Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - т.1 (Шмидт, Тевс (ред.) - Физиология человека - 1996), страница 13

При снижении рН ааэрастаеэ «Н')а, что уменьшает отрицательный заряд поаерхиос»и мембраны — эффек», аналогичный результату повышения «Саэ "~ . Снижение рН до 4.5, тек же как повышение «Саэ'1 на рис. 2.10, может вызвать смещение активации Р„, на 25 мВ. Изменения рН тканей в зависимости от метаболизма вполне возможны. Состояние паверхпастиога заряда мембраны может также влиять на связывание н активность иаиизарованных аещесп», действие коэорых аналогичным образом зависит от «Са~+]„ и аг рН [3, 26, 331.

ГЛАВА Е ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ ПОСРЕДСТВОМ ВОЗБУЖДЕНИЯ 50 ж зо еь е и 1О % я 5 и 0.5 0 +50 +50 мв Тестирующий щжщщиал Рис. 2.10. Зависимость максимальной !ча'-проницаемости, Р„. от величины скачков деполяризации. Перехват Ранвье был деполяризоввн от исходного мембранного потенциала — 80 мВ до тестирующих потенциалов, оглаженных по оси абсцисс.

На вставке: деполяризвция до тестирующего потенциала и возникающий в ответ йв'-тох, 1„.. Максимум 1гь определяет (вместе с внутри- и внеклеточной концентрациями Р)а и веембранным потенциалом) максимальную Р„, в соответствии с уравнением 7 (гл. !). Кривые зависимости Р„„от потенциала смещаются вдоль оси абсцисс при изменениях внеклеточной концентрации Саз' ([Сей') от 0 до 20 мМ).

При снижении [Свэ')е пороговая деполяризация для повышения Ри„уменьшается: происходит повышение возбудимости перехвата Ранвье (па [31 с изменениями) 2.3. Токи через потенциалзависимые мембранные каналы протекающему в каждый момент через микроучасток мембраны. Командный потенциал усилителя можно устанавливать произвольно, так что регистрация токов через микроучасток мембраны может осуществляться при различных мембранных потенциалах илн после ступенчатых сдвигов потенциала. Локальная фикевпия потенциала мембраны. До сих пор мы рассматривали токи и сдвиги проводимости всей мембраны при ее деполяризации. Несколько лет назад был разработан метод регистрации токов в микроучастках мембраны диаметром примерна 1 мкм, который позволяет идентифицировать молекулярные реакции одиночных каналов на основе зависимостей ионных токов от потенциала и времени.

Рис. 2.11 иллюстрирует принцип локальной фиксации потенциала ("рагсЬ с!ашр") [12, 241. Стеклянная микропипетка, диамеэ.р кончика которой меньше 1 мкм, подводится к клетке вплоть до контакта с мембраной, и когда через пипетку подается отрицательное давление, пипетка обычно закупоривается участком мембраны; электрическое сопротивление между пипеткой н внсклеточным раствором возрастает скачкам более чем до 1 ГОМ (!О' Ом). В результате микроучасгок мембраны злектрдчсски изолируется от остальной мембраны. Канал пипетки соединен с усилителем обратной связи, который обеспечивает регулирующую цепь для поддержания потенциала пипетки на заданном уровне. Ток, необходимый для стабилизации потенциала "«ток фиксации» вЂ” точно соответствует току, Гигаомный контакт между пипеткой и мембраной настолько прочен, чта после атвеления пипетки мнкроучасток мембраны часга отрывается ат клетки, оставаясь прикрепленным к кончику пипетки. В этом случае регистрацию можно праизвсаить в ыикроучастке мембраны.

отделенном от клетки, причем цитапзазыатическея поверхность згага участка мажет омываться любым нужным растворам. Путем искусных манипуляций ыикраучасток мембраны можно люке перевернуть на пипетке наружной стороной мембраны нарухсу. Тогда цнтаплазматнческую поверхность можно орошать растворам в пипетке, который должен примерно соответствовать внутриклеточной среде, а нй наружную поверхность могут воздействовать растворы различного состава; такая конфигурация «наружной стороной наружу» („аимде-оаг") очень полезна для тестирования реакция каналов мембраны на изменения состава внеклеточной среды. на медиаторы или на фармакологические средства вне«легочного действия.

Достаточна прочный контахт между участком мембраны н кончикам пипетки может быть достигнут только при абсолютной чистоте стекла пипетки и мембраны. Образованию контакта могут мешать волокна соединительной ткани, которые обычно приходится удалять путем обработки мембраны такими ферментами, как коллагеназа [12).

ЧАСТЬ 1. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ КЛЕТКИ у««»««ь «е««««в ы«ы !в~в и ы я««учиаы«ме»6«ы« Рис. 2Л1. Схема локальной фиксации мембранного потенциала («пзтч-клвмпэ). Изображен продольный срез через регистрирующую ми«род«детку (обозначена черным щитом) с диаметром контактирующего с мембраной кончика -1 мкм. Если кончик электрода абсолютно чист и поверхность клетки освобождена от волокон соединительной ткани. то при подаче через пипетку отрицательного давления образуется тесный контакт, который создает электрическую изоляцию каналов находящегося в кончике пипетки ыикроучвстка мембраны от остальной мембраны клетки (вставка). Таким способом можно регистрировать токи каналов с помощью усилителя обратной связи, соединенного с раствором электролита в пипетке (по (12. 24) с изменениями) Тока через е!ннгочиые Ха"-кяиальь Токи через микроучасток мембраны„пропедура регистрации которых погсазана на рис.

2.11. схематически представлены на рис. 2.12. Слева приведены 10 записей )ча+-тока, при каждой из которых мембрана была деполяризована на период 14 мс. В каждом случае наблюдается только единственный короткий импульс тока с амплитудой — !,б пйц это ток, протекающий через одиночную белковую молекулу )ча '-канала, Длительность импульсов тока, которая соответствует времени открытого состояния канала, значительно варьирует около среднего значения 0,7 мс. Моменты открывания также варьируют,но при суммировании многих одиночных отведений получается результирующий временной ход тока, который на рис.

2.!2 вверху слева изображен под записью скачка потенциала. Судя по записи временного хода тока, аеронти~жть открывания канала резко возрастает при деполяризации, достигает максимума через 1,5 мс, затем снижается и становится минимальной через 10 мс после скачка деполяризации. Такое уменьшение вероятности открывания канала после деполяризации соответствует ннантввацни суммарного 1Ча "-тока Е8, 313. Отсюда следует.

что открывание 1Ча+-каналов при деполяризации не является строго детерминированным процессом; скорее происходит повышение вероятности открывания канала, а после того как он открылся, существует определенная вероятность, что он снова закрое.гся. Таким «стохастическим» поведением облэ,лают химические рещгции, так что различные свстощщя канала--«закрытое, но способное к активации», «открытое» и «закрытое инактивированное» (неспособное к активации) можно связать между собой посредством постоянных скорости, как и в случае химических реакций. Простейшая модель поведения 1Ча'-канала вклгочаег этн три состояния (рис.

2.13). Переход от закрытого и сяесобногв н активации в открытое состеиане обеспечивается дщищвризацией. Однако деполяризация ускоряет также и переход в ииантивиреваинее состоиине, поэтому открытый канал подвергается быстрой инактивации н остается инактивированным, пока в результате ре- или гиперполяризацин мембраны не вернется в закрытое, но способное к яктивацив еествиняе. Равновесие между закрытым, но способным к активации и закрытым инактивироваииым состояниями токе устанавливается посредством мембранного потенциала; это соотношение проявляется в виде зависимости от исходного потенциала способности Ха~-тока к активации (рис.

2.8) Е83. Тока через одиночные К+-каналы. На рис. 2.!2 справа схематически представлены токи одиночных К+-каналов, аналогично токам Ха+-каналов (см. слева). Импульсы тока тоже имеют маленькую амплитуду (всего лишь +2 п)9;;а продолжительность открытого состояния квияий,:;.варьирует вблизи среднего значения 5 мс. Однаио в период открытого состояния К+-канал часто на короткое время закрывается, т.е. происходят быстрые осцнлляции между открытым и закрьггьна состояниями.

Такие «вспышки» открываний наблюдаются длв многих тицов каналов (с. 39 н б5). В отличие от Ха~-канала, К'-щнщл ие ниянтнвируется во время деполяризации; нока продолжается деполяризация, индивидуальные каналы непрерывно открываются и закрываготся. В соответствии с этим, при суммации отведений получается кривая К '-тока, которая нарастает до стационарного уровня. Таким образом, описывая поведение токов К '-каналов с помощью модели, представленной иа рлс. 2.13, следует отметить, что инактивированное состояние в данном случае отсутствует, но наблюдаются два последовательных закрытых состояния, ко~орые обеспечивают прерывистый характер вспышек Е343 (см.

Са" -канал). Рис. 2.12отражает поведение К '-каналов, типичное для нервных волокон: задержанное нарастание суммарного тока при деполяризации, заметное повышение проводимости во время деполяризации от ГЯАВА х пеРедАчА инФОРМАции посРедстВОм ВОзьуждения 37 -Оо мв Сумма токов овигочкь~х квквков Токи ояккочкм» кокввов Рис. 2.12. Токи через натриевые (слееа) и калиевые (справа) каналы (схематическое изображение).