Калиевые каналы

ДЛЯ ИОНОВ калия. При этом проницаемость для ионов натрия снова уменьшается, и через некоторое время вновь восстанавливается обычный мембранный потенциал. Последовательность событий в этом процессе можно представить следующим образом сначала открываются натриевые каналы (это не то же самое, что поры в Ыа+-насосе), а затем — калиевые каналы, после чего каналы закрываются в той же последовательности Результаты этих исследований позволили Ходжкину и Хаксли вывести уравнения, позволяющие количественно оценивать потенциалы действия и предсказывать наблюдаемые на опыте скорости проведения и ряд других характеристик нервных импульсов. [c.371]

Пока представление о потенциале действия носило феноменологический характер, в дальнейшем необходимо рассмотреть лежащие в его основе молекулярные процессы. В гл. 6 эти вопросы обсуждаются подробно, здесь же рассмотрим лишь некоторые из них. В начале 50-х гг. английские физиологи Ходжкин и Хаксли исследовали потенциал действия и заложили основы современного понимания данного явления. Они показали, что первоначально падение потенциала (деполяризация) обусловлено утечкой ионов натрия (рис. 5.7). По достижении порогового значения ионные каналы в мембране открываются и пропускают ионы натрия. Последующая реполяризация происходит благодаря открытию специальных калиевых каналов и протока ионов калия в обратном направлении, т. е. изнутри наружу, одновременно закрываются натриевые каналы (инактивация). Из рис. 5.7 следует, что первоначально реполяризация превышает значение потенциала покоя, так как при равновесном потенциале для К+ мембрана характеризуется более высоким отрицательным зарядом, чем при потенциале покоя. Это наблюдаемое различие медленно исчезает в результате закрывания калиевого канала и восстановления натриевого потенциала покоя. Инактивация [c.117]

При изучении связывания ТЭА с калиевым каналом выяснено, что константа диссоциации образующегося комплекса равна [c.159]

Проведение импульсов определяется в основном (а во многих аксонах позвоночных почти полностью) функцией потенциал-зависимых натриевых каналов. Импульсы первоначально генерируются мембраной аксонного холмика, где таких каналов много. Но для осуществления особой функции кодирования мембрана аксонного холмика должна помимо натриевых каналов содержать еще по меньшей мере четыре класса каналов с воротными механизмами-три избирательно проницаемых для К и одии для Са . Три разновидности калиевых каналов с воротами обладают совершенно разными свойствами, и мы будем называть нх соответствеино медленными, быстрыми н Са -зависимыми каналами. Кодирующие функции всей этой системы каналов наиболее полно изучены на гигантских нейронах моллюсков, ио те же принципы, по всей видимости, используются и в нейронах позвоночных. [c.108]

Быстрые калиевые каналы способствуют тому, [c.109]

На рис. 103 в качестве примера показаны изменения тока мембраны со временем при блокированных калиевых каналах. Наложением прямоугольного импульса напряжения потенциал мембраны был изменен с —78 до —18 мВ. Сначала наблюдается постепенное открывание натриевых каналов. Однако их ворота, очевидно, могут оставаться открытыми ограниченное время, поэтому со временем каналы инактивируются. [c.238]

Энергетические профили натриевого и калиевого каналов возбудимых мембран [c.124]

Изменения калиевой проводимости. Если бы канал открывался в результате перехода слева направо только одной активирующей частицы, то проводимость ионных каналов менялась бы во времени также по экспоненте, т.е. можно было бы записать gi = где —максимальная проводимость для ионов типа г. Однако наилучшее соответствие кинетической кривой калиевой проводимости в аксоне кальмара достигается при допущении, что для открывания калиевых каналов необходим приход к определенному участку мембраны четырех активирующих частиц. [c.176]

Нейроны характеризуются необыкновенно высоким уровнем обмена веществ, значительная часть которого направлена на обеспечение работы натриевого насоса в мембранах и поддержание состояния возбуждения. Химические основы передачи нервного импульса по аксону уже обсуждались в гл. 5, разд. Б, 3. Последовательное раскрытие сначала натриевых и затем калиевых каналов можно считать твердо установленным. Менее ясным остается вопрос, сопряжено ли изменение ионной проницаемости, необходимое для распространения потенциала действия, с какими-либо особыми ферментативными процессами. Нахманзон указывает, что ацетилхолинэстераза присутствует в высокой концентрации на всем протяжении мембраны нейрона, а не только в синапсах [38, 39]. Он предполагает, что увеличение проницаемости к ионам натрия обусловлено кооперативным связыванием нескольких молекул ацетилхолина с мембранными рецепторами, которые либо сами составляют натриевые каналы, либо регулируют степень их открытия. При этом ацетилхолин высвобождается из участков накопления, расположенных на мембране, в результате деполяризации. Собственно, последовательность событий должна быть такова, что изменение электрического поля в мембране индуцирует изменение конформации белков, а это уже приводит к высвобождению ацетилхолина. Под действием аце-тилхолинэстеразы последний быстро распадается, и проницаемость мембраны для ионов натрия возвращается к исходному уровню. В целом приведенное описание отличается от описанной ранее схемы синаптической передачи только в одном отношении в нейронах ацетилхолин накапливается в связанной с белками форме, тогда как в синапсах — в специальных пузырьках. Существует мнение, что работа калиевых каналов регулируется ионами кальция. Чувствительный к изменению электрического поля Са-связывающий белок высвобождает Са +, который в свою очередь активирует каналы для К" , последнее происходит с некоторым запозданием относительно времени открытия натриевых каналов, что обусловлено различием в константах скоростей этих двух процессов [123]. Закрытие калиевых каналов обеспечивается энергией гидролиза АТР. Имеются и другие предположения о механизмах нервной проводимости [124]. Некоторые из них исходят из того, что нервная проводимость целиком обеспечивается работой натриевого насоса. [c.349]

МИ, различались, тем не менее даже максимальные значения свидетельствуют об относительно небольшом числе натриевых каналов — 40—75 на 1 мкм поверхности мембраны [74] (для сравнения напомним, что в мембране на той же площади расположено 2-10 фосфолипидных молекул). Число каналов, проводящих ионы натрия, по-видимому, в 10 раз меньше числа насосных каналов, т. е. каналов, используемых (Ыа+ + -I-К+)-зависимой АТРазой [75]. Число калиевых каналов не известно [c.372]

Натриевые и калиевые каналы составляют только незначительную часть аксональной мембраны. Лаздунский [31] рассчитал, что в нерве ракообразных лишь одна тысячная часть полипептидных цепей принадлежит компонентам каналов. В гл. 7 подробно рассматривается система активного транспорта, здесь [c.159]

В гл. 6 рассматривались натриевые и калиевые каналы, регулирующие пассивный ток ионов во время потенциала действия (рис. 7.1). Однако еще одна функция аксональной мембраны связана с проведением нервных импульсов — активный транспорт ионов. Если бы вход ионов натрия в клетку сопровождался только выходом ионов калия, градиент концентрации между обеими сторонами клетки вскоре исчез. Пассивное проникновение ионов Na+ через мембрану в состоянии покоя приводит к тому же эффекту, поэтому входящие ионы натрия должны вновь выводиться наружу, а диффундирующие снаружи ионы К+ должны направляться внутрь аксона. Естественно, что для этого должна расходоваться энергия, поскольку указанный процесс осуществляется против градиента концентрации. Именно этой цели и служат ионные насосы, содержащиеся в мембране аксона благодаря метаболической энергии, накопленной в АТР, они осуществляют активный транспорт ионов для поддержания мембранного потенциала. Направление движения иона и направления градиентов схематически изображены на рис. 7.2. Ходжкин и Кейнес [1] исследовали активный транспорт ионов Na+ через мембрану нерва. Они показали, что поток радиоактивных ионов Na+ из клетки ингибируется 2,4-динитрофенолом (рис. 7.3, а), который блокирует синтез АТР. В ходе дальнейших экспериментов Ходжкин и Кейнес установили, что транспорт Na+ обеспечивается при участии ферментов (рис. 7.3,6). Охлаждение клетки до 9,8 °С (или до 0,5 °С) явно замедляло выход ионов натрия, хотя известно, что пассивная диффузия Na+ не столь сильно зависит от температуры. [c.167]

