表达系统主要有如下优点：

1. 一只成年爪蟾可以一次性获得上百个活性卵母细胞。这些细胞通过外科手术获得，不需处死爪蟾。一只爪蟾可以反复取卵多次。

1. 卵母细胞分离后，不需要很复杂的设备便可以实施培养。

1. 卵母细胞个头较大，肉眼可见，故而易于注射DNA和RNA。

1. 卵母细胞可以表达包括动植物在内不同种属的RNA。

1. 细胞自身具有的离子通道较少，主要为钙离子激活的氯离子通道，对要研究的通道影响很小。

1. 成熟的细胞，体积巨大，动物极呈深棕色，两个半球之间有一条清晰的亮环赤道带，直径大约为1200～1300μm，巨大的细胞核中含有大量的酶。单个卵母细胞每天可合成大约400ng的蛋白质，平均每小时合成20ng的蛋白质，不过不合成DNA。外源性的mRNA和内源性的mRNA互相竞争，约有高达50%的蛋白质可直接由外源性的mRNA翻译合成，平均每小时合成10ng蛋白质，因此可以说其是非常理想的表达外源基因的体系。

随着分子生物学和电生理技术的发展，卵母细胞表达系统在探究一些单细胞上不易表达记录的通道（如乙酰胆碱受体等配体门控通道）有着卓越的贡献。