Натриевые конформационные изменения

Таблица 6.4. Участки натриевого канала, связывающие нейротоксины [14]. Участок 3, вероятно расположенный в той части натриевого канала, которая претерпевает конформационные изменения во время активации канала.

Рис. 19-12. Распространение нотенциала действия А. Потенциалы, регистрируемые группой внутриклеточных электродов, расположенных вдоль аксона. В. Конформационные изменения натриевых каналов и токи (показаны красным ютом), обусловливающие распространение сдвига

В связи с этим можно предположить, что в начальной стадии генерации ПД происходят конформационные изменения мембранных компонентов, возможно, белковой природы — ворот натриевых каналов. При любом потенциале на мембране ворота могут находиться в положении открыто или закрыто , т. е. МПП определяет выгодность нахождения ворот в том или другом положении. К сожалению, конкретное понимание устройства ворот, как и каналов, и механизмов их функционирования, далеко несовершенно. Поэтому выяснение молекулярных механизмов ионной проводимости возбудимых мембран является одной из самых актуальных задач биохимии и биофизики. [c.53]

Рис. 19-12. Распространение потенциала действия А Потенциалы, регистрируемые группой внутриклеточных электродов, расположенных вдоль аксона В. Конформационные изменения натриевых каналов и токи (показаны красным ютом), обусловливающие распространение сдвига мембранного потенциала. Участок аксона с деполяризованной мембраной выделен цветом.

Ацетилхолин диффундирует к постсинаптической мембране и здесь соединяется с рецептором ацетилхолина. Рецептор представляет собой интегральный белок постсинаптической мембраны. Присоединение ацетилхолина к рецептору — процесс обратимый чем больше концентрация ацетилхолина в синаптической щели, тем большее число молекул рецептора соединено с ним. Ацетилхолин индуцирует конформационные изменения рецептора, которые передаются на белки натриевых и калиевых каналов в постсинаптической мембране в результате каналы открываются. Освобождение ацетилхолина из 200-300 пузырьков создает такую его концентрацию в синаптической щели, при которой связывается с ацетилхолином большое число рецепторов и открывается достаточное число ионных каналов, чтобы на постсинаптической мембране возник возбуждающий потенциал, способный вызвать потенциал действия. Затем потенциал действия начинает свой путь [c.538]

Теперь мы обратимся к краткому рассмотрению того, как описанные фотохимические изменения превраш,аются в электрический импульс, который стимулирует мозг. Существуют доказательства, что одиночный квант света может вызвать раздражение палочки сетчатки. Однако поглощение одного кванта еще не создает эффекта зрения. Для этого требуется попадание нескольких квантов (согласно разумной оценке, от двух до шести квантов) в одну и ту же палочку в течение относительно короткого временного промежутка. Но даже в этом случае процесс весьма эффективен, а энергия конечной реакции существенно превосходит энергию, поглощенную зрительным пигментом. Поглощение света инициирует цепь реакций, черпающих энергию из метаболизма. Тем самым зрительное возбуждение является результатом усиления светового сигнала, попадающего в сетчатку. Фоторецептор служит биологическим эквивалентом фотоумножителя, который преобразует кванты света в электрический сигнал с большим усилением и низким шумом (см. гл. 7). И фоторецептор, и фотоумножитель достигают большого коэффициента усиления с помощью каскада стадий усиления. Зрительные пигменты представляют собой интегральные мембранные белки, которые находятся в плазме и мембранах дисков внешнего сегмента фоторецептора. Фотоизомеризация ретиналя вызывает серию конформационных изменений в связанном с ним белке и тем самым образует или раскрывает ферментативный активный центр. Следует каскад ферментативных реакций, которые в конце концов дают нервный импульс. Электрический ответ начинается с кратковременной гиперполяризации, вызванной закрытием нескольких сотен натриевых каналов в плазматической мембране. Таким способом молекулы-посредники (мессенджеры) передают информацию от диска рецептора к мембране плазмы. Вероятным кандидатом на роль мессенджера является богатый энергией циклический фосфат цГМФ (гуанозин-3, 5 -цикломонофосфат), возможно, в сочетании с ионами Са +. Было показано, что катионная проводимость плазматических мембран палочек и колбочек прямо контролируется цГМФ. Таким образом светоиндуцированные структурные изменения диска активируют механизм преобразования, который сам генерирует потенциал, распространяющийся по плазматической мембране. В настоящее время детали механизмов преобразования и усиления продолжают исследоваться. Была предложена схема, основной упор в которой делается на центральную роль фосфодиэстеразы в процессе контроля за кон- [c.241]

Рис. 6.2. Модели электроуправляемого воротного механизма, а — электрические диполи т при деполяризации переориентируются (т. е. положительный заряд появляется на внутренней стороне мембраны аксона) от положения в состоянии покоя (верхний рис.) к активному состоянию (средний рис.). Следовательно, проход положительно заряженных ионов натрия через канал не блокируется положительными зарядами. После короткой паузы диполь h меняет направление и инактивирует канал (нижний рис.) б—альтернативный механизм, при котором вращающиеся диполи соответствуют конформационным изменениям в спиральной части мембранных молекул. (Воспроизведено с разрешения Keynes.) [8] в — функциональная модель натриевого канала, воротные частицы т н h — независимые подвижные заряды.

Наружный сегмент, где происходят ключевые события, представляет собой цилиндр, одетый плазматической мембраной и содержащий около тысячи дисков, плотно упакованных в виде стопки. Каждый диск-это замкнутый плоский мещочек, образованный мембраной, в которой находятся светочувствительные молекулы родмкмша плотность упаковки этих молекул составляет примерно 10 на 1 мкм . Молекула родопсина состоит из трансмембранного полипептида опсшга и простетической группы-11-цис-ретиналя, который и поглощает свет. При поглощении фотона 11-1(ис-ретиналь изомеризуется в полностью-шранс-ретиналь, который затем отделяется от опсина в результате опсин изменяет свою конформацию, и это каким-то образом приводит к закрытию натриевых каналов плазматической мембраны. Можно думать, что в цитоплазме наружного сегмента существует второй посредник , связывающий эти два пространственно разобщенных события. Хотя природа второго посредника достоверно не установлена, есть данные в пользу того, что эту функцию выполняют ионы Са . Очевидно, свет вызывает высвобождение их из дисков в цитоплазму, и повыщение цитоплазматического уровня Са ведет к закрытию натриевых каналов. В то же время конформационные изменения родопсина инициируют каскад ферментативных реакций, приводящих к снижению концентрации циклического GMP в цитоплазме в результате повыщения активности фермента фосфодиэстеразы, разрушающего циклический GMP. Какую роль играет изменение уровня циклического GMP, пока не ясно. [c.124]

Специальные преобразователи переводят сенсорные стимулы в форму нервных сигналов. Например, в рецепторе растяжения мышцы окончание сенсорного нерва деполяризуется при растяжении и величина деполяризации-рецепторный потенциал-для дальнейшей передачи перекодируется в частоту импульсного разряда. Слуховые волосковые клетки, избирательно реагирующие на звуки определенной частоты, сами не посылают импульсов, а передают сигналы о величине рецетпорного потенциала соседним нейронам через химические синапсы. Таким же образом действуют фоторецепторы глаза. В фоторецепторах свет вызывает конформационное изменение молекул родопсина, и это благодаря участию внутриклеточного второго посредника ведет к закрытию натриевых каналов в плазматической мембране, к ее гиперполяризации и в результате-к уменьшению количества высвобождаемого медиатора. Далее вставочные нейроны передают сигнал ганглиозным клеткам сетчатки, которые пересылают его в мозг в виде потенциалов действия. Проходя череъ нейронную сеть с конвергентными, дивергентными и тормозными латеральными связями, информация подвергается обработке, благодаря которой клетки высших уровней зрительной системы могут выявлять более сложные особенности пространственного распределения световых стимулов. [c.130]

Каким образом свет первоначально воспринимается клеткой и какова цепь событий, приводящих к закрытию натриевых каналов Наружный сегмент, где происходят ключевые этапы преобразования светового сигнала, представляет собой цилиндр, содержащий около тысячи дисков плотно упакованных в виде стопки (см. рис. 17-7). Каждый диск образован замктутой в пузырек мембраной, в которой находятся светочувствительные молекулы родопсина плотность упаковки этих молекул составляет примерно 10 на мкм . Молекула родопсина состоит из трансмембранного гликопротеина опсина (длиной 348 аминокислотных остатков) и ковалентно связанной с ним простетической группы 11 -цис-ретиналя, который и поглощает свет. При поглощении фотона П-г/ис-ретиналь почти мгновенно изомеризуется в полностью-т/ шс-ретиналь, изменяя при этом свою форму, что приводит к более медленному изменению конформации опсина. Все эти события занимают около 1 мс. Затем примерно через I мин полностью-т/ шс-ретиналь отделяется от опсина в результате гидролиза связи между ними и выходит в цитозоль, где в конце концов снова переходит в ] 1-г/г/с-форму последняя соединяется с опсином, и таким образом происходит регенерация светочувствительной молекулы родопсина. Именно раннее конформационное изменение родопсина, вызванное светом, приводит к закрытию натриевых каналов. Но поскольку родопсин находится в дисках, т. е. на некотором расстоянии от каналов, для сопряжения этих событий необходим посредник . [c.343]

Процесс переноса ионов через мембрану с помощью натриевого насоса не требует затрат энергии, если исключить работу по переносу нескомпенсированного заряда Ка против трансмембранного потенциала при электрогенном транспорте. На это указывает существование в схеме натриевого насоса На /Ка+ и К /К+-обменов, для которых АТР требуется лишь как кофактор, но не источник энергии. Можно предполагать, что энергия АТР при работе Ма+, К -АТФазы затрачивается на узнавание ионов Ма" и К , т.е. на связывание и сбрасывание ионов с нужной стороны мебраны. В норме катионы связываются с той ее стороны, где их мало, а сбрасываются туда, где их концентрация велика. Такие изменения сродства ионсвязывающих центров сопряжены с конформационными изменениями фермента, которые и являются главными энергоакцепторными стадиями реакции. [c.48]

Измененио активности КМЦ различных марок в занисимости от величины pH среды может быть объяснена следующим. При значениях pH более 8,0 определяющими являются конформацион-ные факторы, обусловливаемые минерализацией среды, а при высоком содержании щелочных реагентов, кроме того, возможностью течения щелочного гидролиза и других процессов. При значениях pH от 8,0 до 7,0 часть препарата из хорошо растворимой натриевой формы переходит в труднорастворимую водородную форму карбоксиметилцеллюлозы. Этот процесс усиливается при снижении величины pH среды ниже 7,0, н одновременно возрастает роль кислотного гидролиза, обусловливающего деструкцию макромолекул КМЦ до низкомолекулярных фракций, не обладающих стабилизирующей способностью. С ростом температуры эти процессы значительно интенсифицируются. [c.118]

Процесс открывания Ма-каналов под влиянием изменения потенциала мембраны — активация натриевьк каналов — один из наиболее ярких примеров конформационных перестроек белков под влиянием электрического поля. Открьшание каждого канала совершается по известному принципу — все или ничего . Этот процесс может быть остановлен инактивацией, которая опять-таки связана с переходом белков канала в другое кон-формационое состояние. Полный цикл активации и инактивации охватывает десятки тысяч натриевых каналов. [c.251]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология