Физиология человека (том 1) (Покровский, Коротько - Физиология человека), страница 8

Высвабалщевие нейромедиатаров в свнаптических окончаниях. Современными методами электронной микроскопии была определена толщина клеточных мембран (б — 12 нмК Химический анализ показал, что мембраны в основном состоят из липидов и белков, количество которых неодинаково у разных типов клеток. Словэюсть изученяя молекулярных механизмов функционирования клеточных мембран обусловлена тем, что при выделении и очистке клеточных мембран нарушается вх нормальное функционирование. В настоящее время мол~но говорить о несколъких аидах ъюделей клегочнай мембраны, среди которых ваиболъшее распространение получила лищкостно-мозаичная модель Согласно этой модели, мембрана представлена бвслоем фосфолипвдных молекул, ориентярованных таким образом, что гидрофаб- Б Рне. 2.1.

Трекмернае мндкостно-моайнчнйн модель клеточной мембранм но Звсбет— ивовой. Л фасфолннннесй бнсаай, в нн ором овсррнснм белан; Б — рааанчнмс нвнмснс данкова нанев Ма чсрсс натрнсассй санса. ные концы молекул находятся внутри бислоя, а гндрофильные направлены в водную фазу (рис. 2.0. Такая структура идеалыю подходит для образования раздела двух фаз: вне- и внутриклеточной. В фосфолипидном бислое интегрированы глобулярные белки, полярные участки которых образуют гндрофильную поверхность в водной фазе. Эти интегрированные белки выполняют различные функции, в том числе рецепторную, ферментативную, образуют ионные каналы, являются мембранными насосами и переносчиками ионов и молекул. Некоторые белковые молекулы свободно днффундируют в плоскости липндного слоя; в обычном состоянии части белковых молекул, выхцаяп(ие по разные стороны клеточной мембраны, не изменяют своего полозеения.

Здесь описана только общая схема строения клеточной мембраны и для других типов клеточных мембран возмозсны значительные различия. Электрические характеристики мембран. Особая морфология клеточных мембран определяет их электрические характеристики, среди которых наиболее валиюыми являются емкость и проводимость. Емкостные свойства в основном определяются фосфолипидным бислоем, который непроницаем для гидратнрованных ионов и в то ме время достаточно тонок (около 5 нмр, чтобы обеспечивать эф- фективное разделение и накопление зарядов и электростатическое взаимадействяе катионов и авионов.

Кроме того, емкосгные свойства клеточных мембран являются одной из причин, определявмцих временные характеристики электрических процессов, протекающих на клегочных мембранах. )7роводимослэь ٠— величина, обратная электрическому сонротнвлению и равная отношению величины общего трансмембранного тока для данного иона к величине, обусловившей его трансмембранной разности потенциалов. Через фосфолипидный бислой могут диффундировать различные вещества, причем степень проницаемости (Р), т.

е. способность клеточной мембраны пропускать этн вещества, зависит от разности концентраций диффунлнрующего вещества по обе стороны мембраны, его растворимости в липгщах и свойств клеточной мембраны. Скорость диффузии для заряженных ионов в условиях постоянною поля в мембране определяется подвижностью ионов, толщиной мембраны, распределением ионов в мембране. Для неэлектролитов проницаемость мембраим не влияет на ее проводимость, поскольку незлектролиты не несут зарядов, т. е.

не могут переносить электрический ток. Проводимость мембраны валяется мерой ее ионной проницаемости. увеличение проводимости свидетельствует об увеличении количества ионов, проходящих через мембрану. Строение н функции ионных каналов. Ионы На', К', Са", СГ проникают внутрь клетки и выходят наружу через специальные, заполненные жидкостью каналы. Размер каналов довольно мал (диаметр 0,5 — 0,7 нм). Расчеты показывают, что суммарная плогплдь каналов занимает незначительную часть поверхности клеточной мембраны. Функцию ионных каналов изучают различными способами. Наиболее рзснространенным явлжтся меп)д фзксации напряжения, нли «го((зйе-с)зшр» (рнс.

2.2). Сущность метщ(а заключается в том„ что с помгвцью специальных электронных систем в процессе опмта изменюог и фиксируэот на определенном уровне мембранный потенциал. Прн этом измеряют величину ионного така, протекающего через мембрану. Если разность потенциалов постоянна, то в соответствии с законом Ома величина тока пропорциональна проводимости ионных каналов.

В ответ на ступенчатую деполярнзацию открываются те или нные каналы, соответствуюп(ие ионы входят в клетку по электрохимическому градиенту, т. е. возникает ионный Гнс. Хг. Мс ал ф нн наив «нЯИ(В-бааз . эссен 5 нсээээаини нснсннаиса ннииэн з — 5 г наа и ° Г иаасэанаии эасисниисэнэсаэаин 4 — гсиэнэсаа сбэаснай сааэн: 5 — сисээиа иэисвснн» ток, который деполяризует клетку.

Это изменение регистрируется с помощью управляющего усилителя и через мембрану пропускается электрический ток, равный по величине, но противоположный по направлению мембранному ионному току. Прн этом трансмембраниая разность потенциалов не изменяется. Совместное использование метода фнксацян потенциала и специфических блокаторов ионных каналов привело к открытию различных типов ионных каналов в клеточной мембране. В настошцее время установлены многие типы каналов для различных ионов (табл. 2.().

Одни из пнх весьма специфичны, вторые, кроме основного иона, могут пропускать и другие ионы. Изучение функции отдельных каналов возможно методом локальной фиксации потенциала «ра()(-с)атр»; рис. 2.3, А). Стеклянный микроэлектрод (микропипетка) заполняют соловым раствором, прюкимают к поверхности мембраны и создают небольшое разрежение. При этом часть мембраны подсасывается к микроэлектроду. Если в зоне присасывания оказывается ионный канал, то регистрируют активность одиночного канала.

Система раздражения и регистрации активности канала мало отличается от системы фиксации напрюкения. Таил и на 2.1. Валомймие ионные каналы и ионные токи аои)глинки клеток П р и и е е а н н е. ТЭЛ вЂ” тетралтилаииониа", ТТХ вЂ” тетрекотокеин. Ток через одиночный ионный канал имеет прямоугольную форму н одинаков по амплитуде для каналов различных типов (рнс, 2.3, В). Длительность пребывания канала в открытом состоянии имеет вероятностный характер, но зависит от величины мембранного потенциала. Суммарный ионный ток определяется вероятностью нахождения в открытом состоянии в каждый конкретный период времени определенного числа каналов (рис. 2.3, В).

Наружная часть канала сравнительно доступна для изучения, исследование внутренней части представляет значительные трудно- Э! Рис. 2.3. Метод локк»»ной фиксации потвицийла «р»Ф-к1вар». д — клем» нето»а; В »ирме тека, прот»спешно через одннымый нвтрнееый «ана» прМ »аост»им доно»»ум»ум»В»о стимул». 1 — ненныс мам»и м клсючнеа мсмйрана; 2— с»моны»сй макро»»с»трои 2 — ною»»й ток черве от»витый конел". Л вЂ” тесн через еднночиоюй натри»мой к»ныс  — сумм»рный тос чсум н»трнсм»с к»валы (пе рай»од А, Н, Пйдц * Диззпириззоип Репопирнззпиа Инактаи аннов. ооотоиние Рис. 2.4. Рвотна ивтриоиак ккналсзз и еворотнмк» иккапизмов.

А — в покое и-актнваинонние ворота зив-веретаез закрызи; Б — прм везбрпкапим на-вороват пткрепеа  — закритие еп-парезе <мнзвтмаапипт прн Кепезарнзамнн. зз сти. П. Г. Косгюком был разработан метод внутриклеточного диализа, который позволяет изучать функцию входных и выищных структур ионных каналов без применения микрозлектродов. Оказалось, что часть ионного канала, открытая во внеклегочное пространство, по своим функциональнмм свойствам отличается от части канала, обрзп(енной во внутриклегочиую среду. Именно ионные каналы обеспечивают два ва)кных свойства мембраны: селектнвносгь и проводимость. Селеклзивнослзь, или избиразвельмосзнв, канала обеспечивается его особой белковой структурой.

Большинспю каналов явлвотся злектроуправляемымн, т. е. их способность цроводзпь ионы зависит от величины мембранного потенциала. Канал неоднороден по своим функциональным характеристикам, особенно иго кясаезся белковмх структур, находки(ихся у входа в канал и у его выхода (так называемые воротные механизмы). Рассмотрим принцип работы ионных каналов на примере натрневого канала. Полагают, что в состоянии покоя натриевый канал закрыт. При деполяризации клеточной мембраны до определенного уровня происходят открытие т-активационных ворот (активация) и усиление поступления ионов Ма' внутрь клетки.

Через несколько миллисекунд после открытия т-ворот происходит закрытие )з-ворот, располозкенных у выхода натриевых каналов (инактивация) (рис. 2.4). Инактивация развивается в клеточной мембране очень быстро и степень ииактивацни зависит от величины и времени действия деполяризующего стимула. Работа натриевых каналов определяется величиной мембранного потенциала в соответствии с определанными вазонами вероятнос3'н. Рассчитано, что активированный натриевый канал пропускает всего 6000 ионов за ! мс.

При этом весьма существенный натриевый ток, который проходит через мембраны во время возбумдения, представляет собой сумму тысяч одиночных токов. При генерации однночного потенциала действия в толстом нервном волокне измерение концентрации ионов Ха во внутренней с«пеле составляет всего /!воозо от внутреннего садерплния ионов Ка гигантского аксона кальмара.

Однако для тонких нервных волокон это изменение концентрации мгзкет быть весъма существенным. Кроме нзтрневых, в клеточных мембранах установлены другие виды каналов, избирателъно проницаемых для отлелызых ионов: К', Са»', причем существуют разновидности кзналов для этих ионов (см. табл. 2.!) Ходжкин и Хаксли сформулировали принцип «независимости» каналов, согласно которому потоки натрия и калия через мембрану независимы друг от другзСвойство проводимости различных каналов неодинаково. В частности, для калиевых каналов процесс инактивации, хак для нзтриевых каналов, не существует.

Имеются особые калиевые каналы, актнвирующнеся при повышении внутриклеточной концентрации кальция и деполяризации клеточной мембраны. Активация калийкааъцийзависимых каналов ускоржт реполяризацню„тем самым восстанавливая исходное значение потенциала покоя. Особый интерес предсгавляют калъцневые каналы. Входящий кальциевый ток, как правило, недостаточно велик, чтобы нормально деполярнзовать клеточную мембрану. Чаще всего поступакяпнй в кжтку кальций выступает в роли «мессенджерз», или вторичного посредника.