Подобные методы позволяют выявить вклад различных ионов в общий ток и идентифицировать токи, текущие по каналам с воротами. Но если ток переносится частично ионами На, а частично ионами К, то проходят ли эти ионы через одни и те же или разные каналы Открытие токсинов, специфичных в отношении каналов, помогло ответить на этот вопрос. Например, если во внешнюю среду добавить токсин из рыбы иглобрюха-тетродоток-син,-потенциал-зависимые натртевые каналы блокируются, в то время как калиевый ток остается неизменным. С другой стороны, ионы тетраэтилом-мония блокируют потенциал-зависимые калиевые каналы, но не влияют на натриевый ток. Этн и другие наблюдения указывают на то, что существуют [c.80]

Во многих нейронах, хотя и не во всех (важное исключение составляют миелинизированные аксоны млекопитающих), возвращение к состоянию покоя ускоряется благодаря потенциал-зависимым калиевым каналам в плазматической мембране. Эти каналы, подобно натриевым, открываются в ответ на деполяризацию мембраны, но происходит это отноо1тельно медленно. Повышение проницаемости мембраны для ионов К как раз в то время, когда натриевые каналы инактивируются, позволяет быстро сдвинуть мембранный потенциал до равновесного потенциала К и тем самым вернуть мембрану в состояние покоя (рис. 18-18). В результате реполяризации мембраны калиевые каналы вновь закрываются, а натриевые могут теперь выйти из состояния инактивации. Таким образом, клеточная мембрана меньше чем за одну миллисекунду вновь приобретает аюсобность отвечать на деполяризующий стимул [c.85]

А. Черная кривая-форма потенциала действия, развивающегося при участии только натриевых потенциал-зависимых каналов цветная кривая-потенциал действия прн наличии также и калиевых потенциал-зависимых каналов, помогающих быстрее вернуть мембранный потенциал к исходной отрицательной величине. Обратите внимание, что в присутствии калиевых каналов наблюдается небольшая гиперполяризация, вызванная возрастанием проницаемости мембраны к ионам К . Б. Цветной линией показан тот же потенциал действия, который представлен цветной линией на графике А черные кривые-нзменение натриевой н калиевой проводимости мембраны во время потенциала действия. (A.L. Hodgkin, А. F. Huxley, J. Physiol., 117, 500-544, 1952.) [c.86]

Передача электрических сигналов нервной клеткой основана на изменении мембранного потенциала в результате прохождения относительно небольшого числа ионов через мембранные каналы. Эти ионы перемещаются за счет энергии, большой запас которой создаежя благодаря работе Ыа К -АТРазного насоса, поддерживающего более низкую концентрацию N0 и более высокую концентрацию К внутри клетки по сравнению с наружной средой. В покоящемся нейроне каналы избирательной утечки К делают мембрану более проницаемой для калия, чем для других ионов, и поэтому мембранный потенциал покоя близок к равновесному потенциалу К, составляющему примерно - 70 мВ. Внезапная деполяризация мембраны изменяет ее проницаемость, так как при этом открываются потенциал-зависимые натриевые каналы. Но, если деполяризованное состояние поддерживается, эти каналы вскоре инактивируются. Под влиянием мембранного электрического поля отдельные каналы совершают резкий переход от одной из возможных конформаций к другой. Потенциал действия инициируется тогда, когда под влиянием короткого деполяризующего стимула открывается часть потенциал-зависимых натриевых каналов, что делает мембрану более проницаемой для Ыа и еще дальше смещает мембранный потенциал по направлению к равновесному натриевому потенциалу. В результате такой положительной обратной связи открывается еще больше натриевых каналов, и так продолжается до тех пор, пока не возникнет потенциал действия, подчиняющийся закону всё или ничего . Потенциал действия быстро исчезает вследствие инактивации натриевых каналов, а во многих нейронах также и открытия потенциал-зависимых калиевых каналов. Распространение потенциала действия (импульса) по нервному волокну зависит от кабельных свойств этого волокна. Когда при импульсе мембрана на некотором участке деполяризуется, ток, проходящий здесь через натриевые каналы, деполяризует соседние участки мембраны, где в свою очередь возникают потенциалы действия. Во многих аксонах позвоночных высокая скорость и эффективность проведения импульсов достигается благодаря изоляции поверхности аксона миелиновой оболочкой, оставляющей открытыми лишь небольшие участки возбудимой мембраны. [c.92]

Однако непрерывности разряда для функции нейрона недостаточно-нужно еще, чтобы частота этого разряда отражала интенсивность стимуляции. Детальные расчеты показывают, что простая система натриевых н медленных калиевых каналов не отвечает поставленным требованиям. Если сила непрерывной стимуляции клеткн ннже определенного порогового уровня, по-теациал действия не возникнет совсем если же она превысит порог, то сразу начнется частая импульсация. Проблему решают быстрые калиевые каналы. В открытом состоянии эти каналы препятствуют действию деполяризующих стимулов и тормозят возникновение импульсов, а открывание этих каналов регулируется таким образом, что онн снижают частоту разряда прн уровнях стимуляции, которые лишь немного выше порогового уровня. Таким путем быстрые калиевые каналы способствуют более плавной зависимости между нитеисивиостью стимуляции и частотой разряда. [c.109]

В принципе быстрые калиевые каналы функционируют таким же образом, как н потенцнал-зависимые натриевые они быстро открываются при деполяризации мембраны н затем полностью инактивируются. Но в отличие от натриевых быстрые калиевые каналы медленнее выходят из состояния инактивации, и для этого требуется возвращение мембранного потенциала к еще более отрицательному уровню. Трудно предугадать состояние мембраны на основе простых качественных соображений, но полный математический анализ функции нейронов одного илн двух типов показал, что вся сложная последовательность актов открытия, закрытия н инактивации потенциал-зави-симых каналов обеспечивает пропорциональность между частотой разряда н силой деполяризующего стимула в очень широком диапазоне (рис. 18-37). Вероятно, во многих нейронах такого рода градуальное изменение частоты разряда достигается таким же путем. [c.109]

Представим себе, что сильный и продолжительный деполяризующий стимул приводит к возникиовенню длинного залпа импульсов (рис. 18-38). В результате каждого импульса в клетку через потенциал-зависимые кальциевые каналы переходит небольшое количество нонов Са , так что внутриклеточная концентрация этих нонов постепенно поднимается до высокого уровня. В результате открываются Са -активируемые калиевые каналы и проницаемость мембраны для повышается, что затрудняет деполяризацию и увеличивает интервалы между последовательными импульсами. Таким образом, есж на нейрон длительно воздействует постоянный стимул, сила ответа постепенно снижается. Это явление называют адаптацией. Благодаря адаптации нейрон, так же как и нервная система в целом, способен с высокой чувствительностью реагировать на изменение стимула, даже еслн оно происходит на фоне сильной постоянной стимуляции. Это один из главных механизмов, благодаря которому мы, например, не замечаем постоянного давления одежды [c.109]

Активационные процессы для натрия и калия мы будем анализировать по отдельности. Другими словами, мы будем рассматривать лишь ситуации, когда нервные мембраны подвергаются действию химических или фармакологических агентов, блокирующих по отдельности либо натриевый, либо калиевый каналы. Экспериментально это можно реализовать следующим образом I) тетродотоксин блокирует натриевые каналы, оставляя функционирующими калиевые каналы [9.7] 2) калиевые каналы блокируются тетраэтиламмонием [9.8]. Кроме того, нам хотелось бы избежать взаимодействия между процессами активации и дезактивации натрия. Поэтому будем предполагать, что мембрана подверглась действию проназы, которая подавляет процесс дезактивации [9.9]. Такие искусственные ситуации позволяют избежать серьезных трудностей, возникающих при анализе совокупного поведения и дают возможность изучать основные компоненты поведения мембран при электрическом возбуждении по отдельности, что по крайней мере существенно для последующей интерпретации отклика нервного волокна как целого на внешние флуктуационные воздействия. Далее, эти условия исключают любую детерминистическую неустойчивость. Пороговое поведение при этом невозможно при любых значениях мембранного потенциала. Это означает, что любой переход, индуцированный внешним шумовым напряжением, — чисто шумовой эффект. Поскольку процесс дезактивации натрия можно здесь не рассматривать, проводимость ионов натрия зависит лишь от т и ее временная эволюция задается уравне- [c.355]

Поскольку калиевые каналы заблокированы, ток соответствует переносу нлтрия. Вверху — разность потенциалов, поддерживаемая на мембране в ходе опыта. [c.239]

Калиевые каналы содержат широкое устье со стороны цитоплазмы. Это устье может блокироваться тетраэтиламмонием и более крупными его производными, такими как пентилтриэтиламмоний и нонилтриэтиламмоний (рис. XXI. 10). Эффективность блокаторов возрастает с ростом длины гидрофобной углеводородной цепи. Если повысить наружную концентрацию К , входяш ий поток К+ как бы выталкивает крупные катионы блокаторов во внутренний раствор, в результате чего ускоряется выход каналов из блокированного состояния. Высокая эффективность ионов-блокаторов с длинной гидрофобной цепью свидетельствует о наличии в устье канала гидрофобных участков. Для того чтобы ионы тетраэтиламмония и нонилтриэтиламмония могли входить в пору, диаметр устья должен быть не менее 0,8 нм. Узкая часть поры проницаема для ионов с размерами от 0,26 до 0,3 нм и непроницаема как для меньших, так и для больших ионов. Ионы, размер которых больше 0,3 нм, не могут проходить через пору по стерическим причинам. Ионы, размер которых меньше 0,26 нм, недостаточно эффективно взаимодействуют с атомами О, которые расположены в стенках поры (см. рис. XXI.9). Ион К эффективно взаимодействует со всеми атомами О, расположенными в стенках поры, и его энергия в поре незначительно больше, чем в воде. Ион Ма эффективно связывается только с двумя атомами О в селективном фильтре, другие атомы не могут подойти к Ма из-за жесткости стенок поры. По этой причине потенциальная энергия Ма значительно выше, чем в воде, и ион не проходит через селективный фильтр К+-канала. В целом К+-каналы лучше различают ионы, чем Ма-каналы. [c.127]

В начале 70-х годов английский биофизик Б. Хилле исследовал прохождение через натриевые и калиевые каналы ионов разного размера (один из типов каналов был при этом заблокирован, а в растворе были только те ионы, движение которых изучалось). Ионы, которые имели размер больше критического, не проходили через данный канал. Хилле выяснил, что диаметр калиевого канала равен примерно 0,3 нм, а у натриевого канала — чуть больше. На основйнии ряда таких опытов сложилось следующее приближенное представление о ионных каналах, [c.109]

Сначала думали, что существуют всего два типа ионных каналов — калиевые и натриевые, но оказалось, что это не так. Например, были открыты кальциевые каналы. Вначале их обнаружили у пресноводных животных — инфузорий и моллюсков. Это казалось естественным в пресной воде обычно больше ионов кальция, чем натрия. Однако в дальнейшем оказалось, что кальциевые каналы есть и у позвоночных животных. Оказалось также что и сами натриевые каналы устроены не все одинаково. Например, в клетках сердца эмбрионов млекопитающих обнаружены натриевые каналы, которые не блокируются тетродотоксином. По мере созревания организма эти каналы заменяются другими — тетродочувствительными. Калиевых каналов тоже оказалось много сортов. Затем были открыты хлорные каналы и т. д. В конце концов, каналов наоткрывали почти столько же, сколько элементарных частиц. В одной и той же клетке сердца имеется много разных сортов ионных каналов и открываются все новые. [c.111]

Например, существуют кальциевые каналы, лишенные инактивации. При деполяризации мембраны через них в клетку все время поступает поток ионов кальция. Если концентрация кальцпя в клетке достигает некоторого достаточно высокого уровня, то канал закрывается. Эти каналы можно закрыть и с помощью электрического поля, гиперполяризуя мембрану таким образом, это каналы, так сказать, двойного подчинения)). Обнаружены и калиевые каналы, управляемые концентрацией кальция. [c.114]

Существуют и другие способы торможения. Например, известно, что блуждающий нерв тормозит деятельность сердца. В начале главы мы рассказывали, как О. Леви па зтой системе впервые доказал существование ХС. Блуждающий нерв выделяет ацетилхолин, точно такой же, как тот, который возбуждает скелетные мышцы, но сердце он тормозит. Оказывается, в случае сердца ацетилхолин действует не прямо на ворота каналов. Он садится на особые рецепторы, активация которых меняет метаболизм сердечных клеток. В результате ряда внутриклеточных реакций возникает особое вещество (цГМФ), которое и открывает изнутри ворота калиевых каналов. Такие синапсы называют метаболическими . [c.172]

Биохимия Том 3 (1980) -- [ c.332 ]

Молекулярная биология клетки Т.3 Изд.2 (1994) -- [ c.322 , c.323 ]

Молекулярная биология клетки Сборник задач (1994) -- [ c.225 ]

Молекулярная биология клетки Т.3 Изд.2 (1994) -- [ c.322 , c.323 ]

Биохимия Т.3 Изд.2 (1985) -- [ c.327 , c.328 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология