Инактивация каналов

При изучении натриевых каналов было показано, что ворота и механизм инактивации расположены в разных участках канала. Фермент пролаза, введенный внутрь гигантского аксона кальмара, откусывает часть натриевого канала, торчащую из мембраны. После такой процедуры канал продолжает открывать ворота под действием деполяризацииг но не инактивируется. Таким образом,, [c.110]

Для исследования локализации интегральных белков в мембране используются различные методы [И]. Среди них наиболее предпочтительными благодаря своей селективности являются ферментативные. С помощью протеаз, например, если действовать ими сначала на наружную, а затем на внутреннюю поверхности мембраны, можно определить, различна ли структура и функция белка на разных сторонах бислоя. Было показано, в частности, что при перфузии аксона проназой, мишенью действия фермента оказались белки, участвующие в инактивации натриевого канала, и, следовательно, они должны быть размещены на внутренней стороне мембраны. Если же проназой действовали извне, то на инактивацию натриевого канала она почти не влияла (гл. 6). [c.77]

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]

Инактивация — по-видимому, спонтанное закрывание ионных каналов, например потенциалзависимого натриевого канала мембраны клетки. [c.129]

Таким образом, существуют различные вещества, модифицирующие воротный механизм закрытия — открытия каналов. Так, ферменты (проназа) необратимо действуют со стороны цитоплазмы и необратимо повреждают структуры, ответственные за инактивацию канала. Другие ингибиторы (пептидные токсины) действуют снаружи, замедляя инактивацию каналов. Растворимые в липидах токсины угнетают активацию (открытие) каналов, замедляют инактивацию и уменьшают ионную селективность канала. Наконец, изменения pH, внутриклеточной концентрации двухвалентных ионов, ионной силы влияют на работу воротного механизма. Таким образом, в процесс инактивации вовлекаются структурные элементы, расположенные снаружи канала и в области ворот. Активация же зависит от структур, глубоко погруженных в липидную часть мембраны и недоступных внешним химическим агентам. На рис. XXI.17 показаны места действия различных ингибиторов на Na-каналы. [c.139]

Проводимость каналов. Воротные токи. Изменение потоков Ма и К ( На и г к) во время потенциала действия (рис. 16.1) обеспечивается двумя типами ионных каналов для Ма и К, проводимость которых по-разному меняется в зависимости от электрического потенциала на мембране. Ма - проводимость быстро нарастает и затем быстро экспоненциально уменьшается. Калиевая проводимость нарастает по 5-образной кривой и за 5 - 6 мс выходит на постоянный уровень. Восстановление натриевой проводимости до исходных значений происходит в 10 раз быстрее, чем калиевой проводимости. Вопрос о том, каким образом проводимость ионных каналов управляется электрическим полем, является одним из центральных в биофизике мембранных процессов. В модели Ходжкина - Хаксли предполагается, что проводимость для ионов Ма и К регулируется некоторыми положительно заряженными управляющими частицами, которые перемешаются в мембране при изменениях электрического поля. Смещение положения этих частиц в мембране зависит от приложенного потенциала и соответствующим образом открывает или закрывает ионный канал. Считается, что в случае калиевой проводимости имеются четыре активирующие канальную проводимость частицы. В случае Ма - канала предполагается наличие трех активирующих частиц, необходимых для открывания, и одной инактивирующей частицы-для закрывания канала. На основе этих предположений удалось построить математическую модель, с высокой точностью воспроизводящую нервный импульс. Главное достижение состоит в разделении трансмембранных токов на отдельные компоненты (г на и г к) и в экспериментальном изучении их свойств. В функциональной структуре канала были выделены элементы, ответственные за механизмы селекции ионов (селективный фильтр), активации (активационные ворота) и инактивации канала (инактивационные ворота) (рис. 16.2). Движение заряженных управляющих частиц в канале (воротных частиц) обнаруживается экспериментально по возникновению воротных токов. Они появляются в результате смещения частиц в мембране под влиянием наложенного на мембрану электрического импульса. Удалось обнаружить воротные токи смещения, связанные с частицами, отрывающими Ма-канал. Вместе с [c.154]

Этн токсины представляют большой интерес в качестве инструментов исследования при проведении биохимического анализа структуры канала, так как их связывающий центр отличается от связывающего центра ТТХ. Канал, стабилизируемый в открытом состоянии АТХ, тем не менее блокируется ТТХ если последний отмывается, инактивация натриевого канала еще более замедляется под действием АТХ. Если оба токсина не просто замещают друг друга, напрашивается вывод о том, что ионная пора (gNa) и воротный механизм (h — по уравнению Ходжкин — Хаксли) являются либо различными частями молекулы одного канала, либо отличаются полностью. [c.148]

Активация и инактивация единичного шейкер-канала. Инактивационная модель — мяч на цепи . Канал имеет три состояния Д — покоя, О — открытое и I — инактивированное (по С. Miller, 1991). [c.186]

В связи с тем что соль тетраалкиламмония не просто блокирует калиевый ток, а вызывает инактивацию, ТЭА, вероятно, может входить в воронку только открытого канала при стимуляции нерва. Воротный механизм, по-видимому, располагается [c.156]

На рис. 6.10 представлена особая модель, имитирующая работу гигантского аксона кальмара. В перехвате Ранвье седалищного нерва лягушки ТЭА способен проявлять ингибирующий эффект с обеих сторон мембраны. Поэтому калиевый канал в этом случае должен иметь воронкообразные расширения с двух сторон. Однако и здесь инактивация наблюдается только изнутри аксона. Следовательно, воротный механизм в миелинизированных волокнах тоже располагается на внутренней стороне мембраны. [c.158]

Общим свойством Ма -каналов является их способность быстро активироваться и открываться под действием деполяризующего импульса. После прекращения короткого деполяризующего импульса канал быстро закрывается и происходит его выход из активного состояния. Таким образом проводимость канала быстро меняется, увеличиваясь или уменьшаясь в зависимости от приложенного импульса. Наряду с этим существуют и более медленные процессы инактивации Ма -каналов, которые лишают каналы способности открываться при активации. Инактивация Ма -каналов является причиной потери их возбудимости в условиях продолжительной аноксии или ингибирования метаболических процессов. [c.130]

Восстановление Ма -канала после инактивации может наблюдаться в экспериментах с двумя последовательными деполяризующими (—15 мВ) импульсами. После первого импульса каналы активируются и открываются, а затем закрываются и инактивируются. В течение времени перед приходом второго импульса часть каналов успевает восстановиться после инактивации. Поэтому амплитуда ответа на действие второго импульса зависит от временного интервала, прошедшего после прекращения действия первого импульса. Полное восстановление происходит по экспоненциальному закону (т 4-5 мс) и в свою очередь зависит от потенциала покоя. [c.130]

Интенсивное изучение химического строения каналов началось в биофизике в конце 1960-х годов. К этому времени стало ясно, что для выяснения механизмов активации и инактивации каналов, их селективности, блокировки, прохождения ионов через пору и других функциональных свойств необходимо знание структуры макромолекул, входящих в состав канала. В середине 70-х годов было установлено, что Na+ -канал представляет собой трансмембранный белок, погруженный в липидный бислой. Этот же вывод был получен и в отношении другого типа каналов, изменение проводимости которых достигается не за счет изменения электрического потенциала на мембране, а в результате действия химических нейромедиаторов. [c.132]

Другой ингибитор а-токсин скорпиона (пептид) обратимо связывается с рецептором в наружной части канала, удлиняя продолжительность потенциала действия. Его связывание возможно в открытом и закрытом, но не в инактивированном, состояниях. Отсюда следует, что в нормальных условиях инактивация Na-каналов не только вызывает закрытие ворот, но сопровождается изменениями наружной части структуры канала, где расположен рецептор. [c.139]

Рис. 26. Схема работы ионного канала а — канал закрыт б — канал открыт. УК — устье канала, ПК — просвет канала (трубка, пронизывающая мембрану через которую идут ионы), В — ворота канала с отрицательно заряженной группой, реагирующей на изменение потенциала на мембране, И — устройство инактивации, которое закрывает канал через некоторое время после открывания ворот

Электрические свойства миокардиальных клеток характеризует потенциал действия (ПД). Последний определяется функционированием ионных каналов, пропускающих через мембрану миокардиоцитов строго определённые ионы с определённой скоростью. При этом ионный канал может находиться в 3 состояниях активации (готовность пропускать ион), инактивации (канал в данный момент проводит ион и закрыт для приёма нового иона) и покоя (восстановление после окончания проведения иона). [c.155]

Мы сказали слова нормальная туфелька не случайно. Дело в том, что существуют инфузории-мутанты. При их изучении было показано, что мутация в одном гене может сделать дефектным белок, образующий тот или иной канал. Существует мутация, которая портит Са-канал, чувствительный к удару по передней части тела инфузории. Такая инфузория, наткнувшись на препятствие, все время бьется головой о стену , так как ионы Са+ в нее при механическом раздражении не входят и не обеспечивают реверс. Другая мутация портит Са-канал иначе, замедляя его инактивацию. Такие мутанты становятся очень пугливы столкнувшись с препятствием, они отскакивают от него и долго-долго плывут хвостом вперед, так как через их Са-каналы входит много Са и нормальная работа ресничек долго не восстанавливается. [c.263]

Нейротоксины как инструменты исследования. Во время потенциала действия выделяют три фармакологически различных процесса активацию (открытие) канала, ионный транспорт через открытую пору и инактивацию (закрытие) канала. Нейротоксины, влияющие на потенциалзависимые натриевые каналы, по-видимому, действуют через три различных участка канала [14] участок 1 (ТТХ, STX), относящийся к транспорту ионов участок 2 (ВТХ, вератридин, актонитин), регулирующий активацию канала, и участок 3 (S TX, АТХ), регулирующий инактивацию канала (табл. 6.4). [c.150]

Для большинства местных анестетиков рКд находится в пределах 7-9. Блокировка осуществляется только заряженными молекулами, проникающими во внутреннее устье открытого Na-канала. Рецептор находится между воротами и селективным фильтром канала. В нейтральной форме местные анестетики могут проникать внутрь нервного волокна, растворяясь в липидном матриксе мембраны с последующим протонированием внутри волокна. В этом случае они могут взаимодействовать и с закрытыми каналами. На рис. XXI. 16 изображена схема действия анестетиков, которые вытесняются из комплекса с рецептором ионами Na и Н , проникающими в канал снаружи. Образование комплекса в свою очередь влияет на эффективность воротного механизма, оставляя ворота открытыми и сильно замедляя процесс инактивации канала. Так, блокатор TV-метилстрихнин, введенный в открытые каналы, блокирует их и фиксирует ворота в открытом положении, так что они не могут закрыться до тех пор, пока блокатор не покинет канал. Таким образом, доступ блокатора к рецептору возможен лишь при открытых воротах. Нри закрытии ворот после образования TRe -комплекса анестетик оказывается запертым в канале. Влияние анестетиков ТТХ, STX на воротный механизм не прямое, а обусловлено их связью о другими молекулами, способствующими закрытию ворот (аллостерический механизм). [c.137]

Конформационные изменения канала под действием электрического поля или химических медиаторов называют воротными как уже сказано, они регулируют прохождение ионов — гокг ворот . Эти изменения происходят за время от 30 мкс до 10 мс. Они имеют стохастический характер. Суть модели Ходлгкпиа — Хаксли состояла в том, что для активации каждого Ка" -ка-нала в процессе деполяризации необходимы три воротные-пг-частицы для инактивации нужна одна воротная /г-частица , Можно показать, что эта модель эквивалентна наличию-восьми различающихся конформационных состояний Ка -каналов и пяти состояний К -каналов. Только одно из восьми состояний Ка -канала является проводящим. Однако эта модель остается феноменологической, и имеются данные, ей противоречащие. [c.381]

Еще одна трудность выделения натриевых каналов связана с их сравнительной нестабильностью вне мембраны. Пока известны лишь следующие биохимические характеристики канала ТТХ-связывающий компонент мембраны аксона с 230 ООО (по данным метода инактивации радиацией) или 260 000 (определено биохимическими методами), коэффициент седимента-. ции 9,2 этот компонент инактивируется протеазами, при нагревании и при обработке ионными детергентами (додецилсуль-фатом натрия). Часть натриевого канала, ответственная за связывание ТТХ или STX, построена, по крайней мере частично, из белка СИ]- Молекулярная масса натриевого канала синаптосом мозга равна в целом 320 ООО, что обусловлено присутствием двух небольших полипептидных цепей (37 ООО и 39 ООО) и одной большой (260 000). Однако нельзя исключить, что другие молекулы, липиды или углеводы частично или полностью не участвуют в транспорте ионов Na+. [c.142]

Рис. 12-40. Четыре возможных способа десенситизации клеток-мишеней при длительном воздействии сигнальной молекулы. Изображен рецептор в норме активирующий или ингибирующий эффекторный фермент (или ионный канал) через О-белок. Хотя механизмы инактивации, показанные здесь для рецептора и для О-белка, включают фосфорилирование, возможны и другие виды модификаций (они описаны при обсуждении бактериального хемотаксиса, разд. 12.5.4). Кроме того, в инактивации рецептора путем фосфорилирования не всегда участвует белок-

Токсины скорпионов (S TX). Яд скорпиона содержит несколько видов нейротоксинов. Они представляют собой мини-протеины, содержащие 65—66 аминокислотных остатков и четыре-дисульфидные связи. Некоторые аминокислотные последовательности этих токсинов уже известны. Их действие менее избирательно. S TX I способен одновременно ингибировать инактивацию натриевой и активацию калиевой проводимостей. Из некоторых видов entruroid.es были выделены токсины, ряд из которых избирательно действует на активацию натриевого канала, а один из токсинов блокировал калиевую проводимость [c.150]

Рис. 6.9. Временная зависимость калиевого тока, проходящего через мембрану аксона после деполяризации при различных величинах потенциала. Вверху слева — контроль без ингибитора остальные — ингибирование тока ионов калия производными ТЭА. Блокирование увеличивается при замещении этиловой группы ТЭА гидрофобной боковой цепью (Сд — нонил, С5 — пентил, С1 — мстил) калиевый ток вначале увеличивается, затем ингибируется С5- и Сд-произ-водиыми (инактивация) следовательно, эти реагенты блокируют вход в открытый канал.

Ингибирование воротного механизма. Процесс инактивации легко ингибируется при действии химических агентов, проникающих в каналы со стороны аксоплазмы. Замедление инактивации может привести к тому, что продолжительность потенциала действия (открытый Na-канал) продлится до нескольких минут. Эффект наблюдается при введении проназы (смесь протеолитических эндопептидаз). [c.137]

Изменения натриевой проводимости. Кинетические кривые Ма -проводимости имеют более сложную форму (см. рис. ХХП1.9, А) проводимость нарастает до максимума — активация, а затем снижается — инактивация. Изменение Na -npo-водимости удалось описать на основе предположения о наличии активируюш их т-частиц и инактивируюш их /г-частиц. Предполагают, что для открывания канала необходимо поступление в определенный участок мембраны трех т-частиц. Переход через мембрану одной инактивируюш ей частицы вызывает блокировку канала. Таким образом, изменения Ма -проводимости описывают уравнением [c.177]

Особенности воротных токов. Расшифровка полной макромолекулярной структуры дает возможность понять механизмы, лежаш ие в основе кинетических закономерностей открытия, закрытия и инактивации ионных каналов. Основная проблема здесь состоит в идентификации конкретных молекулярных групп, выполняюш их роль воротных зарядов, которые соответственно изменяют свое состояние, переме-ш аясь под действием внешнего электрического поля. Мы уже видели роль зарядов в этих процессах в канале (гл. XXI, 7). Отметим, что цикл открытие-закрытие не связан с разрывом или образованием каких-либо ковалентных химических связей, а по-видимому включает каскад конформационных изменений белка канала. Пороговый характер и высокая скорость открытия отдельных закрытых каналов указывает также на согласованный кооперативный характер этих процессов. [c.184]

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]

Рис. 6-61. Запись тока, протекающего через единичный потенциал-зависимый Na -канал, находящийся в крошечном участке плазматической мембраны мышечной клетки эмбриона крысы (см. рис. 6-60). Мембрану деполяризуют импульсом (А). Три графика тока (Б) получены в трех экспериментах с одним и тем же участком мембраны. Каждое существенное изменение тока соответствует открытию и закрытию одного канала. Сравнение показывает, что время открытию и закрытию может существенно варьировать, при этом скорость протекания зарядов через канал остается практически постоянной. Маленькие флуктуации при записи тока являются электрическим шумом записывающей аппаратуры. Суммарный ток, записанный в 144 повторяющихся экспериментах, показан на В. Он эквивалентен току Na через относительно большой участок мембраны, содержащий 144 канала. Сравнение Б и В показывает, что суммарный ток отражает вероятность открывания индивидуального канала. Эта вероятность со временем уменьшается, так как каналы деполяризованной мембраны переходят в инактивированную конформацию. Кинетика открывания и инактивации каналов мышечной клетки эмбриона намного медленнее, чем у типичной нервной клетки. (По данным J. Patlak и R.

Как отмечалось ранее, инактивация Са -каналов более сложная, чем Na -каналов. В дополнение к потенциал-зависимой инактивации (которая в 50 раз более медленная, чем у Na -каналов), для Са -каналов обнаружена Са -зависимая инактивация, возникающая в результате повышения [Са "], во время деполяризующего импульса. Обнаружено, что сегмент S6 домена I и небольшие внутри- и внеклеточные участки, примыкающие к этому сегменту в о, -субъединице Са -канала, могут быть молекулярными детерминантами потенциал-зависимой инактивации (Zhang et al., 1994). Исследования последних лет показали, что для потенциал-зависимой инактивации Са "-каналов имеет также значение внутриклеточный С-терминальный фрагмент арсубъединицы. Так, в С-терминальном участке ai -субъединицы Са -каналов выявлен фрагмент из 80 аминокислот (1572-1651), определяющий как потенциал-зависимую, так и Са -зависимую инактивацию (Soldatov et al., 1997). [c.112]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология