Каналы ионные калиевые

Эксперименты по блокированию солями четвертичного аммония позволили получить более точные данные о структуре и свойствах обеих функций калиевого канала. Ионы тетраэтиламмония (ТЭА) блокируют выходящий калиевый ток. В гигантском аксоне кальмара подобный эффект наблюдался только при попадании ТЭА внутрь нервного волокна во время перфузии аксона. Отсюда следует, что канал пронизывает мембрану асимметрично. Еще более интересно то [27], что блокирующая способность ионов четвертичного аммония увеличивается при замене одной из этиловых групп более длинной гидрофобной боковой цепью (рис. 6.8). Эти производные не просто блокируют, они инактивируют уже начавшийся калиевый ток (рис. 6.9), как бы проникая в открытый канал. [c.156]

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]

Этот яд вызывает паралич дыхания. Калиевый канал блокируется ионами тетраэтиламмония и другими гомологами этого ряда. Активность кальциевых каналов подавляется кадмием, а их ворота разрушаются фторидом. Ионы магния для прохождения через мембраны также могут использовать кальциевые каналы [32, 33]. [c.238]

Поскольку калиевый канал можно считать открывающимся при подходе отрицательно заряженной частицы, можно трактовать га как вероятность удаления из калиевого канала двух ионов Са . [c.371]

Открывание ионного канала, по-видимому, сложный процесс Ходжкин и Хаксли описали наблюдаемое увеличение ионной проводимости с помощью экспоненциальных уравнений (гл. 6). Несмотря на то что прошло уже более 25 лет, как они. исследовали в деталях кинетику натриевого и калиевого потоков, практически ничего неизвестно о биохимии этих процессов. Недавно разработаны методы, с помощью которых можно [c.119]

На рис. 9.13 приведены результаты для случая натриевой системы. Поскольку характерное время для натриевого канала намного меньше, чем для калиевого, как это видно из выражений для коэффициентов av и Ру, интересующая нас область сдвигается к более высоким значениям V, т. е. в сторону более коротких времен релаксации. Замечательно то, что несмотря на сходство выражений для проводимостей ионов натрия и калия отличающихся лишь степенью вспомогательной переменной V), [c.359]

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]

Если допустить, что белковые глобулы-каналы могут обладать функцией фоторецепции, световой сигнал должен изменять проводимость калиевого канала и нарушать протекание цикла. Действительно, во время создания повышенного ионного градиента световой импульс вызывает замедление этого процесса (выход градиента на пороговые значения за- [c.75]

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]

Многообразие ионных каналов. В последние годы чрезвычайно широко проводилось исследование ионных каналов в различных типах нервных клеток. Эти исследования позволили значительно расширить модель потенциала действия, предложенную Ходжкином и Хаксли, включающую лишь один натриевый и один калиевый канал. Большинство подобных работ было выполнено на телах нейронов моллюсков — крупных клетках, чрезвычайно удобных для внутриклеточных методов исследования с фиксацией потенциала. Полагают, что выявленные в этих исследованиях свойства мембраны тела нейрона в ка- [c.161]

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]

Каналы. Биологическая мембрана содержит ионные каналы, представляющие собой липопротеиновые комплексы сложной структуры. В узких каналах (натриевый 3,1x5,1 А, калиевый 4,5х4,5 А) возможно однорядное движение ионов, которые могут взаимодействовать друг с другом и с молекулярными группами канала. При поступлении иона в канал происходит замещение молекул воды гидратной оболочки иона на полярные группы полости канала. Увеличение свободной энергии иона при дегитрации с избытком компенсируется энергией его взаимодействия с полярными группами канала. В результате общая энергия иона снижается, что и облегчает его прохождение через канал. Наличие полярных групп, а также фиксированных анионных центров в канале приводит за счет их кулоновских взаимодействий с ионом к снижению энергетического барьера перехода иона из раствора в канал. Лучше всего проходят через канал ионы, которые прочно связываются электростатическими силами с анионным центром. Например, с небольшим отрицательным анионным центром более прочно после потери гидратной оболочки будет связываться меньший по размеру катион Ыа по сравнению с катионом К. В то же время радиус гидратированного иона Ыа больше, чем К, и без потери гидратной оболочки ион Ыа хуже проходит через относительно широкие поры в мембране. Наличие в канале фиксированных анионных центров, притягивающих катионы, облегчает их прохождение через канал, снижая энергию иона. На рис. 15.1 и 15.2 приведены энергетические профили Ыа - и К -каналов. Скорость проведения Ыа - [c.148]

Рис. 6. . а — схема нервного волокна с синапсом. Показаны системы транспорта (АТРаза) и три различные системы пассивного транспорта. Справа — хемовозбудимая транспортная система, регулируемая молекулой непроме-диатора, например канал в постсинаптической мембране мышечной концевой пластинки, пропускающий ионы калия и натрия слева — отдельно К а+- и К+-каналы в мембране аксона, управляемые электрическим полем и открываемые при деполяризации бив — проводимость натрия gNг (б) и калня ё к, (в), а также входящий натриевый /ка и выходящий калиевый /к токи после деполяризации (60 мВ). Четко дифференцированная кинетика двух процессов N3 и к подразумевает существование индивидуальных молекулярных структур для пассивного натриевого и калиевого транспорта. [c.131]

Вновь обсудим электровозбудимые каналы, которые обеспечивают пассивный транспорт ионов Ыа+ и К+. Тщательный анализ возникновения потенциала действия гигантского аксона кальмара, проведенный Ходжкин и Хаксли [1—3], показал, что существуют по крайней мере два различных (отдельных) капала после деполяризации мембраны открывается натриевый канал, обусловливающий входящий поток ионов Ыа+ через некоторое время открывается калиевый канал и поток ионов К+ устремляется в противоположном направлении (рис. 6.1). Известно, что проницаемость мембраны для ионов Ыа+ и К+ не увеличивается одновременно. Кроме того, имеются еще два факта, которые доказывают существование двух отдельных каналов. [c.132]

Как известно, существуют селективные ингибиторы для различных ионных токов. Тетродотоксии и ряд других токсинов специфически блокируют натриевый канал, не оказывая влияния на калиевый. Напротив, ион тетраэтиламмония (ТЭА) ингибирует поток ионов калия, не влияя на транспорт ионов натрия. [c.133]

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.

Имеются примеры ионных регуляторных комплексов, в которых рецептор и ионный канал, по-видимому, находятся в разных молекулах. Так, некоторые ацетилхолиновые рецепторы, найденные в нейронах Aplysia, после связывания с ацетилхолином увеличивают натриевую проводимость. Другие ацетилхолиновые рецепторы того же организма вызывают быстрое возрастание проводимости ионов хлора, тогда как третьи — медленное возрастание калиевой проницаемости [6]. Если принять, что связывающий компонент этих рецепторов один и тот же, что никак не доказано, то он должен действовать в комбинации то с калиевыми, то с натриевыми, то с хлорными каналами [7]. Хотя такие комбинации и казались постоянными, следующие наблюдения привели к выдвижению гипотезы плавающего , или мобильного , рецептора. Согласно этой гипотезе рецепторы не связываются в постоянные комплексы, а плавают в мембране и взаимодействуют с различными активными структурами транспортными системами, ферментами и т. д. (рис. 9.6). Имеется, например, только один тип рецептора для инсулина, который, однако, раздельно регулирует целый ряд мембранных функций транспорт глюкозы, аденилатциклазную, фосфодиэсте-разную, Ка+,К+-АТРазную, Са +-ЛТРазную активности, а также транспорт аминокислот. Напротив, в жировых клетках крыс имеются, по крайней мере, восемь различных рецепторов, и все они регулируют аденилатциклазную активность. Связывание [c.255]

Организмы с точечными мутациями появляются в результате мутации единичного гена, и, таким образом, отдельного белка. Следовательно, сложное поведение может быть анализировано на уровне белков. Кроме хорошо изученной генетики дрозофила имеет следующие преимущества короткое время воспроизводства, легкость селекции, они достаточно дешевы (маленькие организмы, необходима малая площадь), безвредны и имеют несколько, но огромных хромосом. Из них уже был выделен ацетилхолиновый рецептор. Нейроны дрозофилы слишком малы для электрофизиологических исследований, но мышечные волокна позволяют изучать нейромышечную синаптическую передачу. Один мутант при анестезии делает необычные ритмические движения лапкой. Причина кроется в изменении потенциалзависимого калиевого канала, который обычно реполяризует мотонейрон после потенциала действия, блокируя передачу импульса. Здесь снова, как и в случае мутанта парамеции пешки , в основе изменения поведения лежит модификация белка ионного канала возбудимой мембраны. [c.362]

Предполагаемый энергетический профиль для калиевого канала показан на рис. XXI.8. Такой профиль соответствует условиям, когда наиболее медленной стадией транспорта является переход частиц через границу мембраны. Форма энергетического профиля предполагает также, что десорбция ионов замедлена относительно адсорбции из раствора. Подробный анализ модели с учетом указанных предположений показывает, что канал все время находится в заполненном двухчастичном состоянии. Поэтому выход частицы из канала в раствор сопровождается последовательным сдвигом ионов по всему каналу. А так как число ям в канале равно двум, то порядок реакции увеличивается вдвое. В этих условиях формула Уссинга [см. (XIX.2.12)] не соблюдается [c.125]

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]

ТТХ содержится в органах рыб семейства Tetraodontidae. Он воздействует на наружную поверхность мембраны, подавляя возникновение потенциалов действия в нервах и мышцах (см. гл. XXIII, 3) и блокируя селективно натриевый ток. Аналогичное действие оказывает и STX, содержащийся в жгутиковых. Ион TEA селективно подавляет калиевый ток, удлиняя фазу падения потенциала действия (см. XXIII, 3). Блокирование канала инициируется связыванием агента с рецептором, который представляет собой определенный элемент молекулярной структуры канала. Считается, что молекула блокатора Т связывается обратимо с рецептором в реакции [c.136]

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]

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]

Из табл. 2.1 следует, что максимальная величина Р соответствует ионам калия. Ионы с большими кристаллическими радиусами (рубидий, цезий) имеют меньшие Р, по-видимому, потому, что их размеры с одной гидратной оболочкой превышают размер канала. Менее очевидна причина сравнительно низкого Р для ионов лития и натрия, имеющих меньший сравнительно с калием радиус. Исходя из представлений о мембране как молекулярном сите, можно было бы думать, что они должны свободно проходить через калиевые каналы. Одно из возможных решений этого противоречия предложено Л. Муллинзом. Он предполагает, что в растворе вне поры каждый ион имеет гидратную оболочку, состоящую из трех сферических слоев молекул воды. При вхождении в пору гидратированный ион раздевается , теряя воду послойно. Пора будет проницаема для иона, если ее диаметр точно соответствует диаметру любой из 38 [c.38]

Измерения показали, что ионные каналы обладают абсолютной селективностью по отношению к катионам (катион-селек-тивные каналы) либо к анионам (анион-селективные каналы). В то же время через катион-селективные каналы способны проходить различные катионы различных химических элементов, но проводимость мембраны для неосновного иона, а значит, и ток через нее, будет существенно ниже, например, для Ка -ка-нала калиевый ток через него будет в 20 раз меньше. Способность ионного канала пропускать различные ионы называется относительной селективностью и характеризуется рядом селективности - соотношением проводимостей канала для разных ионов, взятых при одной концентрации. При этом для основного иона селективность принимают за 1. Например, для Ка -канала этот ряд имеет вид [c.98]

Калиевые каналы являются более избирателы1ыми для ионов они не пропускают практически ионы Ка, проницаемость для ионов КЬ , КН4" сравнительно мала. Полагают, что селективный фильтр калиевого канала имеет размеры порядка 0,26- [c.251]

Можно полагать, что синергическое действие и иАМФ на соответствуюшие ионные каналы связано с наличием у последних двух различных участков фосфорилирования для В- и А-киназ. Возникаюшие под влиянием КМ-зависимого фo фopиJШpoвilHия изменения в структуре канала обеспечивают повьппение доступности соответствующего участка фосфорилирования для протеинкиназы А. Напротив, при изучении влияния внутриклеточного на Са-зависимые калиевые каналы взаимодействие двух систем вторичных посредников отличается тем, что цАМФ выступает в роли агента, повышающего чувствительность канала к внутриклеточному Са и КМ. Можно полагать, что ре гуляния числа каналов и их активности с помощью протеинфосфорилирования связана с изменениями в процессах поведения и обучения. [c.354]

Более быстрые изменения потенциала с постоянными времени до милли-сфсунды вызьгоаются изменением проницаемости мембраны. Вариации проницаемости вызываются открыванием и закрыванием ионных каналов в мембране клетки, которых насчитывается около 100 на 1 мкм" поверхности. Проводимость открытого канала порядка 10 Ом" . В состоянии покоя открыты главным образом калиевые каналы, они обеспечивают проводимость единицы поверхности мембраны примерно 10(0м" м ". Проводимость подвержена влиянию трансмембранного электрического поля (кстати, довольно сильного, достигающего 10 В/м, гпо близко к полю пробоя хорошего изолятора), так что если внешним воздействием вывести клетку из электрического равновесия, подняв внутриклеточный потенциал может достигнуть значения 100 Ом" - м"", 2LgJ o практи- [c.84]

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]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология