Потенциал-зависимые ионные каналы

Однако основным предположением в уравнении Ходжкин — Хаксли является активация или воротный механизм. Ионный канал должен содержать компонент, который в зависимости от приложенного потенциала либо открывает канал для катионов [c.134]

Зависимость параметров канала от мембранного потенциала. Ионные каналы нервных волокон чувствительны к мембранному потенциалу, например натриевый и калиевый каналы аксона кальмара. Это проявляется в том, что после начала деполяризации мембраны соответствующие токи начинают изменяться с той или иной кинетикой (рис. 4.2). На языке ионных каналов этот процесс происходит следующим образом. Ион-селективный канал имеет сенсор - некоторый элемент своей конструкции, чувствительный к действию электрического поля (рис. 4.6). При изменении мембранного потенциала меняется величина действующей на него силы, в результате эта часть ионного канала перемещается и меняет вероятность открывания или закрывания ворот - своеобразных заслонок, действующих по закону все или ничего . Экспериментально показано, что под действием деполяризации мембраны увеличивается вероятность перехода натриевого канала в проводящее состояние. Скачок напряжения на мембране, создаваемый при измерениях методом фиксации потенциала (рис. 3.5 и 4.2), приводит к тому, что большое число каналов открывается. Через них проходит больше зарядов, а значит, в среднем, протекает больший ток. Существенно, что процесс роста проводимости канала определяется увеличением вероятности перехода канала в открытое состояние, а не увеличением диаметра открытого канала. Таково современное представление о механизме прохождения тока через одиночный канал. [c.103]

Соответствующий математический анализ флуктуаций проводимости мембраны проводится с целью определения ряда параметров, характеризующих свойства одиночного канала время открытого состояния (то = 1/р) и скорости переходов между разными состояниями проводимость одиночного канала. Напомним, что проводимость мембраны (XIX. 25) характеризует зависимость потока ионов (ток) от потенциала на мембране g = В случае линейных вольтамперных зависи- [c.141]

Рис. 4.3. Зависимости стационарных значений параметров Ма - канала п , т и от мембранного потенциала Для описания ионных токов при возбуждении аксона (3.8) с учетом зависимостей (ф, ) и (фJ ) были подобраны функции а (ф, ) и (3 (ф, )для п, т и Ь параметров и построены зависимости стационарных значений, ш и для различных величин мембранного потенциала, представленные на рис. 4.3.

По определению потенциал-зависимые каналы-это такие каналы, которые открываются и закрываются в ответ на изменение трансмембранного потенциала. Это наводит на мысль о каком-то простом механизме включения и выключения каналоа Но в случае натриевых каналов, ответствеиных за потенциал действия, этот механизм несколько сложнее, и существенную роль в нем играет временная задержка. Поведение канала можно исследовать с помощью описанного выше метода фиксации напряжения. Если мембранный потенциал поддерживать на уровне нормального потенциала покоя (примерно - 70 мВХ натриевый ток практически отсутствует это указывает на то, что почти все натриевые каналы закрыты. Если теперь резко сдвинуть мембранный потенциал в положительную сторону, скажем до О мВ, и удерживать клетку в таком деполяризованном состоянии, то потенциал-зависимые натриевые каналы откроются и ионы На потекут в клетку вниз по градиенту концентрации. Этот нат мевый ток достигнет максимума примерно через 0,5 мс после того, как установится новое значение потенциала. Однако уже спустя несколько миллисекунд ток падает почти до нуля, даже если мембрана остается деполяризованной (рис. 18-И). Значит, каналы открылись на какой-то момент и вновь закрылись. Закрывшись, каналы переходят в инактивированное состояние, которое явно отличается от их первоначального закрытого состояния, когда они еще были способны открыться в ответ на деполяризацию мембраны. Каналы остаются инактивированными до тех пор, пока мембранный потенциал не вернется к исходному отрицательному значению и не закончится восстановительный период длительностью в несколько миллисекунд. [c.81]

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]

Разнообразие потенциал-зависимых и лиганд-зависимых ионных каналов в мембранах нервных клеток обеспечивается существованием кодирующих такие каналы мультигенных семейств (например, потенциал-зависимые Ыа-каналы) и опять-таки альтернативным сплайсингом (потенциал-зависимые К-каналы)- Один и тот же ген у дрозофилы кодирует четыре по-липептидные цепи, участвующие в формировании функционально активного К-канала. Эти полипептиды имеют одинаковые центральные домены, содержащие характерные для потенциалзависимых каналов элементы. [c.24]

Известно, что болевое раздражение усиливает рефлекс втягивания жабры у моллюска аплизии за счет модуляции секреции передатчиков сенсорными нейронами. Повышение чувствительности происходит за счет снижения К-прово-димости и соответствующего увеличения продолжительности потенциала действия, Б результате чего усиливаются Са-рефлекс и экзоцитоз. Болевое раздражение вызывает выделение серотонина облегчающим нейроном в окончаниях сенсорных нейронов. Серотонин, в свою очередь, увеличивает синтез цАМФ, активность протеинкиназы А и степень фосфорилирования белка, тесно связанного с К-каналом. В результате происходит закрытие канала. Блокада К-каналов приводит к тому, что приходящий в нервное окончание потенциал действия спадает медленно продленные потенциалы действия удерживают потенциал-зависимые Са-каналы в открытом состоянии, вследствие чего приток ионов Са возрастает. Это, в свою очередь, ведет к опорожнению большего числа синаптических пузырьков. К блокаде К-каналов приводит также добавление АТФ и К субъединицы протеинкиназы А в мембранные препараты нейронов добавление протеинфосфатазы обусловливает открывание К-каналов. [c.342]

Функции потенциал-зависимых Ка -каналов специфически блокируются двумя паралитическими чдами тетродотоксином (ТТХ), получаемым из иглобрюхих рыб и сакситоксином, который выделяют из определенных видов морских динофлагелляг. Из-за высокой аффинности и специфичности эти токсины оказались незаменимыми для фармакологических исследований, подсчета числа Ка -каналов в мембране и для очистки этих каналов. Было показано, что в плазматической мембране клеток скелетных мышц находится лишь несколько сотен Ка -каналов на 1 мкм , т е. один канал на 10 ООО молекул фосфолипидов. Несмотря на такую малую плотность каналов, эта мембраны электрически возбудимы, поскольку каждый канал обладает высокой проводимостью, пропуская более 8000 ионов за 1 миллисекунду. [c.401]

Проведение нервных импульсов зависит главным образом, а во многих аксонах позвоночных почти полностью, ог потенциал-зависимых натриевых каналов. Первоначально импульсы генерируются мембраной аксонного холмика, где таких каналов очень много. Но дпя осуществления особой функции кодирования мембрана аксонного холмика должна содержать еще по меньшей мере четыре класса ионных каналов - три избирательно проницаемых для ионов калия и один проницаемый для Са , Три разновидности калиевых каналов обладают различными свойствами - мы будем называть их медленными, быотрымии зависимыми к шевъши. каналами. Кодирующие функции этих канала наиболее изучены на гигантских нейронах моллюсков, но те же принципы используются, по-видимому, и в других нейронах. [c.322]

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.

Рис. 19-26. Измерение тока через открытый канал ацетилхолинового рецептора при разных значениях мембранного потенциала. С помощью таких измерений можно установить ионную селективность каналов. Ток, переносимый через открытый канал ионами определенного вида, будет изменяться при изменении мембранного потенциала определенным образом в зависимости от вида иона и градиента его концентрации по обе стороны мембраны. Зная градиенты концентраций основных присутствующих ионов, можно определить ионную селективность канала путем простого измерения зависимости ток/напряжение более полную информацию можно получить в результате повторных измерений при других концентрациях иона. А. Зарегистрированный с помощью метода пэтч-клампа ток, проходящий через одиночный канал, находящийся в растворе с фиксированной концентрацией ацетилхолина, при трех различных значениях мембранного потенциала. В каждом случае канал случайным образом переходит из закрытого состояния в открытое и обратно, но при некотором значении мембранного потенциала, которое называют потенциалом реверсии, гок равен нулю даже тогда, когда канал открыт. В данном случае потенциал реверсии близок к О мВ. Б. Такое же явление можно наблюдать, измеряя после одиночной стимуляции нерва общий ток через больщое количество одиночных каналов с ацетилхолиновым рецептором, находящихся в постсинаптической мембране нервно-мыщечного соединения. На графиках показаны изменения этого гока, измеренного с помощью внутриклеточных электродов в условиях фиксации напряжения. Каналы открываются при коротком воздействии ацетилхолина, но если мембранный потенциал поддерживается на уровне потенциала реверсии, го ток равен нулю. Поскольку открытые каналы проницаемы как для Na . так и для К . а значения электрохимических движущих сил для этих ионов различны, нулевой ток в действительности соответствует уравновещенным и направленным навстречу друг другу токам Na и К . (Эти каналы проницаемы и для Са , но ток, переносимый ионами кальция, очень мал, так как их концентрация низка.)

По величине потенциала реверсии и его чувствительности к концентрациям ионов во внещней среде можно судить об относительной проницаемости канала для разных ионов. Например, некоторые лиганд-зависимые каналы селективно проницаемы для С Г, и такие каналы можно идегггифицировать по величине потенциала реверсии, равной —60 мВ, что близко к равновесному потенциалу С1 при этом потенциал реверсии зависит от внеклеточной концентрации СГ, но не Na или К . [c.314]

На рис, 184 приведена зависимость плотности юка ог времени для железного анода, поляризуемого при постоянном потенциале электрода (—0,5 в) с помощью потенцйостата , для песчаной почвы различной влажности. Видно, что во всех почвах плотность тока, необходимая для поддержания заданного анодного потенциала, уменьшается со временем В точках, указанных стрелками, происходит резкое падение плотности аноднополяризующего тока почти до нуля, что и указывает на наступление анодной пассивности электрода. Наблюдаемая на поляризационных кривых при более низких влажностях почвы (начиная от 5% и ниж ) более сильная поляризуемость, сопровождаемая иногда образованием характерных минимумов (см. рис, 181), связана также с добавочным торможением анодного процесса вследствие возникновения анодных па сивных пленок и последующего их разрушения при повышенной плотности анодно-поляризующего тока. Так как анодный процесс ионизации металла связан с переходом атома металла в гидратированный катион металла, то для его осуществления необходимо присутствие в почве некоторого количества влаги, В большинстве естественных, не очень сухих почв имеющаяся влажность оказывается достаточной для осуществления анодного процесса и он может протека гь без заметного торможения. Однако в достато-iHo сухих почвах, когда в почве и на поверхности металла остается только адсорбционно связанная влага, для проте кания анодного процесса возникает дополнительное торможение, связанное с недостатком на поверхности металла влаги, необходимой для процесса гидратации аноднорастворяющихся ионов металла. В этом случае скорость анодной реакции может уже контролироваться транспортом (диффузией) водяных паров в зону реакции (к аноду). В эти условиях при наличии на поверхности металла неувлажненной почвы анодный процесс будет тормозиться даже в большей степени, чем в условиях атмосферной коррозии под адсорбционной пленкой влаги (рис. 185). Этот механизм может быть привлечен для объяснения наблюдаемого уменьшения скоро ти коррозии образцов, зарытых в сухую почву (песок или глину), по сравнению со скоростью коррозии таких же образцов з чисто атмосферных условиях. В общем, в отношении железного электрода можно считать, чго во влажных нейтральных почвах анодный проце -с будет протекать по типу, характерному для жидких нейтральных элек- [c.360]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология